安钢100t电炉复产改造技术特点及生产实践

潘宏涛 王慕文  杜俊峰  黄伟  李强  陈卫强2017年初，废钢资源逐步进入良性循环轨道，同时高炉转炉长流程炼钢环保排放压力与日俱增，为以废钢为主原料的具有低耗低排环保优势的电炉炼钢发展带来了机遇。为顺应行业和市场发展的变化，安钢决定对已停产近九年的100t电炉进行改造复产。经充分调研和讨论，项目团队决定拆除之前已停产多年的Fuchs手指阀竖井式电炉，改建成1座常规顶装料的100t超高功率电炉。改造后的电炉工艺布置图如图1所示，并于2017年10月20日热试投产。

图1 安钢100t电炉工艺布置图1 炉型的确定鉴于常规顶装料交流电弧炉设备结构简单、操作维护简便、原料适应性强的特点，项目团队最终确定电炉炉型由竖井式废钢预热电炉改造成常规交流偏心底出钢式电炉。改造前后的炉型对比如表1。表1 改造前后炉型对比炉型改造前改造后竖式废钢预热电炉常规交流偏心底出钢电弧炉炉型结构

优点1)可回收废气带走热量的60％ ～70％ ，节电40～60 kWh／t；2) 减少装料停工时间，提高生产率；3) 与其它预热法相比，还具有占地面积小、投资省等优点。4）可以实现100％废钢预热；1） 技术成熟，设备结构简单，故障少，便于维护；2） 炉内留钢量少，对于多品种、合金含量较高的钢种适应能力强；3） 下炉壳便于吊换，便于离线砌筑耐材，对检修的安全性以及提高作业率较为有利；4） 对废钢质量的适应能力强，可根据钢种变化及废钢市场的变化灵活调整炉料结构。也可兑入一定比例铁水，减少能耗；5） 传统型电炉，操作简单，便于工人的操作维护；6） 没有废钢预热，不产生二恶英、呋喃等有害气体。缺点1) 竖井内由于废钢受到高温烟气的预热，炉料易粘结，影响进料；2) 指形竖井内水冷炉壁由于受重型废钢的冲击易损坏，发生漏水现象，影响冶炼周期；竖井寿命周期只有半年，而且漏水事故主要集中在受料斗、竖炉水冷壁、手指等部位。3) 机械部分易损坏，维护费用较高；4) 对废钢要求较高，在日常生产中易发生堵料现象，处理起来十分困难；1） 电耗相对较高，但可采用烟气余热回收补偿废钢预热的损失；2） 采用炉顶加料，瞬时粉尘排放量多，要做好屋顶排烟除尘系统；3） 穿井过程噪音较大，要采取隔音措施；2 电炉本体改造2.1 主体技术参数改造后的100t电炉主体技术参数见表2。表2 电炉主体工艺技术参数项目参数原料条件100%废钢，60%废钢+40%铁水公称容量/t100平均出钢量/t100留钢量/t25炉壳直径/mm6500变压器额定功率/MVA72（利旧）二次电压/V602～876出钢方式EBT电极直径/mm610每炉冶炼周期/min56 (全废钢)，50 (40%铁水热装)2.2炉体改造1）下炉壳根据炉型的变化，下炉壳由适应竖井的RCB出钢改为常规交流电弧炉的EBT出钢，改造后炉型更有利于实现无渣出钢，更有利于留钢留渣操作，更有利于出钢口的维护。改造前后下炉壳对比如表3。表3 改造前后下炉壳对比项目改造前改造后加料方式竖井加料料篮炉顶加料出钢方式RBTEBT炉型

2）上炉壳改造后每炉料拟分2篮料直接从炉盖加入炉堂内而非竖井内，并且第1篮料将装入60%的钢铁料，因此常规交流电弧炉炉膛的容积设计应满足出钢后的留钢+留渣+60%钢铁料的存储要求，所以其上炉壳高度要比竖炉的上炉壳高。改造前后上炉壳技术参数对比见表4。表4 改造前后上炉壳技术对比改造前改造后平均出钢量100t100t留钢量30t25t炉壳直径6300mm6500mm水冷壁高度1825mm2605mm炉膛容积104m3127.4m3竖井容积79m30料篮容积70m3115m2.3倾动摇架改造由于炉型的改变，RBT改为EBT出钢，原摇架不能适应新炉壳的出渣到出钢方向的长度要求，因此原摇架需要重新设计和制作，但原摇架两个扇形段的间距不变，摇架基础便可以利旧。表5 改造前后的倾动摇架的对比如下表项目改造前改造后摇架中心距3480+3780=7260mm3480+3780=7260mm电炉中心线至变压器室墙距离10500mm10500mm摇架型式半平台

