1.电弧炉炼钢的发展及现状

电炉炼钢自问世以来，一直稳步增长，至今已占世界钢产量的31%以上，并继续上升，发达国家增长速度比较快，一直处于不断上升的趋势。1996年以后，大批现代化电炉投入生产，电炉发展进入了新的历史时期，我国电炉钢生产能力由九十年代中期的2000万吨/年上升到2002年的4035万吨/年。同时，采用先进技术改造现有电炉，成为企业节能增效的重要举措。其中，天元二手材料率先采用DP90型废钢预热水平连续供料设备对2#电炉供料系统进行技术改造，投产后，各项技术经济指标比改造前有较大提高，取得了显著的经济效益和环境效益。随后，舞钢1号、3号、4号炉相继改造成功，进一步证明电炉炼钢具有强大的市场竞争力！与转炉工艺相比，DP新电炉炼钢工艺主要有以下优点：

1.1投资：电炉工艺投资少，占地面积小，建设工期短；

1.2资源：随着国民经济的发展，铁矿石、炼焦煤等资源将日趋稀缺，而废钢资源将不断积累。因此从长远来看，电炉工艺具有较大的成本优势；

1.3环保：电炉工艺产生的CO2、NOx、SOx等有害气体的量较高温炉-转炉工艺少；

1.4能耗：与废钢—电炉—钢水的短流程炼钢工艺和高炉—转炉—钢水的长流程炼钢工艺相比，短流程炼钢总能耗仅为长流程炼钢总能耗的50%。

1.5废钢资源：预测2020年左右基本实现工业化后，钢铁消费将达到峰值，此后废钢资源将越来越丰富，以废钢为主的电炉钢资源成本优势将日益凸显。

1.6电炉炼钢与中频炉炼钢的比较：长期以来，采用中频电炉炼钢、连铸、轧钢的生产工艺也得到了发展，出现了许多小型钢厂，目前在东南亚及许多发展中国家也呈现出蓬勃发展的势头。由于其投资少、见效快，在某些地区已成为电炉炼钢的有力竞争对手。与中频炉炼钢相比，新型DP电炉炼钢工艺具有以下明显优势：

1.6.1.电弧炉生产过程具有除去[C]、[P]、[O]、[S]、调整温度和成分、除去气体、除去夹杂物等功能，而中频炉只具有调整成分的功能而没有[O]的功能，只能算是炼钢炉。

1.6.2.中频炉额定容量小，冶炼时间长，生产能力远不及电弧炉，例如70t偏心底炼钢超高功率节能电弧炉每炉冶炼周期可缩短为45分钟，年产钢量可达60万—70万吨。

1.6.3.由于电弧炉与中频炉生产工艺不同，电弧炉钢的质量优于中频炉，可生产轴承钢、油井管、优质弹簧钢等特种钢，而中频炉只能生产质量要求不高的普碳钢。电弧炉成分容易控制，品种命中率可达99.5%以上，而中频炉[C]、[P]及合金元素成分较高时无法调整，品种命中率较低。

1.6.4.电弧炉+LF炉可以与连铸一一配套，生产节奏容易控制。中频炉与连铸很难做到这一点，生产节奏慢。

1.6.5.经应用及工业对比计算，超高功率电弧炉若采用DP节能废钢预热连续装料技术，电耗成本可比中频炉降低110元/t钢左右。

1.6.6.2010年6月21日天元二手材料与有关部门联合制定了《钢铁行业生产经营规范条件》，规定允许建设公称容量70吨及以上的炼钢厂，允许建设公称容量70吨及以上的超高功率节能炉。炼钢电弧炉类型符合国家政策，企业可以长期持续健康发展。但中频炉属于国家禁止和淘汰范围。

近年来，国际铁矿石价格大幅上涨，矿石资源危机已成趋势。我国《钢铁产业发展政策》明确指出要“逐步降低铁矿石比重、提高废钢比重”，减少原生资源开采，加大资源回收利用力度。废钢利用、资源合理配置是实现钢铁工业可持续发展的重大战略决策。废钢作为可回收利用的资源，是缓解铁矿石危机的重要途径。电炉钢生产技术的发展对我国钢铁工业可持续发展有着重要的影响，据统计废钢预热连续加料工艺，世界电炉钢产量约占钢总产量的32%-35%，目前电炉钢占比已达50%以上。随着我国钢铁工业的快速发展，在转炉钢产量大幅增加的背景下，我国电炉钢产量也逐年增加。电炉炼钢快速发展已成为普遍趋势。

