3. 废钢预热技术
废钢预热技术是一项重要的电炉冶炼节能手段。电炉在冶炼期间产生大量高温烟气，它含有大量的显热和化学能，尤其是氧化期吹氧作业时，烟气量大，充分回收利用这部分能量来预热废钢炉料，可大大降低电耗。
根据废钢预热时热源生成的不同，目前废钢预热方式大致可以分为三种：
（1）单纯用热烟气进行废钢预热（SPH）。1981年，德国巴德钢公司的克尔厂安装了欧洲第一套SPH。此类装置可使废钢预热到250～450 ℃。降低电耗60 kW•h/t，也相应降低了电极消耗和耐材消耗。但存在有白烟、恶臭等环保问题，故推广受到限制。
（2）烟气通过二次燃烧后进行废钢预热。这是目前最常用的方法。预热原理是利用二次燃烧氧枪向炉气吹入氧气，是烟气中的CO完成二次燃烧，充分释放出烟气中的所包含的化学潜能，使电炉高温烟气直接穿过废钢炉料进行充分热交换。由此可以提高废钢预热效果，废钢预热温度可提高到约600～800 ℃。后来，人们开发了不用料蓝的高温预热系统，最有代表意义的是竖井系统Fuchs和Consteel 系统两类。
（3）除配备有二次燃烧技术外，另外加能源进行废钢预热。这种方法有用氧燃烧嘴、废钢中加入煤、焦炭、或其他有机燃料等不同的方式。
随着废钢预热技术的不断发展，目前，世界上几种主要的新型废钢预热电炉有：Fuchs竖炉电炉（SHAFT FURNACE）和Consteel连续加料电炉、双壳电炉等。
3.1.竖炉式电弧炉(SHAFT FURNACE)
竖式电弧炉即在炉盖上远离变压器一侧设有废钢顶热竖炉。德国福克施(Fuchs)公司设计、制造一台竖式电弧炉于1992年3月在英国希尔内斯(Sheerness)钢公司投产，它是一台100t交流电弧炉。
竖炉式电弧炉优点是：
① 废钢能得到充分预热，预热温度可达800 ℃，提高生产率30%左右。
② 充分利用废钢预热并应用二次燃烧技术，电耗降低达120 kW•h/t。
③ 缩短冶炼周期，出钢到出钢时间为35 min左右，生产率提高40%。
④ 向大气排放的废弃量降低，粉尘排放量减少25%。
⑤ 金属收得率提高2%。
竖炉式电弧炉的典型布置见下图4.8-14。
3.2.双炉壳电弧炉
双炉壳电弧炉有A和B两个下部结构完全相同的标准炉壳，共同由同一电源供电。预热废钢的最大特点是可以在等待的炉壳中进行，当A炉熔炼时，B炉利用A炉产生的废气预热废钢；A炉出钢时，B炉开始给电熔化废钢。
双炉壳电弧炉优点是：
① 充分利用熔炼炉的热烟气直接预热另一炉壳内的废钢，这样可以获得高的热效率。
② 可大大减少电炉非通电时间，使出钢到出钢时间相应得到缩短，可达到35～45 min，生产率得到极大提高。
③ 降低电耗和电极消耗，可降低电耗约30 kW•h/t。电耗290～320 kW•h/t，电极消耗1.4～1.8 kg/t。
3.3. Consteel连续加料电弧炉
Consteel连续式加料电弧炉技术是一种电炉炼钢工艺，它通过特殊的在线输送设备达到连续给料和预热炉料，节省电能和化学能。输送设备连续把金属料送到炉内，进入预热段的炉料和电炉烟气逆向相遇，烟气的显热和CO的二次燃烧热共同连续预热废钢，预热后的废钢加入炉内冶炼。废钢被一直留在炉内的钢水直接熔化，电能用来加热钢液而不像传统的顶装料工艺用电弧直接熔化废钢。
与采用传统技术或其他技术的电炉相比，Consteel电炉生产率高，冶炼周期短且灵活可控（40～60 min），电能费用低。电耗为350 kW•h/t（100%废钢）
比普通电弧炉电耗低70 kW•h/t，冶炼时间减少约10 min。
Consteel连续加料电弧炉的典型布置见下图
4. 废钢预热技术的创新：TYMEC型电炉废钢预热装置
4.1.现有废钢预热装置的缺陷
利用电炉炼钢的高温炉气对废钢进行预热是电炉炼钢节能的主要途径. 当前,全球业界推出的废钢预热装置, 型式很多, 其中TECHINT公司的CONSTEEL 预热设备和FUCHS 公司的SHAFT FURNACE 预热装置已在多家钢厂运行, 可谓当前的主流设备. 但是,运行表明这些设备突显出了许多严重的缺陷:
(1)都要增加巨额的投资: CONSTEEL 预热的厂房面积要扩大, SHAFT FURNACE预热的厂房高度要提高, 这些要求都会过分增加钢厂的投资.