全平台

2.4电极及炉盖提升旋转装置改造前由于废钢全部通过竖井加入，炉盖无需旋转打开。改造后的炉盖和电极采用了塔式一体的旋转机构，电极可以与炉盖快速分离并单独宣传，也可与炉盖一起提升并快速旋开，以满足炉盖检修和料篮加料的不同工况。表6 改造前后的电极及炉盖提升旋转装置改造前改造后电极单独旋出至出渣侧电极和炉盖可同时旋出至出渣侧

2.5多功能炉壁枪对于常规交流电弧炉冶炼来说，多功能炉壁枪系统已成为加速熔化、快速脱磷脱碳、泡沫渣埋弧冶炼、降低电耗的必备装备，也成为提高电弧炉炼钢技术经济指标的关键手段，因此本规划建议改造后配备先进的集烧嘴、吹氧、喷碳为一体的多功能炉壁枪系统，并采用安钢自产提纯的焦炉煤气替代资源紧缺的天然气，可以最大限度节约成本。

图2 多功能炉壁枪布置图表7 多功能炉壁枪氧气、焦炉煤气流量气体峰值流量（Nm3/h）备注1支枪3支枪主氧31809540环氧3501050随功能不同而变化二次燃烧氧气0-5000-1500焦炉煤气50-500150-1500热值大于3500Kcal/m3压力大于2.5kg/m2的净化焦炉煤气2.6电炉底吹系统电炉在冶炼操作过程中尤其是采用高铁水比例冶炼时遇到许多操作问题，主要表现为：钢铁料消耗高，钢水成分、温度不均匀，导致低温放钢或者成分出格；电炉兑入大量铁水，导致初始碳含量较高，脱碳速度控制不当易造成大沸腾，脱碳时间长而影响冶炼节奏。电炉底吹有利于强化熔池搅拌，促进渣－钢反应，均匀钢液成分及温度，降低炼钢过程主辅料消耗，提高合金收得率，对钢液成分及温度控制具有重要意义。安钢100t电炉炉底设3个底吹透气元件，喷吹气体采用氩气喷吹搅拌。根据不同的冶炼时期喷吹不同流量的氩气，以起到不同的搅拌效果，同时底吹搅拌系统可以根据钢种情况进行分类喷吹。氩气工作压力为0.6-1.0MPa。吹气量随着熔化期、氧化期而变化，通过自动或半自动控制不同时期的氩气流量。氩气设计流量范围5-80NL/min，平均流量20NL/min。2.7自动测温取样装置为了改善工人劳动条件、同时缩短冶炼时间和提高生产率，本电炉将配备自动测温取样装置，实现无需停电后人工测温取样。可改善的卫生和安全条件，使工人远离危险的地方；更高的测量的可重复性；运行和维护成本低；实现不停电测温取样，缩短冶炼周期。

图3 炉门自动测温取样装置布置图自动测温取样系统参数见下表8。表8 自动测温取样系统技术参数仪表温度测量范围1515～1800℃测温取样整套动作成功率≥96%机器人自动安装和拆除探头成功率≥98%钢水内检测速度≤8秒单次测温取样周期≤60秒探头插入钢液重复定位偏差≤50mm2.8兑铁水方式电炉兑铁在出钢侧采用铁水罐倾翻车+铁水溜槽的方式，铁水罐按65t铁水罐进行设计。此种兑铁方式可以降低天车作业率，减少天车相互干扰，提高生产效率。

