EAF Quantum
普锐特冶金技术 172 电炉炼钢的新构想 普锐特冶金技术从上世纪80年代开始开发基于竖炉的电弧炉。20年后，于2008年在瑞士Gerlafingen钢铁公司投入应用的第四代预热竖井技术显示出了巨大的潜力。又过了六年，普锐特冶金技术在墨西哥Tyasa推出了第一座量子电炉。2014年是量子电炉新时代的开始，如今世界各地已有14座量子电炉，还有两座新炉即将投入运行。 最初以优化竖炉技术为目标的努力，后来发展成为高效率和最优化电弧炉的开创性构思和应用。这种炉型环境影响小，对电网的干扰大大减少。量子电炉将竖式电弧炉废钢预热的原有技术优势与平熔池操作以及创新性的废钢处理和自动化方案结合在一起。2014年以来，量子电炉的功能不断推陈出新，成为了先进的高能效和高性能电弧炉。 设计参数 出钢量 50–300t 变压器容量 50–220 MVA 性能指标 通电时间 <29 min 冶炼周期 <33 min 每日炉数 44 金属收得率 ~94% 消耗指标 电耗 <295 kWh/t 电极 <0.7 kg/t 氧气 ~24 Nm3/t *实际出钢量和技术指标可能随运行条件和具体需求而变化 高效原料使用 如今，“绿色钢铁”的全球趋势正在促使钢铁企业将其生产路线转向环保型方案，同时提高产量和质量水平以满足汽车和能源等行业不断变化的要求。量子电炉通过提供原料(比如铁水、生铁、直接还原铁(DRI)和热压块铁(HBI))的灵活性来满足这些要求。所有这些可选原料都能够帮助生产企业在大比例使用加工废钢时克服质量障碍。 量子电炉的产能可与300多吨的转炉相媲美，而且能效极高，是行业领先的环保型钢铁生产方案。 量子电炉通过预热提高产量和效率。在运行中，废钢和合格原料通过升降机系统从废钢料场输送到装料溜槽。废钢一旦进入竖炉，当前生产工艺产生的废气就会将其预热，从而减少装入的废钢熔化所需的能量。典型的电弧炉产生的废热约合150kW/t，它们在预热竖炉中得到回收利用。 采用升降机的自动废钢装料系统 此外，在预热过程中，废气通过废钢料层使粉尘排放量减少了50%。排放减少的同时也有助于废气中锌的回收，这些锌以氧化锌和铁酸锌的形式存在于电弧炉的粉尘中。收集的粉尘中锌含量提高，有利于从电弧炉粉尘中回收的锌和其他副产品的循环利用和再售。 一旦在竖井中预热的废钢达到最佳温度，所谓的“手指”就会完全移出竖井，废钢被释放到熔池中。当预热的废钢遇到留存的钢水后，熔化速度和温度平衡都因额外的炉底搅拌系统而得到加强，既能提高运行效率也能降低电力需求。利用废热进行废钢预热和最大限度提高运行能效，使量子电炉成为炼钢最佳可行技术之一。 手指系统上预热的废钢 世界各地的电弧炉业绩超过200座 平熔池和密闭炉盖 废钢通过创新性的竖井在最佳装料点装入正在运行的炉膛内。因此，量子电炉总是在理想的平熔池条件下运行。在平熔池和密闭炉盖条件下运行的量子电炉能够达到最佳熔炼效果，对电网影响极低，产生的闪变大幅减少，并且因为能够在通电条件下装料、出钢和出钢口准备而提高生产效率。这些特点对生产企业十分有利，使其能够降低电耗和增加电弧炉的有效生产时间。当变压器容量相同时，平熔池操作的平均有功功率高于传统电弧炉，其结果是提高了生产效率和产能，同时降低了能耗和生产成本。 量子电炉为钢铁企业提供了一个从基于碱性氧气转炉(BOF)的综合炼钢车间转为电炉炼钢的有效方案。由于能耗降低和变压器容量减小，钢铁企业将直接减少范围2的碳排放(即外购的电力产生的排放)——这对实施碳定价机制和减少直接排放来说是一个越来越重要的考量。 平熔池操作可显著降低对整个电网的影响。对世界各地的电网和电力供应商来说，抑制闪变和最大限度减少谐波干扰非常重要。虽然生产企业从转炉炼钢到电炉炼钢的转型还处于早期阶段，但能源供应商已经开始采取措施扩建电网和应用可再生能源技术(比如风能和太阳能)。随着电弧炉数量的增加，电网耦合和无功补偿的投资成本将会降低。 通过设计实现低终点氮含量 虽然在炼钢工艺中增加使用废钢具有降低生产对环境影响的优点，但氮含量增加也可能给钢铁生产企业带来挑战。氮是钢中的一种元素，是合金化工艺的重要组成部分，是在生产过程中进入钢中的。然而，氮含量过高会导致机械性能不均匀，特别是使热轧钢产生脆化和使某些冷轧钢延展性变差。 因此，为将氮含量控制在最佳范围内，一方面需要使用低氮炉料，另一方面需要通过电弧熔炼工艺和电弧炉设计来减少增氮。对量子电炉来说，这意味着短电弧长度和起弧时间。由于预热的废钢分批装入，泡沫渣的稳定性得以提高。最后，电弧炉密闭运行产生的气氛中一氧化碳含量很高，从而降低了氮分压。依靠这些设计特点，量子电炉使生产企业能够优化控制钢中的氮含量。 ACTIVE POWER FEEDER 和 FAST Active Power Feeder与普锐特冶金技术的电极控制系统Melt Expert相结合，能够确保电弧炉在运行中达到最佳能量输入水平和最低电极消耗。Melt Expert和EAF Optimizer(2级自动化系统)使用存储的熔炼制度和针对不同工艺阶段的工艺模型，在每个阶段都依靠全自动控制功能全程为操作人员提供支持。 除了平熔池操作，量子电炉还在炉盖关闭条件下运行，这具有增加通电时间、降低能量损失和减少钢水吸氮等明显优点。此外，量子电炉配备了电弧炉先进无渣出钢(FAST)系统。这种集成式虹吸出钢系统消除了炉渣被带入钢包的不利影响，还允许在通电条件下进行出钢和出钢口填充操作。 行业转型 世界各地的业绩一再证明，量子电炉具有卓越的性能，是一种理想的电弧炉。最近，两座150吨量子电炉将一家钢厂的总产能扩大到每年400万吨粗钢，而且性能指标达到了每小时270吨的水平。不过，随着客户对电炉炼钢的金属收得率、产量和质量的要求不断提高，专家们继续为量子电炉开发新一代创新技术。 通过借鉴出钢量超过300吨的大型电弧炉的成功经验，专家们将量子电炉的先进技术与更大的出钢量和产能结合起来，提供了一种满足“绿色钢铁”和环保型钢铁生产转型需要的电弧炉。这种炉型使生产企业能够获得可与标准大型转炉相媲美的出钢量。 随着生产企业开始采用电炉炼钢以替代基于高炉和转炉的现有生产路线，量子电炉解决了产量和能效方面的紧迫问题。量子电炉适合使用各种炉料，并对生产工艺的各个方面进行精确的自动控制，是世界上最先进的炉型之一。量子电炉的产能可与300多吨的转炉相媲美，而且能效极高，是行业领先的环保型钢铁生产方案。
