电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展

  为推动钢铁工业转型发展,从绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的应用出发,介绍并分析了近年来电弧炉炼钢在高效洁净化冶炼、绿色清洁化生产和智能检测与控制等领域的技术发展状况。结合国内外研究现状,指出绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的作用将日益突出,更先进的绿色清洁化生产技术以及更可靠全面的流程智能化检测与控制将成为今后电弧炉炼钢技术的发展趋势。     

电弧炉炼钢装备技术的发展

从电弧炉炼钢装备技术出发,介绍并分析了近年来电炉炼钢相关设备技术发展情况。并指出电炉炼钢装备技术的发展主要是朝着信息化及智能化发展。与终点控制相关的电弧炉炉气在线分析系统、能源输入数据分析及集成优化控制将成为今后电炉装备技术发展的趋势。     

电弧炉废钢预热技术的发展现状

废钢是电弧炉炼钢的主要原料,其入炉温度对电弧炉冶炼能耗等技术指标影响很大.提高废钢入炉温度,可有效降低电弧炉生产能耗和缩短冶炼周期.自弧炉炼钢技术诞生以来,很多废钢预热技术得到了发展,且均在一定程度上提高了废钢入炉温度,对于推动钢铁行业节能减排、绿色化发展具有重要意义.目前,配备废钢预热装置的电弧炉主要分为三类:双壳电弧炉、竖井式电弧炉以及连续加料电弧炉.本文针对电弧炉的废钢预热技术发展现状进行综述,探讨不同废钢预热技术的优缺点.     

电弧炉智能炼钢的研究进展

电弧炉炼钢因具备消纳城市废钢和低碳环保的优势而备受关注,随着人工智能、大数据技术在钢铁工业的应用和发展,以及电弧炉绿色、高效生产的需要,智能炼钢成为电弧炉未来发展的主要趋势。围绕近年来电弧炉智能炼钢核心技术,对电弧炉电气控制、温度控制、成分控制以及配料优化4个方面的研究进展进行了综述。目前,电弧炉智能炼钢研究已经取得了一定的进展,实现了电极自动调节、电能质量智能预测、电能消耗智能预测、温度和成分自动预测、泡沫渣自动控制、废钢自动评级、配料和成本优化等技术,但仍存在控制精度较低、预测模型的鲁棒性较差等缺点。而随着生产数据的不断积累以及智能制造车间精益生产需求的提高,未来电弧炉炼钢将向生产全流程数字化监控、全自动设备控制、高精度智能预测和控制、精细化生产管控和优化等方面发展。同时,还需要进一步耦合各个环节的智能技术,提高智能炼钢技术在不同电弧炉上的适配性,降低其在生产现场的实施难度和成本,实现电弧炉生产全流程的智能控制,从而提高生产安全性、减少废气废物排放、提高生产效率、降低生产成本,实现可持续发展。     

电弧炉炼钢成分预报现状与熔池搅拌对其影响

电弧炉炼钢成分预报与控制直接影响冶炼时间、产品质量与生产成本,是电弧炉炼钢智能化的重要环节。对转炉、电弧炉副枪检测技术和炉气分析技术进行了分析,探讨了炼钢过程的选择性氧化机理与智能算法在成分预报中的应用。结合熔池流动慢、反应不均衡的动力学条件,讨论了电弧炉炼钢成分预报的难点。在国内外文献综述的基础上,讨论了电弧炉底吹搅拌、氧气射流及电磁流体对钢液流动的影响,提出将电弧炉熔池钢液流动行为的动力学影响和炼钢反应选择性氧化热力学相结合,实现成分实时预测研究的设想,对开展电弧炉炼钢成分预测研究具有指导意义。     

电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术

从电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术出发,结合国内外应用及研究现状,介绍并分析了废钢破碎分选、电弧炉炼钢复合吹炼、气-固喷吹、质量分析监控及成本控制、CO2在电弧炉炼钢流程的应用等洁净化冶炼关键技术的创新与发展状况。指出加快电弧炉炼钢流程技术创新,特别是洁净化冶炼技术的完善与突破,构建电弧炉炼钢流程洁净化生产平台,提升电弧炉炼钢流程产品质量和竞争力,将是未来电弧炉炼钢的发展方向。     

