编者按：据此前新闻报道，7月10日，河钢石钢环保搬迁产品升级改造项目炼钢总承包工程开工，据悉，本次炼钢项目引进德国西马克环保废钢预热，很多朋友不知道什么是双竖炉，为此，编者找了一篇介绍立式电炉废钢预热工艺的论文，分享给各位读者，希望大家能够对这项技术有一个基本的了解。

摘要：介绍了电炉炼钢中废钢预热方式及立式炉预热原理，并对不同类型电炉的生产数据进行了比较。

关键词：立井；废钢预热；对流传热

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介绍

随着世界能源供应形势日趋紧张，节能减排已成为主流趋势。目前，电炉炼钢产量约占世界粗钢总产量的30%，我国电炉炼钢产量已达粗钢总产量的10%以上。在目前电力紧缺、废钢等原材料价格上涨的情况下，降低成本、利用废钢预热、充分利用废气余热、降低能耗已成为众多电炉炼钢厂家的共识。

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电炉预热废钢的现行方法

目前电炉炼钢所采用的废钢预热方式主要有竖炉、隧道窑、筐预热和双炉壳预热等，每种方式都有各自的特点，其中竖炉预热温度最高，隧道窑竖炉预热温度次之，筐预热温度最低。自1988年第一座竖式电炉在天元二手物资投产以来，全球已建和在建的竖式电炉已达20多座[1]。目前，国内使用竖式电炉的两大企业是沙钢和鞍钢。

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立式炉简介

3.1立式炉特点

为了利用废气中的热能，将与炉体相连的除尘烟道改造成竖井，废气在竖井中沿废钢的反方向流动，对废钢进行加热。它的主要优点是加入废钢与熔炼过程无关，大部分废钢都是通过竖井加入的，不需要打开炉盖，废钢的加入方向与废气相反。此外，废钢作为废气的初步过滤器，可以捕集大部分粉尘。

该方法的特点是：

（1）由于不需打开炉盖加料，提高了电炉的生产效率，减少了加料过程中的能量损失，从而减少了输入电能，降低了电极消耗。

（2）竖井起着气体冷却器的作用，对排出的烟气进行冷却，减少了后续水冷烟道的长度，相应减少了冷却水的消耗，预热时产生的烟气通过竖井顶部的除尘管道进入除尘系统，不会对环境造成污染。

（3）对废钢的要求不是很高，能适应多种废钢情况，适应性强。

（4）预热时，为防止废钢未完全熔化，结块而无法添加，必须限制废钢的预热温度。

（5）竖炉可起到烟气过滤器和烟气冷却器的作用。竖炉除了因能耗低而带来的间接环境效益外，对环境也有重要而积极的影响。常规大功率电炉的粉尘量为18-20kg/t，经竖炉处理后，粉尘量降至12-14kg/t，而且附着在废钢表面的粉尘直接返回熔池，在一定程度上提高了回收率1.5%-2.0%。

3.1.1 指型轴

指型立轴为第二代立轴，轴四周镶有水冷板，底部有指型支架，可托住废钢，支架打开时废钢可落入熔池，支架为水冷。

3.1.2 新建竖井

新型立井将原立井置于电炉一侧，可用车轮或滑道驶出电炉。可将废钢连续加入立井，在立井底部采用液压缸或振动小车将废钢推（加）入熔池。

3.2立式炉装料工艺

经过各厂几年的生产实践，立炉的装料形式经历了从无指形支架到指形立炉到新型立炉的过程。较早的立炉采用水冷立炉加水冷支架（指形），这种形式废钢靠重力进入熔池，这种形式存在冷却水用量大、水冷指形不易打开、易漏钢等问题，影响电炉的正常生产。新型立炉取消了水冷板，采用钢板立炉壁废钢预热，置于电炉侧面，降低立炉上口标高，废钢加到立炉后，用液压缸推入或用步进小车振动送入电炉。

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立式炉预热原理

电炉出来的烟气在竖炉内有二次燃烧过程，竖炉起着二次燃烧室的作用，冶炼过程中产生的CO气体在竖炉内燃烧转化成CO2，产生大量的热能，从而对竖炉内的废钢进行加热，竖炉内的废钢与烟气充分接触，进行热交换，这就是为什么竖炉的废钢预热效果优于其它废钢预热形式的原因。通常整个废钢冶炼的废钢预热温度可达700-800℃，而隧道窑预热温度只有300℃左右，筐预热温度更低，只有200℃左右。竖炉的优势就在于强化和巧妙地利用了放热反应。

立式炉工艺的关键是应用以下反应[2]

2一氧化碳+氧气=2二氧化碳

此反应是放热反应，可以产生约/ rgc的热能，但要受一定条件的限制：

（1）温度：温度必须低于800℃，高于此温度，铁容易氧化。

（2）时间：传统电炉，高温烟气很快从炉内排出，并采用大量的冷却水来冷却高温烟气，不仅损失能源废钢预热，而且增加了运行成本，但在立式炉中，此反应发生在炉身内的废钢中，气体处于低速状态，反应产生的热能传递给废钢，起到对废钢进行预热的作用，但需要一定的预热时间，即必须使废钢在炉身中停留足够时间，才能完成热交换。

竖井内的热交换主要有两种形式：对流传热和辐射传热。对流传热是对流和传导同时参与的传热过程[3]。

式中，h∑为对流传热系数（W/(㎡•℃)）；Δt为流体平均温度减去壁面平均温度（℃）；F为与流体接触的壁面面积（㎡）。

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对比分析

收集不同类型电炉的生产数据，并进行比较和总结如表1所示。

从表1可以看出，由于常规电炉没有废钢预热，主要参数偏大，指型立炉预热温度较高，可达700-800℃，但指型立炉高温下易焊合，新型炉身采用钢板或钢板做周边面板，不需水冷，可连续加入废钢，每次加入废钢量减少，类似平熔池冶炼，不易损坏电极，降低电极消耗，实际生产中电极消耗可达1.0kg/t钢水，废钢预热温度可达400-600℃，但同时存在当废钢种类不同时，液压缸无法推动等问题。 因为国内生产厂的铁水比例比较大(50%以上)，冶炼周期比较短，废钢在炉窑内存放时间比较短，预热温度远达不到全部废钢冶炼时的温度。

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综上所述

（1）电炉炼钢中采用立式炉预热废钢是较好的方法之一；

（2）新型立式炉解决了水冷部位漏水问题，有效预热温度达400-600℃，不会造成烧结、粘连现象，同时也部分利用了烟气的热能，降低了待处理烟气的温度。

（3）新型立炉采用侧向布置，采用连续装料方式，平熔池冶炼，不仅有效降低了厂房高度，节省投资，而且有效降低了各项能耗指标。

参考

[1] 杨银, 倪冰, 李延昭. 100 t立式电炉高效炼钢技术分析[J]. 宽厚板, 2006, 12(2): 16-20.

[2] 倪兵, 余福伟, 季建英, 等. 100 t立式电弧炉的高效生产[A]. 第十二届全国炼钢学术会议[CJ. 2002.

[3]沈巧珍,杜建明,冶金传动原理[M].北京:冶金工业出版社,2006.