提高电炉炼钢工艺的能源效率措施探究

[摘 要]随着能源的不断消耗，能源价格持续上涨。作为能源消耗量较大的炼钢企业，就必须对电炉炼钢工艺和操作进行优化，降低工艺过程中的能源损失，提高能源效率，致力于以最低的成本获得最高的效益。因此，本文分析了工艺和操作对冶炼效果的影响，并在一系列实验的基础上，探究出了一些提高电炉炼钢工艺能源效率的措施，希望对该行业相关人员有所启示。

[关键词]电炉炼钢；能源效率；措施

中图分类号：TU143 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0157-01

引言

随着资源逐渐紧缺、环境不断恶化，国家大力倡导绿色环保、可持续发展的战略。作为我国重要的能源产业，钢铁行业也必须积极响应国家号召，树立经济、生态、可持续发展的理念，积极研究电炉炼钢工艺参数及操作对于耗能的影响，不断对工艺进行优化。这样不仅能够实现炼钢过程中能源的高效利用，同时也能够提高企业自身的竞争力，促进企业的长期稳定发展。

1 电炉冶炼能耗概述

1.1 电炉冶炼能耗

在电炉炼钢过程中，需要消耗电能和化学能。化学能主要包括石油或天然气与氧气燃烧产生的热量，也包括碳燃烧、硅、锰和铁等元素氧化产生的化学热。而电能则由当地的资源条件和政策法规决定，但是当地电价与CO2排放许可价格是对应的，我们就可以通过对CO2排放量进行研究，来确定消耗的电能。因此，这种价格趋势对优化电炉的能源效率具有一定的指导意义。

1.2 电炉炼钢能量消耗的影响因素

电炉炼钢的能量消耗受原材料、能源效率、能量回收和工艺操作等多种因素的影响，如图1所示。原材料对于电炉冶炼的能耗有着重要影响，但是这取决于企业所在地区的资源水平，不能仅仅因为该种原材料能耗低就决定使用它，还需要结合当地的实际情况，选择适合本地的原材料。能量回收是在一定的技术条件和原材料的基础上实现的。因此，如果原材料已经确定或者技术条件不满足，就无法进行能量回收。另外，通断电情况也会对能耗产生影响。在通电情况下，电能效率会受到电极调整和熔清造渣过程中的电弧效率的影响。因此，一些对电炉的不当操作会引起能量的损失，例如：熔化和精炼过程中的化学能损失（烧嘴位置和流量设定等）；不恰当的泡沫渣造成电能的损失；非标准化操作带来的能量损失。断电过程中的能量损失包括加料、出钢和转动等过程，以及工序的延误造成的能量损失。因此，要将能量损失降到最低，提高工艺的能源效率，必须最大程度地缩短设备的通电时间和断电时间。

2 电炉冶炼工艺对能耗的影响以及提高能源效率的措施

通过以上分析可以看出，影响电炉炼钢的能量消耗的因素中，原材料、能量回收这两项都不是我们人为可以控制的，而能源效率及工艺操作则可以通过一定的技术手段进行优化调整。因此，以下通过各项实验，探究了电炉冶炼工艺对能耗的影响以及提高能源效率的具体措施，旨在实现工艺的最优化，最大程度地降低企业成本。

2.1 二次燃烧

首先研究二次燃烧对电炉冶炼能耗的影响。在电炉的外壳上增加二次燃烧喷嘴，控制喷嘴的喷氧量，然后进行实验。一种情况是不使用二次燃烧喷嘴，另一种情况是使用二次燃烧喷嘴，当然两种情况下使用的电炉是相同的。实验表明：加装二次燃烧喷嘴后，电炉的冶炼金属收得率提高了2.3%，通电时间减少了1.5min，但是能耗却不变。换种说法就是相同能耗情况下，产量会上升、电耗会下降。但是在实际操作工艺中，不能任意加装二次燃烧喷嘴，还需要考虑市场情况，如市场对钢材的需求、废钢价格等。

2.2 炉门及炉壁操作要求

炉门和炉壁主要是涉及到两种喷枪的使用，炉门对应的是喷枪控制器，炉壁对应的喷枪燃烧器，其中喷枪控制器是炉门区域非常有效的熔化和精炼工具。当仅仅通过炉壁喷枪燃烧器系统喷入氧气时，加入废钢后，喷枪燃烧器启动燃烧模式，氧枪开始吹氧，直到加入到炉中的废钢全部熔化。而当喷枪控制器与喷枪燃烧器同时使用时，氧气主要用于电炉下部的废钢切割，氧气流速不高，但在燃烧器作用下，加速的氧气流在电炉下切割热废钢并开始精炼，同时减少了大块的未熔化废钢逆火。因此，在氧气和其他燃料气体的使用量相近的情况下，大大减少了耗能量。所以我们可以得出结论：在电炉冶炼过程中，喷枪控制器和喷枪燃烧器的配合使用，具有较大的节能潜力。

2.3 碳的添加量

我们做了多次实验来研究碳的添加量冶炼的收得率及能耗的影响，通常碳的添加量在700Kg左右，所以本次实验分别对碳添加量大于700Kg和添加量小于700Kg进行研究。实验表明：单位能耗并不会随碳添加量的变化而变化，但是当添加较多碳时，金属收得率和通电时间都相应的增加了。因此电炉冶炼过程中碳质的添加不会影响电能损耗，但是相同电耗情况下，金属收得率及通电时间会相应的增加，这就需要在电炉操作工艺中权衡这个平衡比例问题。

2.4 碳的添加方式

不仅碳的添加量对电炉工艺有影响，碳添加方式也对电炉工艺产生影响。通常情况下，添加的碳与石灰石、白云石通过可伸缩软管放置于废钢篮的底部。本次试验将相同碳量的碳包分别放置到电炉的不同高度位置进行冶炼操作。将碳包放置到较高位置时，会燃烧更多的碳，而且添加过程中会产生爆裂。这就导致将碳包放置在电炉底部收得率及含碳量都要高于放置在高位的情况。

2.5 氧气喷枪控制器

氧气喷枪控制器的运行情况对电炉冶炼工艺的也会产生影响。以下对电炉冶炼的全过程应用氧气喷枪控制器和仅在冶炼的二次精炼过程应用氧气喷枪控制器两种情况进行了对比，两种情况下，单位电耗也没有变化。而仅在精炼过程中使用氧气喷枪控制器的情况，会导致冶炼收得率降低，电炉冶炼周期也增加。在全程使用喷枪控制器条件下，废钢切割和留钢作业使得废钢加热速度加快，快速增加了电弧的稳定性，使得电炉平均功率输入值较常规操作偏低。

结束语

随着资源紧缺以及全球对环境的重视，人们对能源企业的生产能耗成本以及排放标准提出了更高的要求。采用电炉冶炼的企业，在优化冶炼工艺的时候，不能仅仅要以提高产量为目标，而要全面综合考虑企业的发展，通过优化各项工艺参数以及操作来提升电炉冶炼的能源效率才是最终的根本。