电弧炉炼钢技术发展

主要介绍了电弧炉炼钢技术的发展历程,论述了电弧炉炼钢工艺的改进和高效化技术的发展,探讨了我国电弧炉炼钢技术的发展现状、存在的问题以及近年来取得的显著成果,分析了存在问题的原因,并提出了前瞻性的发展建议。     

我国电弧炉炼钢发展现状及前景

主要阐述了我国电弧炉炼钢的发展概况及市场形势,介绍了电弧炉炼钢的主要原料状况,探讨了目前电弧炉炼钢的主要技术发展以及存在的问题,预测了电弧炉炼钢发展的前景。     

电弧炉炼钢技术发展历史“分期”问题

提出了现代电弧炉炼钢技术发展历史的5个特点,探讨了电弧炉发展历史"分期"问题,指出:电弧炉炼钢技术100多年的发展历史,可分为传统的电弧炉炼钢技术的发生发展期、成熟期及现代电弧炉炼钢技术的发生发展期和成熟期4个阶段.现代电弧炉炼钢成熟期还将经历一个较长时间的发展阶段,但即使废钢成为电弧炉炼钢的唯一原料,在成熟期未来的时间里,电弧炉炼钢仍会保持现代电弧炉炼钢的特点,转炉和电弧炉炼钢的比例在不同时期、不同地区会有所变化,但在一个相当长的时间内,二者将共存,不会相互淘汰.     

现代电弧炉高效低耗炼钢技术在我国的应用与发展

查阅90年代以来文献,对现代电弧炉高效低耗炼钢技术在我国的应用与发展进行了综述。重点介绍了电弧炉炉料结构优化、强化冶炼技术、铁水热装技术、余热利用技术等提高电弧炉效率或降低消耗的技术在我国的应用及控制情况,并通过引用文献对我国现代电弧炉炼钢技术的发展目标和关键技术进行了叙述和说明。     

电炉炼钢钢铁原料的现状分析与展望

 电炉炼钢作为短流程的核心工艺,具有铁元素循环利用率高、能源消耗低及环境效益良好的特点,推动电炉炼钢健康发展符合中国实现“碳达峰”、“碳中和”目标对钢铁绿色发展的要求。电炉炼钢入炉的钢铁原料种类较转炉多且结构灵活,并且对电炉冶炼的工艺过程控制有直接的影响。为创造充分挖掘和发挥电炉炼钢优势的良好起始条件,针对目前电炉炼钢的主要入炉钢铁原料的情况和特点,从其生产储备、工艺过程操作、能源消耗、环境保护等方面入手,分析了废钢、铁水和直接还原铁作为主要原料的使用现状及优缺点,并着重对比分析了直接还原球团特点和技术指标,为探究和优化合理的电炉炼钢入炉钢铁原料结构提供了理论依据。从资源消耗、环境保护等方面考虑,废钢和直接还原球团将成为今后短流程炼钢的主要原料。结合钢铁循环利用技术和产业专业化的逐渐成熟,以及更加绿色环保的氢冶金技术的发展,废钢综合回收利用技术、高品位洁净球团生产技术、氢气竖炉直接还原技术将会是未来电炉入炉钢铁原料生产技术的发展方向,配套新型高效智能电弧炉冶炼技术将会是未来短流程炼钢的发展方向。     

中国现代电弧炉炼钢废钢快速熔化技术进展

在钢铁行业结构转型关键时期,提高电弧炉短流程工艺比例是降低钢铁行业温室气体排放、脱碳化的有效措施。为了推动短流程炼钢工艺发展,近年来电弧炼钢在废钢快速熔化方面取得明显进展。在回顾前人对废钢熔化速率研究的基础上,全面概述了废钢熔化机理以及影响因素,并结合近年来国内电弧炉炼钢在装备、工艺以及技术上就废钢快速熔化方面取得的进展,探讨了制约电弧炉废钢快速熔化的限制性环节,为废钢快速熔化在电弧炉炼钢装备、工艺、技术方面未来发展提供可行方向。     

