废钢预热技术的工业应用及其节能作用

　　伴随着钢铁生产的技术进步，我国电炉炼钢技术也得到了持续的发展，包括超高功率冶炼、富氧及燃料喷吹、偏心炉底出钢、热兑铁水等，但与国外同行相比，我国电炉炼钢的综合能耗偏高，尚未达到国际先进水平。而电炉炼钢中富氧技术的应用直接导致了电炉烟气温度上升，温度可达1300℃，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%～20%。理论上废钢预热温度每增加100℃，可节约电能20千瓦时/吨钢。除节约能源、降低消耗外，废钢预热还可缩短冶炼周期，提高生产率。目前，成功得到工业应用的废钢预热技术主要有吊篮型、直流双壳炉型、竖炉型和Consteel（康斯迪）型4种。

 

　　吊篮型废钢预热法需解决污染难题

 

　　吊篮型预热方式是将装满废钢的吊篮放入容器中进行预热，同时备用吊篮轮流连续使用。实践表明，吊篮型废钢预热的效果受到废钢种类、烟气温度、预热时间等因素影响，不同电炉节省电力的大小差别较大，通常可以回收20%～30%的烟气余热，降低电耗10千瓦时/吨钢～35千瓦时/吨钢（平均为20千瓦时/吨钢），冶炼周期缩短3分钟/炉，节约电极0.3千克/吨钢～0.5千克/吨钢，提高生产率约5%。随着电炉炼钢技术的发展，电炉冶炼周期时间缩短，要提高烟气余热回收率，就需要提高废钢预热的时间和预热废钢的比例，从而需要多个吊篮进行预热，通过串联形成吊篮型多级废钢换热，提高了预热效果。

 

　　吊篮型废钢预热在节约电力的同时，也带来了污染物排放问题，特别是二氧芑（致癌物）的产生，其主要是废钢中的油分、涂料、橡胶、化学合成品等有机物和锌、镉镀层挥发物在预热装置中温度较低时加热而产生。受到吊篮局部过热变形、废钢黏结的限制，预热温度不能太高，预热效果有限，限制了该方法的推广使用。

 

　　直流双壳炉型废钢预热法寻求节能突破

 

　　为提高电炉生产能力，日本率先开发出直流双壳电炉，可达到100%废钢预热，可减少电耗60千瓦时/吨钢～90千瓦时/吨钢。受换热能力和废钢类型的限制，直接采用烟气余热来预热废钢的双壳炉型实际很难取得预期效果，故多采用带有烧嘴的双壳炉型废钢预热方法，而且需要增加其他燃料。尽管这种方法吨钢耗电量能够减少，生产率提高20%以上，通常节约20千瓦时/吨钢～40千瓦时/吨钢，但因增加了其他能源，导致节能效果下降。

 

　　竖炉型废钢预热法应用广泛

 

　　由于吊篮型废钢预热存在环境和预热效果的问题，在20世纪90年代初，出现了两种商业运行成功的废钢预热方法，即竖炉型废钢预热和Consteel型电炉废钢预热法。竖炉型废钢预热方法，是目前最为成功、应用最为广泛的电炉废钢预热方法---竖炉直接安装在电炉上方，电炉排出烟气不经管道直接进入竖炉，保证了排气热量的充分利用。双壳炉体型竖式电炉，热效率比一般烧嘴热效率要高，可回收废气热量的60%～70%，与无竖炉的传统超高功率电弧炉相比，总能耗要减少50千瓦时/吨钢～100千瓦时/吨钢，提高生产效率15%以上，并且减少环境污染。连续装料型S-EAF---竖式双电极直流电弧炉，电耗下降40千瓦时/吨钢以上，冶炼周期缩短7分钟～8分钟，生产效率比常规机组增加30%～40%。

 

　　竖炉型废钢预热仍然存在一些需要改进的地方，如由于剖面不对称或呈椭圆形导致炉内受热不平衡，从而引起热损失；高温预热导致废钢氧化，降低炼钢收得率并增大为进行还原而需要的能量；废钢保存装置抗热负荷的可靠性；二次燃烧的空间小，增大了防止一氧化碳气体爆炸的难度。

 

　　Consteel型废钢预热法不断改进

 

　　Consteel电炉是在连续加料的同时，利用炉子产生的高温废气对运送过程中的炉料进行连续预热，可使废钢入炉前的温度高达500℃～600℃，而预热后的废气经燃烧室进入预热回收系统。它实现了废钢连续预热、连续加料、连续熔化，提高了生产率，改善了车间内外的环保条件，降低了电耗及电极消耗等。连续电弧炉是未来电弧炉的发展趋势，具有显著的节能作用。目前我国引进最多的高端、先进的电弧炉炼钢设备炉型就是Consteel电炉。