2.国外电弧炉高效节能炼钢技术与装备研发

随着电炉炼钢工业的发展，人们越来越重视电炉节能技术的研究。日本是最早利用电炉余热预热废钢的国家，该系统采用长距离分体布置，炉气通过管道输入废钢余热炉，入口炉气温度700-800度，将废钢预热到300度左右，每吨钢可节电30-45kw/h，缩短冶炼周期5-8分钟。但此法占地面积大，炉气热损失大，废钢预热温度低，有害气体排放量超标问题难以解决，现已停产。随后出现了双壳电炉技术，该技术采用两炉交替冶炼方式，将废气送入另一台盛有废钢的炉子中，对废钢进行预热。其特点是充分利用了电炉排出的废气的热量，但这种设备存在操作难度大，两炉切换节奏不易掌握，占地面积大，投资大，运行费用高等缺点，目前已不值得推广。90年代曾采用立式炉进行废钢预热和粉尘回收，此种方式的特点是将废钢预热筐直接置于电炉顶部的废气出口处，工作时先将废钢放入筐内，1500度高温废气穿过废钢进行预热作业，废钢预热温度达600度以上，节电可达100kw·h/吨钢以上。但立式炉也存在着结构复杂，维修困难，成本高的问题，由于车间高度高等缺点，使用立式炉的厂家越来越少。 20世纪90年代初，国外开发了卧式废钢预热输送设备，该机利用电炉四孔排出的高温烟气对废钢进行预热，与其它产品相比，具有冶炼周期短、工作可靠、能耗低等优点，但也存在预热通道密封性差、废钢预热温度低、结构复杂、占地面积大、投资大的缺点，国内已逐渐被新型DP废钢预热输送设备所取代。

3.我国电弧炉高效节能炼钢技术与装备研发及应用

我国现行电弧炉炼钢技术在产量、装备技术、高效技术、清洁技术等方面取得了一定的进步，但与国外同行相比，我国电炉炼钢综合能耗较高，节能降耗是电弧炉生产技术发展的必然趋势，特别是我国面临废钢资源短缺、电力等能源紧张的现实，对电弧炉炼钢节能降耗进行深入研究十分必要，因此，围绕进一步缩短冶炼周期、降低吨钢能耗等核心问题，发展具有自主知识产权的国产电弧炉冶炼技术与装备，大力发展电炉炼钢是我国刻不容缓的任务。

近年来，天元二手材料自主研发的DP系列废钢预热输送设备，采用废钢预热、连续供料、电炉余热回收、高温烟气净化等一系列高科技技术和手段，有效解决了电炉炼钢难题，填补了国内解决传统生产方式钢铁企业能耗高、生产效率低、环境污染严重的空白，成为我国电炉炼钢行业技术改造、新建项目的首选设备。其主要特点有：

DP系列废钢预热输送设备可将在线预热好的废钢连续加入电炉，实现废钢连续预热、连续加料、废钢连续熔化、连续氧气熔炼的电炉冶炼技术更新。泡沫渣作业简化了传统电炉工艺的废钢熔化流程，大大减弱了废钢熔化期间三相电流对电网的无功冲击，从根本上抑制了电压闪变及高次谐波的发生，提高了电网安全运行指标。

1.1.全熔化氧化冶炼是电炉炼钢技术进步的充分体现

传统超高功率电炉不实行废钢预热和连续装料技术，3个废钢熔化期累计熔化时间约35分钟，而采用大量留钢的全流程熔池氧化冶炼技术后，熔化期不再存在，演化出除少量留钢的电炉外，其余冶炼期内三相负荷平衡、电弧稳定，因此电压闪变和高次谐波飞溅概率可降低60%以上。

传统冶炼工艺中，一般来说，每炉需要打开炉盖装料三次，每次平均耗时4分钟。采用废钢连续装料后，热停炉时间至少可以减少12分钟（如需压料，则延长）。高功率类比计算，可使电炉产能提高2%以上。也就是说，采用此项炼钢技术后，在不增加其他任何投资的情况下，原有电炉年钢产量将提高2%，这是一个明显的增效。另一方面，单线冶炼时间缩短了12分钟，为电炉炼钢高效连续生产提供了有力的工艺保障。传统电炉炼钢，熔炼期间功率因数一般在0.5左右，电能利用率很低。采用全熔化氧化冶炼后，变压器功率因数提高到0.85以上，显然功率输入密度提高了，电能利用率也提高了。冶炼电耗必然下降，冶炼周期必然缩短。

2003年，舞钢对一座90T电弧炉进行了改造，该电弧炉采用超大功率电源、铁水局部热装、DP90型废钢预热水平连续装、RBT出钢、水冷炉墙、辅助能源优化、USTB集束氧枪、环保等先进技术，经过几年的运行，各项指标均达到国内先进水平，被誉为“中国电炉王：效率最高、能耗最低！”。截止2009年，舞钢已连续投产DP系列废钢预热输送系统四条生产线，取得了显著的节能减排、高效炼钢效果。