我国电弧炉炼钢技术的进展讨论

10年来我国电弧炉炼钢技术在产量、装备技术(大型化、高的技术经济指标)、高效化技术(超高功率供电、辅助能源、炉料多元化、减少非通电时间、废钢预热、连续化生产)和洁净化技术方面均取得了显著进展。但是废钢资源短缺、电力不足和能源结构不合理等因素制约了我国电弧炉炼钢的进一步发展。文中讨论了我国电弧炉炼钢发展的重点(炉料多样化、合理供电、能量多样化、余热利用和绿色环保)和前瞻(低碳经济洁净钢生产)。     

“绿色、智能、高效”的新一代电炉短流程特钢厂——河钢石钢新区

 河钢石钢新区是河钢集团全面贯彻落实习近平总书记关于“坚决去、主动调、加快转”指示精神和河北省钢铁产业转型升级的具体实践,也是河钢坚决贯彻落实新发展理念,全力推动钢铁产业高质量发展的行动体现。河钢致力于将石钢新区打造成为生产绿色、产线智能、流程高效、产品高端的现代化特钢梦工厂。河钢石钢新区是以“绿色、智能、高效”的设计理念,以冶金流程工程学理论为指导,运用冶金制造流程动态有序、协同连续的物理系统及流程界面技术规划设计的新一代电炉短流程特钢示范项目,是全球特钢企业智能制造、中国钢铁产业转型升级之由钢铁长流程转变为短流程的生动写照。河钢石钢新区在短流程工艺革新、全工序超低排放、智能制造等各方面,汇集了当今世界最卓越的设计元素和理念。项目集成应用了70多项行业最先进的短流程前沿工艺和绿色钢铁制造技术,定位3大系列高端产品,实现超低排放。项目涵盖了国内首台套大型双竖井废钢预热型超高功率直流电弧炉以及国际上断面最大、建造深度最深的特钢大方坯立式连铸机,有力地推动了中国高端装备制造用钢材的均质化水平和国产化替代步伐。河钢石钢新区带动了京津冀区域特钢品牌升值,代表了双碳目标下钢铁行业新一代绿色智能高效的电炉短流程钢厂发展方向,也为中国钢铁工业电炉短流程的发展做出了示范。     

电弧炉电能需求的生产实践与评价

电耗是电弧炉的重要技术指标之一,在当前发电行业背景下,降低电弧炉电耗具有显著的经济和环境效益。根据典型电弧炉企业生产数据,系统分析各项工艺参数与电耗之间的关系,并进一步评价了各种方法降低电耗的环境效益。结果表明,优化供电制度和强化供氧是具有良好环境效益的节电手段。对于连续加料电弧炉,天然气喷吹对降低电耗的作用被极大减弱,天然气消耗与电耗的相关系数为-1.13 kW·h/m³,其应用不利于CO₂减排。尽管兑加铁水可以显著降低电耗,但是兑加40%(质量分数)铁水的连续加料电弧炉能耗和碳排放量分别是全废钢连续加料电弧炉的2.25和2.50倍,不利于推动钢铁工业节能减排工作。因此,降低电弧炉电耗需要通过增加电弧炉中化学能和物理热的供应及减少能量损失的手段来实现。     

近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

 中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO₂-Ar动态底吹脱氮、熔池内O₂-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。     

电弧炉炼钢复合吹炼技术的研究及应用

提出了电弧炉炼钢复合吹炼的概念,结合电弧炉生产,研究了电弧炉炼钢复合吹炼工艺的炉料结构、供电供氧操作、底吹搅拌等单元操作的技术集成,实现了电炉炼钢工艺技术的进步,提高了冶炼节奏,降低了原辅材料消耗。     

电炉型式和设备选择

电炉炼钢近年发展的很快，尤其ＤＣ电炉炼钢成为一种新潮流，ＡＣ和ＤＣ炉型派生多种多样，因此要结合具体选择优良的电炉炉型，选用电炉设备要立足国内，若从国外引进要对比选择，二手电炉和翻新电炉技术水平低，一次投资省但生产成本高，得不偿失，不宜选用。