图4 出钢侧兑铁装置布置图3 烟气余热回收技术电炉烟气余热回收是现代电炉回收烟气余热的节能技术之一。传统水冷的电炉排烟处理方式烟气中热量没有得到回收，同时水冷设备的循环冷却水消耗了大量电能，且在循环过程中有一定损耗并对环境造成了污染。本项目电炉烟气余热回收系统以辐射换热型汽化冷却烟道、配有清灰系统的对流换热型列管换热器代替传统的烟气水冷却设施。不仅回收了烟气余热，产生蒸汽用于并网发电，还有效降低水冷烟气冷却系统的能耗，增加了企业效益、降低了生产成本。表9 烟气余热回收系统技术参数项目技术参数额定烟气流量150000Nm3/h烟气进口温度1400℃烟气出口温度220℃除氧器工作压力0.3MPa汽包设计压力2.45MPa蓄热器外送蒸汽压力1.0MPa4 第四孔+密闭罩（狗窝）+屋顶罩+厂房密闭的多级除尘技术本项目电炉除尘系统改造的目的是进一步提高环保水平，排放浓度由原来的50mg/m3升级为更加严格的10mg/m3。改造内容包括：1) 烟气冷却方式：由原来的水冷烟道+机力风冷器改为汽化冷却烟气余热回收系统，汽化冷却烟气余热回收系统在冷却烟气的同时回收蒸汽，在满足工艺要求的同时实现节能效果。2) 除尘器：增加1排除尘仓体，增加布袋数量；3) 除尘主风机：原液力耦合调速改为变频调速；4) 烟气捕集方式：由第四孔+狗窝+屋顶罩改为第四孔+狗窝（改造满足新料篮从炉后进料的要求，狗窝顶部炉前侧增设3个卸灰溜管）+屋顶罩+厂房密封；表10 除尘系统改造前后技术参数改造前（现有）改造后排放浓度50mg/m310mg/m3系统风量120万m3/h120万m3/h除尘器长46.28m x宽10.66m长46.28mx宽18.5m除尘风机2台（风量60万m3/h风压：4.595KPa）2台（风量60万m3/h，风压5200Pa计算得出） 不变配用电机2台（液力耦合调速）功率：1400kW/6kv2台（变频调速）功率：1400kW/6kv增压风机315kw/6kv（风量21.7m3/h,风压：3.25kPa）改为变频调速，实现自动调速功率：1台315kW/6kv布袋数量5096 条7575条布袋直径165mm165mm布袋长度6000mm6000mm烟气捕集方式第四孔+狗窝+屋顶罩第四孔+狗窝（改造）+屋顶罩（改造）+厂房密闭三次除尘电炉：屋顶罩电炉：屋顶罩+厂房密封5 生产技术经济指标该100t电炉2018年5月产钢量达到70022t，在70%废钢+30%铁水的原料条件下，当月平均生产消耗指标如表11所示。表11 安钢100t电炉生产技术指标消耗项单位指标备注废钢加入量kg·t-1804.3铁水加入量kg·t-1355.6钢铁料消耗kg·t-11159.9兑铁水比例%30.7电耗kW·h·t-1266氧气消耗Nm3·t-136.6焦炉煤气Nm3·t-15.3喷吹碳粉kg·t-14.3电极消耗kg·t-11.3回收蒸汽kg·t-1150回收的能量相当于电能146.5kWh/t平均冶炼周期min504 结论1） 竖井式废钢预热电炉节能效果明显，但带有手指阀的老一代竖井存在漏水易爆、手指阀因轻薄料预热过高粘结打不开的问题，给生产带来了一定的影响，新型竖井的设备故障率有待进一步的业绩验证；2） 常规传统顶装料电炉技术成熟，对于生产原料和钢种适应性更高，设备结构简单，故障少，便于维护，但与废钢预热型电炉相比，存在能耗高、装料过程产生大量烟气和噪音大的问题，需要通过烟气余热回收技术回收烟气余热，同时设置第四孔+狗窝（改造）+屋顶罩（改造）+厂房密闭的多级烟尘捕集系统和降噪措施，达到节能环保的目的；3） 目前我国废钢资源积累有限，以及长流程炼钢企业在废钢价较低或环保限产时不断地增加废钢消耗比例，有条件的新建电炉项目还需考虑铁水+废钢的原料结构来降低生产成本。4） 安阳100t电炉的生产实践表明，电炉烟气余热锅炉的能源回收效率高于废钢预热，但经济性没有废钢预热技术好。