舞钢2号电炉实现的经济技术指标

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平均冶炼周期38分钟/炉；

最短时间为30min/炉；

最高日产量43炉/日，产量4560t/d；

吨钢平均耗电量；

最小/吨钢材；

平均耗氧量为41Nm3/t钢；

平均电极消耗为1.3kg/t钢；

最低1.08kg/t钢；

1.2.结合热装铁工艺，进一步发挥废钢预热和连续供料节能炼钢的优势

电炉炼钢时加入一定量的热铁水，主要原因有：第一，现阶段废钢价格与热铁水成本相差无几；第二，热铁装料充分利用了热能，可降低冶炼电耗；第三，加入30%以上的铁水，与大钢滞留冶炼操作效果相同，可实行全过程熔炼。

理论上，电炉热装铁水最佳热装比例为40-50%，此比例不仅大大降低了冶炼电耗，还兼顾了电炉的冶炼节奏，保证了整个炼钢线生产的连续性。

电炉热装铁水后，需要分时段、实时合理控制氧气压力、氧气流量，同时为了避免熔炼温度出现梯度变化，造成熔体沸腾，往往需要采用深吹、浅吹相结合的方式对熔体进行吹氧搅拌，另一方面整个泡沫渣过程必须同步到位，保证渣层厚度。

2、多方式提高废钢预热温度，充分发挥节能效果

DP系列废钢预热输送设备的节能效果与废钢预热方式、废钢预热时间、预热廊道密封性、高温烟气性能等因素密切相关，如何最大限度提高废钢预热温度与废钢预热方式、废钢预热时间、预热廊道密封性、高温烟气性能等因素密切相关，是节能效果的关键指标，也是提高产品综合性能的研发重点。为此，进行了如下有益探索：

2.1不断提高废钢预热槽结构设计的合理性

废钢预热槽结构方式，天元二手材料早期产品采用水冷结构，此结构优点是设备运行可靠，故障率低，维护量小。但是，与槽接触的废钢预热温度由于水冷槽的冷却而降低，影响废钢的预热效果。对于厚度不超过10mm或体积密度不超过1.0kg/cm3的废钢，由于废钢密度小，效果不突出。但是，对于厚度超过10mm的废钢，各种团块或中重型废钢则不会出现这种情况。

2.2 提高热气流的透气性是提高废钢预热温度的有效途径

预热通道内高温烟气密度沿烟气截面分布不同，阻力小区域密度大，阻力小区域密度小，也就是说，预热槽上杂乱堆放的废钢横截面内热气流密度是不如通道内中心区域的，所以提高废钢层内热气流的透气性是提高废钢预热温度的必要手段，在保温罩内增设斜式排烟装置，可使烟气运动轨迹变成波浪状，有效地提高废钢层内热气流的透气性，从而增加高温烟气与废钢的接触面积，进而提高废钢的预热温度。

2.3.减少混风面积，提高烟气热能

电炉进风口是废钢和高温烟气连续供给的工艺通道，要求在电炉抖动、排渣时不能中断废钢的连续预热和连续供给，即当电炉向炉前倾斜3度时，电炉进风口不与振动的台车料槽相碰，另外电炉盖吊起后不与废钢预热水、冷却罩相碰。但间隙面积过大，混入的慢野风所占比例也大，每增加0.1㎡混风面积，混风量就增加。电炉进风口三面与料槽之间留有一定的工艺间隙，一般来说，进风口的混风面积不小于0.6㎡。可以达到/h。经过几年的时间，混合的野风可占到废钢预热烟气工作风量的1/3。假设电炉入口高温烟气温度为1100-1200℃，与空气混合后烟气温度会下降。在不考虑炉内与大气之间的压差的情况下，与空气混合后的烟气温度约为900℃。解决电炉入口动密封问题是保证烟气热能的重要途径。

3.开发新的DP系列产品，满足市场需求

3.1.DP-L型立式废钢预热输送设备的开发DP标准型废钢预热输送设备在电炉非短网侧沿电炉中心线水平布置，长度一般为40～50米，过短会造成废钢在热通道时间过短、预热温度过低（附录：预热长度与预热温度对照表）。有的企业在同一跨厂区建筑内有多台电炉，电炉之间距离较近，若采用废钢预热设备，现有的废钢预热输送设备无法满足要求，需要开发新型废钢预热输送设备。为此，天元二手材料与印尼苏钢合作开发了DP-L型立式废钢预热输送设备。该机的特点是将移动式振动给料机罩侧口与尾部振动输送机连接在一起。垂直连接，工作时，给料器上部水冷烟罩固定，给料器本体可沿电炉中心线（四孔侧）作水平前后移动，进电炉或出炉，实现向电炉连续给料。该机的研制成功，进一步拓宽了DP系列废钢预热输送设备的应用范围，最大程度满足了各种炉型、各种电炉车间布局的技术改造需要。

