电冶金专题：电弧炉炼钢技术的最新发展

2）炉壁供氧技术

电弧炉炉壁供氧是为了消除炉内冷区，保证炉料均衡熔化，利用炉壁模块化控制喷射纯氧，以提高电弧炉的比功率输入，提高生产效率。炉壁氧枪主要有脱碳、助熔、二次燃烧及造泡沫渣等功能。炉壁氧枪的安装方式与传统的安装方式相比较，安装位置更接近熔池，射流到熔池的距离与传统的安装方式相比缩短了40%-50%，可大大提高熔池脱碳速度和氧气利用效率；可将熔池内的燃烧与熔池上方的燃烧有机结合起来，提高了冶炼过程热效率；可在炉内实现多点喷射，精确控制吹氧量和碳粉喷吹量，泡沫渣效果好。

3）EBT供氧技术

现代电弧炉均采用偏心炉底出钢（EBT）技术，使得EBT区成为电弧炉内冷区之一，造成该区的废钢熔化速度较慢、熔池成分与中心区域成分差别较大等问题。在偏心炉侧上方安装EBT氧枪进行吹氧助熔，可促进EBT区域废钢熔化，完全解决了EBT区域废钢在出钢时还未熔化及造成的出钢口打不开等问题，并在出现熔池后，提高EBT区的熔池温度，均匀熔池成分。出钢时EBT区域的温度及成分与炉门口区域温度及成分的误差仅相差0.5%-1.0%。

4）集束供氧技术

针对超音速气体射流速度衰减快、氧气利用率低等问题，集束射流技术得以开发并应用，在主氧射流周围设置环状保护气流（由燃气和氧气燃烧产生），使得主氧射流超音速核心段长度延长，形成类似激光束一样的射流。其氧气流股的动能损失减小，具有极强的穿透力和搅拌力，实现向熔池高速供氧脱碳，改善了炉内热量和成分的均匀性，对促进钢渣反应、均匀钢水成分和温度、提高氧气利用率、提高金属收得率等有十分明显的效果。北京科技大学开发的USTB集束供氧技术，更适应国内电弧炉炼钢炉料结构特点，达到国际领先水平，并已在国内外百余座电弧炉上得到应用。

1.1.3泡沫渣技术

在电弧炉冶炼过程中，在吹氧的同时，向熔池内喷碳粉或碳化硅粉，形成强烈的碳氧反应，在渣层内形成大量的CO气体泡沫。通常泡沫使渣的厚度达到电弧长度的2.5-3.0倍，能将电弧完全屏蔽在内，减少电弧向炉顶和炉壁的辐射，延长电弧炉炉体寿命，并可以使电弧对熔池的传热效率从30%提高到60%，冶炼周期缩短10%-14%，冶炼电耗降低约22%，电极消耗减少约2kg/t，并能提高电弧炉炉龄，减少炉衬材料消耗。因而使得生产成本降低，同时提高了生产率，也使噪音减少，噪声污染得到控制。

1.1.4氧燃烧嘴技术

电弧炉炼钢已普遍采用氧燃烧嘴技术，保证炉料的同步熔化，更有效地发挥电极的作用。同时，氧燃烧嘴还可以强化一氧化碳的二次燃烧，有效缩短冶炼时间，提高电弧炉生产效率。目前，根据使用燃料的不同，氧燃烧嘴主要有油氧烧嘴、煤氧烧嘴、燃气烧嘴等几种形式，所用燃料有柴油、重油、煤粉和天然气等物质。

1.1.5二次燃烧技术

电弧炉二次燃烧技术主要有两种：泡沫渣操作二次燃烧技术和自由空间二次燃烧技术。由于自由空间二次燃烧（炉气燃烧）技术是使氧与熔池上方的CO气体反应，二次燃烧产生的热量通过辐射和对流方式向渣层传递，然后由渣层向钢液传递，其传热效率约为30%-50%；而采用泡沫渣二次燃烧技术，由于二次燃烧产生的热量，直接由炉渣向钢液中传递，其传热效率约为炉气二次燃烧技术的2-3倍。

1.2洁净化

1.2.1废钢破碎分选技术

废钢的资源化利用在钢铁工业节能减排、转型升级方面扮演着重要角色。随着汽车、机电、家电等报废数量的不断增加，社会回收的废旧金属成分更加混杂，包含黑色金属、有色金属、非金属等。废钢的高效破碎与分选是保证电弧炉炼钢原料质量的前提与关键，对电弧炉炼钢实现洁净化冶炼至关重要。经破碎分选后的废钢，可大大提高原料的洁净度，为电弧炉炼钢提供了清洁可靠的原料保障。

