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高质量发展

向工业4.0迈进的一大步:新型Quantum炼钢电炉

文章来源:本站 发布时间:2020-3-27 浏览量:

  绿色环保,冶控集团一直在关注并践行,首选的电炉技术应当有以下特点:

  1、低电能消耗

  2、CO2和其他有害排放低

  3、原料灵活

  4、高自动化操作

  5、生产效率高

  源自德国普锐特冶金技术有限公司的Quantum电炉技术具备了所有这些特点,当然受到冶控集团的青睐。

  1、Quantum 基本原理

  储存在废钢跨的废钢加入到一个矩形的料斗,然后废钢自动的加入到提升机上的废钢小车内,通过提升把废钢加入到电炉的预热竖炉。废钢分几批次在预热后加入到熔池内。电炉内输入电能和顶枪喷氧融化废钢,通过4个液压缸倾动炉壳实现出钢或出渣,而炉盖和竖炉是固定不动的。造渣剂和合金在出钢过程中通过炉盖加入到钢包中。

 

①废钢提升机 ②废钢料斗③废钢加入④尾气处理 ⑤废钢预热⑥供电设施⑦电炉炉壳

图1: Quantum 电炉出钢侧剖面图


  废钢提升机

  Quantum 电炉技术是很多经过长期验证技术的组合。提升机与高炉上使用的提升机很相似。在墨西哥Tyasa工厂的提升机从2014年以来使用中没有出现过故障。

  废钢保持手指系统

  与手指竖炉电炉使用的系统相比,废钢保持手指系统已经得到优化。手指可以完全从竖炉内抽出。手指表面由特殊钢保护,可以耐受加料时产生的机械冲击。


图2:废钢保持手指系统


  无渣出钢系统

  Quantum电炉的一个特色是先进的无渣出钢系统。出钢口通过一个虹吸装置与钢水熔池分开布置,这种形式有许多优点。在出钢的同时钢渣不能通过虹吸装置,出钢口可在通电状态下填砂。在出钢时电炉也是在通电状态。因此,Quantum电炉的准备时间(出钢,加料,出钢口填充等造成的停机时间)大约只有4分钟。


图3:无渣出钢系统原理图,墨西哥Tyasa厂


  电炉炉壳动作

  由于竖炉结构是固定的,必须操作炉壳用于出钢和出渣(如果需要)。炉壳安装在带液压缸和导向装置的框架上,可以双向倾动炉壳-出钢侧和出渣侧。

  带有电极升降系统的框架和喷氧喷碳的顶枪支架是不倾动的,但是会旋转用于接电极和快速更换小炉盖。传统电炉倾动时产生的巨大压力,对支座和轴承和大电流电缆都会产生不利后果。为了维修简便的原因,简单的炉壳输送和移动理念减少了炉体的运动,通过快速更换炉壳改善了维修性能。


图4:a钢包在车上;b更换炉壳前的钢包车;c钢包车在炉壳接受位;d钢包车运送炉壳到维修区

  输送车同时用作钢包车和炉壳输送车。炉壳更换过程在图9显示。为了把炉壳从框架上接收,车要开到炉壳下方的更换位置。炉壳通过液压缸和导向装置下降,当降到车上时,炉壳就可以自由移出电炉区域,进行耐材维修或炉壳更换。

  

图5-a钢包车在炉壳更换位置;b承载着炉壳的钢包车在维修位。

  为准备电炉重新开始炼钢,炉壳在开到操作位置以前就加入钢水或废钢。当到达操作位时,液压缸和导向装置上升,炉壳与机架重新连接。

  2、Quantum EAF的电能消耗

  在电炉炼钢中,电能消耗是成本最大的部分,我们发掘了最大的成本节约潜力。以下数据显示了各种电炉电能消耗与氧气消耗的关系。Quantum 电炉是能量消耗最低的炉型,电能消耗310kWh/t和氧气消耗25Nm3/t。


图6: 不同电炉技术的电耗和氧气消耗

 

  Quantum电炉的能力平衡表见下图。经过计算预热能源可达95kWh/t。


表7: Quantum 电炉能量平衡图

  平衡表中不包括二次燃烧室的天然气消耗,其耗量5~9Nm3/t。

  3、原料灵活

  Quantum电炉的设计是基于100%废钢加料,因为在这种条件下预热才能显示最大的好处。Quantum电炉也可以加入其他原料,或者和废钢一起加入,或者通过炉盖的第5孔连续加入。