3.2 DP-T脱磷炉废钢预热及输送设备的开发

韩国浦项集团是全球著名的钢铁企业，其子公司天元旧材是一家以生产、销售不锈钢为主的公司。2010年9月，该公司牵头投资建设了脱磷炉，该炉安装在现有车间检修跨17-19#柱，废钢输送有效距离仅31m；所用原料一部分为不锈钢废料，一部分为高磷镍铁块基材，镍铁块厚度≥120㎜，体积密度超过3.0kg/cm3，这些原料的基本特点是无磁性、厚度大、比重大，无法使用电磁吸盘进行吊运，标准的废钢预热输送设备无法满足脱磷炉对废钢连续上料、连续预热的工艺要求。

2011年初天元二手材料与浦项不锈钢合作成功开发了DP-T60脱磷炉废钢预热输送设备，该机除具备标准型DP废钢预热输送设备所有性能外，还具有以下主要特点：

1、采用超长移动式振动给料机（给料槽长度约9m）；

2、超短废钢预热输送通道（输送槽有效长度20m）；

3、移动式双层筒仓结构；

4、双层输送槽结构；

5、高温烟气导流管等。

采用DP-T60脱磷炉废钢预热输送设备的浦项60t脱磷炉经过近半年的生产使用，与现有的普通电炉相比，具有以下明显优势：

冶炼电耗低：可节省电费80-吨。（1）脱磷炉冶炼时不需开盖，热损失低；（2）废钢预热到400℃以上；（3）熔池不断熔化废钢，电弧稳定废钢预热连续加料工艺，能源利用效率高。

电极消耗少：每吨钢节省0.6-0.75公斤（1）熔池平整冶炼，电弧稳定，电极折断率几乎为零；（2）废钢预热，提高电能利用率，充分利用热能，平均每炉供电时间由原来的50分钟缩短为40分钟。（3）脱磷炉采用电极加热钢水，钢水又加热废钢，无电极穿孔过程。

冶炼周期短：每炉钢至少缩短15-20分钟。 （1）脱磷炉装料时，不需打开炉盖，节省了装料、压料时间。 （2）电能、热能利用率提高后，加快了冶炼节奏。

电压闪变、高次谐波发生概率低：分别降低31-40%、34-43%；脱磷炉连续装料后，冶炼工艺更新优化，全熔池冶炼，三相电弧稳定，不会出现传统工艺熔炼期间单相短路的情况。

噪音低：噪声降低≥20dB （1）冶炼过程全部为熔池冶炼，无冲击负荷； （2）全程为泡沫渣、埋弧冶炼； （3）不打开炉盖，提高了隔音效果。

脱磷炉年钢产量高：提高20%，同等配置条件下，单台电炉冶炼周期缩短15-20分钟。

项目建成投产以来，整套设备完全满足不锈钢生产条件要求，节能减排效果明显，受到用户好评。

4. 结论

4.1.我国电弧炉炼钢发展应在现有技术基础上以缩短冶炼周期、降低吨钢能耗为重点，大力开发和推广应用具有自主知识产权的现代电弧炉高效节能炼钢技术和装备;

4.2.面对我国废钢资源紧缺、电力短缺的现实，采用DP废钢预热输送设备是进一步缩短电弧炉冶炼周期、提高电弧炉炼钢生产率、降低生产能耗、节能减排的有效措施；

4.3.新型DP电炉炼钢工艺将在线预热的废钢连续加入电炉，实现了连续预热、连续装料、连续熔化、连续冶炼的电炉冶炼工艺技术创新，是实现电炉炼钢转换最直接、最有效的技术措施，也是中频炉等小型炼钢企业实现产业转型的方向，对于新条件下推动我国电弧炉炼钢发展具有重要意义；

4.4.DP电炉炼钢新工艺已在国内外多家钢铁企业成功实施应用，并将对今后电炉炼钢工艺设计、设备选型、专业人才培养等诸多方面产生深远影响；元二手材料愿与炼钢企业、科研院所及社会有志之士开展广泛的交流与合作，共同开启新世纪低碳冶金新篇章。

该公共帐户创建了一个新的“电炉钢组”，并欢迎钢铁厂，大学，研究机构，原材料和设备供应商以及其他与电动弧炉场直接相关的人员，以进行讨论和交流。

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