(2)在CONSTEEL 预热设备中, 高温炉气在送料隧道中沿废钢上部表层一掠而过, 它与废钢未经充分热交换就被抽出, 预热的最高温度很难超过400摄氏度, 而且废钢上下温差大,预热极不均匀; 废钢预热效果差是这种设备的主要缺陷.
(3)在SHAFT FURNACE 预热设备中, 高温炉气直接来自钢水熔池, 温度太高的炉气将竖井中的下部废钢烧结成块, 它可能粘到竖井壁上而不落入熔池中; 虽然竖炉中的废钢能预热到较高温度,但若废钢在竖井中粘接不下(架桥现象), 熔炼就不能连续进行,这将显著地降低电炉的生产效率. 竖炉预热的运行不稳定是这种设备的主要缺陷.
为了加快电炉炼钢的发展, 当前全世界的电炉钢厂与设备厂商都将注意力聚焦到节能, 高效, 减排, 降耗与改善环境等技术, 其中尤以节能为重中之重的课题.
西安桃园冶金设备公司经过不断创新, 已经成功申报了“TYMEC型电炉废钢预热装置”发明专利. 本文对此专利的基本要点加以介绍, 以期得到国内外用户的普遍共识与推广应用.
4.2.TYMEC型电炉废钢预热装置
桃园冶金公司的TYMEC废钢预热装置特别针对CONSTEEL 和SHAFT FURNACE 两种预热设备的缺陷而发明的专利设备具有以下独特的优点:
(1) 采用传统的料蓝预热, 但高温炉气在料蓝里由上而下地穿透全部废钢, 预热温度可达450—600摄氏度, 预热效果好.
(2) 采用间隙式加料: 预热了的废钢由特殊的旋转机构转送到电弧炉的正上方, 用传方法打开料蓝将废钢加入炉内, 保证电炉炼钢能连续地进行.
(3) 预热废钢的料蓝具有变径结构, 在应急情况下为消除废钢粘接到料蓝壁上, 可将料蓝直径变大, 借此而将废钢顺利地加入炉中.
4.3.TYMEC 电炉废钢预热设备具有以下技术经济性:
（1）本发明集机械、液压、PLC控制于一体，充分利用电弧炉高温烟气的物理化学余热（10000C左右）在线（离线）实现对电弧炉炼钢原材（废钢）的预热，并兼顾除尘系统对电弧炉的高温烟气进行过滤、降温。从而达到电弧炉的节能（电能）降耗（电极消耗、耐材消耗等）减排环保的目的，同时提高电弧炉炼钢的生产率（10%左右）；克服了现有各种废钢预热设备的诸多缺点，在充分利用电弧炉高温烟气物理化学热的同时，保障了设备的可靠性及运行成本，并极大的降低了设备投资和对厂房的特殊要求；
（2）适应各种容量的电弧炉，包括新建或者改造；
（3）对电弧炉车间厂房无特殊要求，同时不改变现有电弧炉的工艺流程；
（4）设备投资少、运行成本极低，设备机构简单可靠、故障率低；
（5）废钢预热效果好，预热温度可达4500C～6000C, 电炉节电可达80kwh/t;
（6）实现电弧炉全冶炼过程的高温烟气利用，具有良好的除尘效果。
（7）由于废钢的熔化速度快,电炉的熔炼周期可以缩短约5分钟.
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