3. 廢鋼預熱技術(shù)
廢鋼預熱技術(shù)是一項重要的電爐冶煉節(jié)能手段。電爐在冶煉期間產(chǎn)生大量高溫煙氣，它含有大量的顯熱和化學能，尤其是氧化期吹氧作業(yè)時，煙氣量大，充分回收利用這部分能量來預熱廢鋼爐料，可大大降低電耗。
根據(jù)廢鋼預熱時熱源生成的不同，目前廢鋼預熱方式大致可以分為三種：
（1）單純用熱煙氣進行廢鋼預熱（SPH）。1981年，德國巴德鋼公司的克爾廠安裝了歐洲第一套SPH。此類裝置可使廢鋼預熱到250～450 ℃。降低電耗60 kW•h/t，也相應(yīng)降低了電極消耗和耐材消耗。但存在有白煙、惡臭等環(huán)保問題，故推廣受到限制。
?。?）煙氣通過二次燃燒后進行廢鋼預熱。這是目前最常用的方法。預熱原理是利用二次燃燒氧槍向爐氣吹入氧氣，是煙氣中的CO完成二次燃燒，充分釋放出煙氣中的所包含的化學潛能，使電爐高溫煙氣直接穿過廢鋼爐料進行充分熱交換。由此可以提高廢鋼預熱效果，廢鋼預熱溫度可提高到約600～800 ℃。后來，人們開發(fā)了不用料藍的高溫預熱系統(tǒng)，最有代表意義的是豎井系統(tǒng)Fuchs和Consteel 系統(tǒng)兩類。
?。?）除配備有二次燃燒技術(shù)外，另外加能源進行廢鋼預熱。這種方法有用氧燃燒嘴、廢鋼中加入煤、焦炭、或其他有機燃料等不同的方式。
隨著廢鋼預熱技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，世界上幾種主要的新型廢鋼預熱電爐有：Fuchs豎爐電爐（SHAFT FURNACE）和Consteel連續(xù)加料電爐、雙殼電爐等。
3.1.豎爐式電弧爐(SHAFT FURNACE)
豎式電弧爐即在爐蓋上遠離變壓器一側(cè)設(shè)有廢鋼頂熱豎爐。德國?？耸?Fuchs)公司設(shè)計、制造一臺豎式電弧爐于1992年3月在英國希爾內(nèi)斯(Sheerness)鋼公司投產(chǎn)，它是一臺100t交流電弧爐。
豎爐式電弧爐優(yōu)點是：
① 廢鋼能得到充分預熱，預熱溫度可達800 ℃，提高生產(chǎn)率30%左右。
?、?充分利用廢鋼預熱并應(yīng)用二次燃燒技術(shù)，電耗降低達120 kW•h/t。
③ 縮短冶煉周期，出鋼到出鋼時間為35 min左右，生產(chǎn)率提高40%。
?、?向大氣排放的廢棄量降低，粉塵排放量減少25%。
?、?金屬收得率提高2%。
豎爐式電弧爐的典型布置見下圖4.8-14。
3.2.雙爐殼電弧爐
雙爐殼電弧爐有A和B兩個下部結(jié)構(gòu)完全相同的標準爐殼，共同由同一電源供電。預熱廢鋼的最大特點是可以在等待的爐殼中進行，當A爐熔煉時，B爐利用A爐產(chǎn)生的廢氣預熱廢鋼；A爐出鋼時，B爐開始給電熔化廢鋼。
雙爐殼電弧爐優(yōu)點是：
?、?充分利用熔煉爐的熱煙氣直接預熱另一爐殼內(nèi)的廢鋼，這樣可以獲得高的熱效率。
?、?可大大減少電爐非通電時間，使出鋼到出鋼時間相應(yīng)得到縮短，可達到35～45 min，生產(chǎn)率得到極大提高。
?、?降低電耗和電極消耗，可降低電耗約30 kW•h/t。電耗290～320 kW•h/t，電極消耗1.4～1.8 kg/t。
3.3. Consteel連續(xù)加料電弧爐
Consteel連續(xù)式加料電弧爐技術(shù)是一種電爐煉鋼工藝，它通過特殊的在線輸送設(shè)備達到連續(xù)給料和預熱爐料，節(jié)省電能和化學能。輸送設(shè)備連續(xù)把金屬料送到爐內(nèi)，進入預熱段的爐料和電爐煙氣逆向相遇，煙氣的顯熱和CO的二次燃燒熱共同連續(xù)預熱廢鋼，預熱后的廢鋼加入爐內(nèi)冶煉。廢鋼被一直留在爐內(nèi)的鋼水直接熔化，電能用來加熱鋼液而不像傳統(tǒng)的頂裝料工藝用電弧直接熔化廢鋼。
與采用傳統(tǒng)技術(shù)或其他技術(shù)的電爐相比，Consteel電爐生產(chǎn)率高，冶煉周期短且靈活可控（40～60 min），電能費用低。電耗為350 kW•h/t（100%廢鋼）
比普通電弧爐電耗低70 kW•h/t，冶煉時間減少約10 min。
Consteel連續(xù)加料電弧爐的典型布置見下圖
4. 廢鋼預熱技術(shù)的創(chuàng)新：TYMEC型電爐廢鋼預熱裝置
4.1.現(xiàn)有廢鋼預熱裝置的缺陷
利用電爐煉鋼的高溫爐氣對廢鋼進行預熱是電爐煉鋼節(jié)能的主要途徑. 當前,全球業(yè)界推出的廢鋼預熱裝置, 型式很多, 其中TECHINT公司的CONSTEEL 預熱設(shè)備和FUCHS 公司的SHAFT FURNACE 預熱裝置已在多家鋼廠運行, 可謂當前的主流設(shè)備. 但是,運行表明這些設(shè)備突顯出了許多嚴重的缺陷:
(1)都要增加巨額的投資: CONSTEEL 預熱的廠房面積要擴大, SHAFT FURNACE預熱的廠房高度要提高, 這些要求都會過分增加鋼廠的投資.