1.2.2电弧炉炼钢安全长寿底吹搅拌技术

电弧炉炼钢熔池冶金反应动力学条件差，熔池钢液成分、温度不均匀，终点氧含量和渣中氧化铁含量偏高，最终影响冶炼指标和钢液质量。北京科技大学开发的电弧炉炼钢安全长寿底吹技术，强化了电弧炉熔池搅拌，吨钢氧耗、钢铁料消耗、冶炼终点碳氧积及终渣氧化铁含量明显降低，脱磷效率进一步提高，冶炼终点钢液质量明显改善。目前，该技术已在国内外20余座电弧炉上得到应用，底吹元件寿命超800炉次，实现了电弧炉底吹寿命与炉龄同步。

1.2.3电弧炉炼钢复合吹炼技术

以高效、低耗、节能、优质生产为目标，北京科技大学提出并研发的新一代电弧炉冶炼技术——“电弧炉炼钢复合吹炼技术”，以集束供氧、同步长寿底吹搅拌等技术为核心，实现了电弧炉炼钢供电、供氧及底吹等单元的操作集成，满足多元炉料条件下的电弧炉炼钢复合吹炼的技术要求。目前，该项目整体及单元技术已在国内百余家电炉厂应用，并出口至意大利、俄罗斯、韩国、伊朗等国。在天津钢管、莱芜钢铁、衡阳钢管等企业50-150t电弧炉应用后，冶炼电耗降低13kWh/t，钢铁料消耗降低15.5kg/t，各项技术经济指标明显改善。

1.2.4低成本脱磷技术

传统电弧炉冶炼低磷钢通常采用多次造渣、流渣操作，冶炼周期长、渣量大、终渣（FeO）含量高、钢水过氧化严重、冶炼成本难以控制。

北京科技大学研发了电弧炉炼钢埋入式供氧喷吹技术，将供氧方式从熔池上方移至钢液面以下，将氧气直接输入熔池，加快了冶金反应速度。该技术显著提高了钢液流动及化学反应速度，有效控制了钢液过氧化，改善了熔池脱磷效率。在此基础上，开发了电弧炉炼钢熔池内氧气-石灰粉混合喷吹脱磷工艺，采用氧气将石灰粉直接在炼钢熔池内喷射，实现了电弧炉炼钢低成本快速深脱磷，吨钢石灰消耗改善明显，脱磷效果显著。

1.2.5高效脱氮技术

北京科技大学在电弧炉底吹Ar搅拌技术基础上，基于CO2物理化学特性和高温冶金熔池内CO2反应机理，开发出电弧炉CO2-Ar动态底吹脱氮技术，利用CO2强脱氮特性强化电弧炉熔池脱氮，全废钢冶炼终点钢液氮含量稳定控制在45×10-6以下，钢液质量显著改善。

1.3绿色化

1.3.1废钢预热技术

在电弧炉炼钢废钢预热方面，先后开发并应用了双炉壳、竖式和Consteel等废钢预热型电弧炉。双炉壳电弧炉由于余热效率低、设备维护量大以及二恶英等污染物排放等问题，已经退出市场；竖式预热电弧炉由于落料冲击影响指篦水冷结构寿命、维护量大、装备可靠性低等弊端，正逐步退出市场。Consteel电弧炉由于具有生产环境良好、电网冲击小、加料可靠可控、烟气余热利用效率高等特点，得到广泛应用。目前，国内外最新研发的主流电弧炉主要是在原有废钢预热电弧炉基础上发展起来的。

1.3.2余热回收技术

目前，电弧炉余热回收技术主要有Tenova iRecovery、中冶赛迪全余热回收等技术。Tenova iRecovery将加压水（150℃/5bar至270℃/55bar）在废气管道中流过，接近沸点的水通过蒸发吸收废气中的余热，可回收电弧炉炼钢烟气中35%-70%的热量；中冶赛迪等企业开发的全余热回收技术，采用耐高温长寿命汽化冷却烟道、高效烟气燃烧沉降室和列管式余热锅炉等，实现电弧炉第四孔至余热锅炉过程烟气全余热的稳定回收和高效除尘，解决了传统余热利用率低的难题，电弧炉炼钢烟气余热回收利用率提高了10%以上。

1.3.3二恶英治理技术

电弧炉炼钢二恶英的削减途径，主要体现在二恶英形成源、形成过程及尾气净化三方面。相关研究重点主要集中在源头抑制和合成抑制方面。源头抑制方面：通过在线检测和人工拣选，对废钢进行严格分拣，最大限度地减少甚至杜绝含氯源物质废钢入炉。合成抑制方面：利用炉内温度控制、快速冷却、催化/抑制剂添加，抑制电弧炉烟气二恶英再生成。如何高效率、低成本实现电弧炉炼钢过程二恶英治理，将是下一步研究的重点。

1.4智能化

1.4.1电极智能调节技术

目前，电弧炉电极智能调节技术较多，其中，中冶赛迪开发的新一代智能型电极调节系统——DMI-AC，包括抗强电磁干扰的高速数字信号分布化采集-集中处理-网络数字化传输系统和多策略、多约束优化的柔性智能控制系统两大核心技术，由日本St eel Pl ant ech总包越南VKS公司90t电弧炉项目采用该技术后，电极调节电气响应时间降低至60ms，穿井期和熔清期电流波动率分别