1.研究背景和问题

随着国内环保需求和国内废钢量的不断增加，以及在国家“十四五”电炉发展政策和双碳政策的影响下，电弧炉炼钢将迎来新的历史性发展机遇。电弧炉炼钢过程能耗和碳排放仅为高炉—转炉长流程的1/3，是钢铁行业循环绿色发展的重要路径。

电弧炉冶炼废钢过程中，废钢主要通过顶部装料和水平连续加料两种方式加入电弧炉，主要存在生产效率低、能耗高、二恶英污染等问题。为解决以上问题，亟待研发一种设备可靠、生产效率高、节能环保的绿色废钢输送预热技术。

针对现有的废钢投料方式及其优缺点，天元二手材料进行了长期的技术储备、理论与试验研究，研发出了具有自主知识产权的废钢预热技术，解决了废钢预热生产效率低、环境污染、设备不可靠、废钢预热效果差等问题。

2. 解决问题的思路和技术方案

青运废钢预热工艺流程如图1、图2所示。青运废钢预热工艺流程是将废钢从废钢场通过废钢输送装置加入电炉。废钢输送装置分为废钢进料装置和废钢预热装置。废钢进料装置接收来自废钢场的废钢并与冷空气接触。废钢预热装置设有封闭的盖板，与电炉接口连接，形成封闭通道，废钢可被电炉烟气预热。两者之间设有动态密封，隔绝冷空气进入废钢预热段。废钢预热段前后设有两条除尘通道，两条除尘烟道在汇合处设有摆动密封门，可动态调节混合烟气的温度。最后烟气进入沉降室进行快速冷却，避免二恶英的产生。

图1 连续供料废钢预热流程

同时废钢预热段可配备化学能强化预热装置，绿色吸收社会废弃物（如：汽车拆解产生的废轮胎、废塑料等），作为炼钢环节的能源输入。废钢预热输送槽具有独特的阶梯结构，可以对翻滚的废钢进行扰动，使废钢预热更加充分，达到节能的效果。另外，整套设备安全可靠，可以快速输送废钢，达到投料时间段的效果。

图2 连续供料废钢预热工艺示意图

三、重大创新进展

1.主要技术措施

主要解决废钢预热温度低，烟气中易产生二恶英，加入废钢时间较长的问题。

1、提高废钢预热温度。通过化学能强化装置、步进扰动输送结构，提高了废钢预热温度，且废钢预热更加均匀，废钢平均预热温度可达500℃以上。

（1）采用化学能强化装置（图3）。在以电炉烟气为主要热源时，采用高速气体燃烧器作为辅助热源，利用高速燃烧器射流冲击废钢层，强烈搅拌带动电炉烟气，共同对通道内废钢进行预热。燃烧介质可以是高炉煤气+天然气、转炉煤气、天然气或其他能源，化学能可灵活配置。末端设置动态密封装置，防止冷风进入预热通道，从而增加废钢与烟气的接触面积和热交换效率。经模拟计算废钢平均预热温度为~500℃。 该装置优化利用烟气中的显热和一氧化碳燃烧产生的化学热、燃烧器提供的化学热、废钢中携带的可燃物燃烧所释放的化学热，使废钢预热效果达到最佳。

图3 化学能增强示意图

（2）输送槽独特的台阶结构。传统的水平连续供料设备只能对废钢表面进行预热，废钢预热效果不理想。通过在输送槽上配备多个台阶，废钢在输送过程中滚动，可以达到更大的预热深度，使废钢整体预热更加均匀。

（3）防止冷风混入。在预热段末端设置烟气旁路及高可靠的动密封装置，防止冷风进入强化预热风管，提高系统热效率，保证预热效果。

2、烟气温度控制系统。烟气温度控制是通过摆动密封门动态调节两个除尘通道的烟气量来实现的，并通过沉降室喷淋快速冷却对烟气进行降温，抑制二恶英的生成。

（1）调节烟气温度。设置两条除尘通道，两通道之间设有加强预热装置，可使风管内烟气保持较高温度，保证烟气充分燃烧，避免二恶英的产生。增加预热段长度，可使烟气中更多的大颗粒粉尘沉降在预热通道内，与废钢一起被输送回炉内，从而提高金属回收率，减少除尘量。摆动密封门动态调节，控制合并烟气温度在850℃~900℃，使二恶英完全分解。

（2）沉降室喷水淬火，能将烟气温度快速冷却至200℃以下，抑制二恶英的合成。

3、废钢高效输送。通过灵活多样的配料方式，配合自主研发的动力装置，实现废钢从废钢场快速输送至熔炉。

（1）配料方式灵活多样。各钢厂废钢场布局不同，情况多样复杂。针对这种情况，提出了桥式起重机配料、链式输送机配料、抓钢机配料、阶梯式振动槽配料等多种方式，可随意堆放。可解决废钢场到电炉距离远、废钢场地形复杂、配料跟不上生产节奏、配料人员缺乏等诸多问题。

（2）多台叠加式振动动力装置。自主研发的分布式激振器结构紧凑，刚性同步安装于输送槽两侧，可避免传统水平给料装置受长度制约的弊端，给料速度提高到8~10t/min，齿轮、轴承等关键部件寿命长、可靠性高，提高了电炉炼钢的生产节拍。

2. 主要创新点

1、研制的烟气化学能强化系统和独特的输送槽阶梯式结构，提高了废钢预热温度，加深了废钢预热厚度，使废钢预热更加均匀，从而降低了电弧炉冶炼废钢的能耗。

2、研制的动态密封装置，可以隔绝冷风进入预热风道，提高废钢的预热效果。

3、研制的烟气温度可调系统，可抑制二恶英的生成废钢预热连续加料工艺，提高金属回收率，减少沉降室粉尘量。

4、研制的高效废钢输送装置，能适应工厂复杂多变的配料环境，高效、快捷地将废钢输送至电弧炉。

（三）知识产权保护、学术论文等进展情况。

围绕绿色输送废钢预热技术，申请相关专利30项，已获得授权13项。

6项海外专利。

写下2个标准。

（1）国家标准GB/T 41994-2022：工业炉及相关工艺设备 电弧炉炼钢机械

设备和设施的安全要求。

（2）中国金属学会团体标准T/CSM1 2020《步进连续装料电炉》。

四、应用及效果

目前已在天元二手物资、天元二手物资、天元二手物资、天元二手物资四家企业推广应用，绿色输送废钢预热系统设备运行稳定废钢预热连续加料工艺，效果良好，采用该技术可使二恶英排放量降低至≤0.1ng-TEQ/Nm3，废钢预热温度可达500℃，吨钢冶炼能耗为250~280kw.h，冶炼周期为25~30min，金属回收率提高2%~4%。

图4 二恶英控制-喷雾淬灭现场和控制屏幕

图5 高效输送连续供料废钢预热设备