(2)在CONSTEEL 預熱設(shè)備中, 高溫爐氣在送料隧道中沿廢鋼上部表層一掠而過, 它與廢鋼未經(jīng)充分熱交換就被抽出, 預熱的最高溫度很難超過400攝氏度, 而且廢鋼上下溫差大,預熱極不均勻; 廢鋼預熱效果差是這種設(shè)備的主要缺陷.
(3)在SHAFT FURNACE 預熱設(shè)備中, 高溫爐氣直接來自鋼水熔池, 溫度太高的爐氣將豎井中的下部廢鋼燒結(jié)成塊, 它可能粘到豎井壁上而不落入熔池中; 雖然豎爐中的廢鋼能預熱到較高溫度,但若廢鋼在豎井中粘接不下(架橋現(xiàn)象), 熔煉就不能連續(xù)進行,這將顯著地降低電爐的生產(chǎn)效率. 豎爐預熱的運行不穩(wěn)定是這種設(shè)備的主要缺陷.
為了加快電爐煉鋼的發(fā)展, 當前全世界的電爐鋼廠與設(shè)備廠商都將注意力聚焦到節(jié)能, 高效, 減排, 降耗與改善環(huán)境等技術(shù), 其中尤以節(jié)能為重中之重的課題.
西安桃園冶金設(shè)備公司經(jīng)過不斷創(chuàng)新, 已經(jīng)成功申報了“TYMEC型電爐廢鋼預熱裝置”發(fā)明專利. 本文對此專利的基本要點加以介紹, 以期得到國內(nèi)外用戶的普遍共識與推廣應(yīng)用.
4.2.TYMEC型電爐廢鋼預熱裝置
桃園冶金公司的TYMEC廢鋼預熱裝置特別針對CONSTEEL 和SHAFT FURNACE 兩種預熱設(shè)備的缺陷而發(fā)明的專利設(shè)備具有以下獨特的優(yōu)點:
(1) 采用傳統(tǒng)的料藍預熱, 但高溫爐氣在料藍里由上而下地穿透全部廢鋼, 預熱溫度可達450—600攝氏度, 預熱效果好.
(2) 采用間隙式加料: 預熱了的廢鋼由特殊的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)送到電弧爐的正上方, 用傳方法打開料藍將廢鋼加入爐內(nèi), 保證電爐煉鋼能連續(xù)地進行.
(3) 預熱廢鋼的料藍具有變徑結(jié)構(gòu), 在應(yīng)急情況下為消除廢鋼粘接到料藍壁上, 可將料藍直徑變大, 借此而將廢鋼順利地加入爐中.
4.3.TYMEC 電爐廢鋼預熱設(shè)備具有以下技術(shù)經(jīng)濟性:
?。?）本發(fā)明集機械、液壓、PLC控制于一體，充分利用電弧爐高溫煙氣的物理化學余熱（10000C左右）在線（離線）實現(xiàn)對電弧爐煉鋼原材（廢鋼）的預熱，并兼顧除塵系統(tǒng)對電弧爐的高溫煙氣進行過濾、降溫。從而達到電弧爐的節(jié)能（電能）降耗（電極消耗、耐材消耗等）減排環(huán)保的目的，同時提高電弧爐煉鋼的生產(chǎn)率（10%左右）；克服了現(xiàn)有各種廢鋼預熱設(shè)備的諸多缺點，在充分利用電弧爐高溫煙氣物理化學熱的同時，保障了設(shè)備的可靠性及運行成本，并極大的降低了設(shè)備投資和對廠房的特殊要求；
（2）適應(yīng)各種容量的電弧爐，包括新建或者改造；
（3）對電弧爐車間廠房無特殊要求，同時不改變現(xiàn)有電弧爐的工藝流程；
?。?）設(shè)備投資少、運行成本極低，設(shè)備機構(gòu)簡單可靠、故障率低；
（5）廢鋼預熱效果好，預熱溫度可達4500C～6000C, 電爐節(jié)電可達80kwh/t;
?。?）實現(xiàn)電弧爐全冶煉過程的高溫煙氣利用，具有良好的除塵效果。
?。?）由于廢鋼的熔化速度快,電爐的熔煉周期可以縮短約5分鐘.
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