  废钢的规格基本上与其他电炉相同。废钢长度不能超过1.5米,每块废钢质量不能大于500Kg.薄片状废料不能超过50mm厚。废钢密度也有一些限制。大密度的废钢例如破碎后的废钢,不能超过一定的比例。否则竖炉中的废钢对炼钢尾气的透气性不足,竖炉内的压降太高,漏风进入电炉。基本上所有在下表中的原料都可以加入Quantum电炉。

表1:  Quantum EAF可用的原料

原料

铁金属. (%)

碳  (%)

脉石 (%)

堆比重(t/m3)

温度 (°C)

废钢

 

< 0.2

< 3

0.4 – 1.0

环境温度

基于煤的DRI

80 – 85 %

0.1 – 0.3

3 – 9

1.5 – 1,8

环境温度

基于天然气的DRI

80 – 85 %

1.8 – 2.4

3 – 9

1.5 – 1,8

环境温度

基于热气的DRI

80 – 85 %

1.8 – 2.4

3 – 9

1.5 – 1,8

500 – 600

HBI 热压块

80 – 85 %

1.2 – 1.8

3 – 9

2,2 – 2,6

环境温度

生铁

92 – 95 %

3.5 – 4.2

-

3.5 – 4

环境温度

铁水

92 – 95 %

3.5 – 4.2

-

 

1200  - 1300

 

  非废钢原料的使用数量有技术和经济性上的限制。为了有足够的预热效果,至少要使用50%的废钢。还原铁和热压块可以通过炉盖加入炉内,很容易融化在电炉内的留钢中。甚至铁水也可以通过渣门的溜槽加入,但比例不能超过30%。下图显示了不同物料加入电炉的方式。


图8: 铁水通过渣门加入,还原铁通过炉盖加入Quantum电炉

  4、 Quantum 电炉自动化——向工业4.0迈进的一大步

  Quantum电炉的自动化水平非常高。人工干预主要在操作台实现。所有的工艺步骤都可以在自动模式下操作。

表2:电炉的自动化工艺步骤

工艺步骤

操作模式

注释

废钢加入料车

手动

废钢跨天车司机

废钢加料到提升机小车

自动

活动料斗

提升机小车到竖炉加料

自动

根据操作曲线

从手指到熔池加料

自动

根据操作曲线

喷氧/喷碳

自动

通过监控钢渣,控制顶枪

出钢

半自动

操作工通过系统控制

出钢口填充

自动

自动填砂装置

废气系统和二次燃烧

自动

通过连续的废气和测温控制

测温取样

自动

通过炉顶开口的机械手

渣门清理

手动

叉车

 

  5、环保方面


  烟筒排放

  所以的电炉融化废钢过程都会产生CO、NOx和有机化合物,例如二噁英和呋喃等。有机物的排放与废钢中的油脂,彩色喷涂等污染物有关。在废钢预热的情况下,仅靠一个像传统电炉那样带有漏风的二次燃烧室完全燃烧有机化合物是很困难的,因此所有废钢预热炉都需要一个安装着烧嘴的二次燃烧室,把废气加热到850°C以上,来消除二噁英和呋喃、CO。消除二噁英和呋喃等有机物排放由三个步骤组成,如下图所示:


图10:电炉烟筒排放中二噁英和呋喃减排原理

 

图11: Quantum电炉除尘系统流程

  此系统可以涵盖所有的环保问题,为了达到二噁英和呋喃的低排放(<0,1ngte nm="" sup="">3),还可以采用活性喷喷射技术作为选项。

  噪音排放

  电炉炼钢最大的噪音来自废钢开始融化时电极与废钢的短路。废钢融化后噪音就会极大的降低。精炼期的噪音在整个炉次内都是最低的。

  Quantum电炉内留钢量是出钢量的70%,废钢是在留钢内非直接的融化。这个过程与传统电炉的精炼期很类似,其噪音水平低于传统电炉。下图显示了传统电炉和Quantum电炉距渣门处5米的噪音水平。


图12: 传统电炉和Quantum电炉的噪音水平(声压水平)

 

  最后总结一下:Quantum电炉是一种经过验证的可靠技术,有不同的炉容,适用于不同的钢种。通过废钢越热,降低了电能消耗,电极消耗和耐材消耗的进一步降低了运行成本。所有环境方面的要求都能到达,特别是噪音排放低于传统电炉。

  Quantum 电炉可以基本实现全自动化操作。从废钢加入到出钢,所有的步骤至少可以实现半自动化,仅需要操作工的确认,这是向工业4.0迈进的一大步。Quantum电炉技术结合长材和板材生产线,特别是ESP技术,强调了其灵活性。

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