100t电弧炉能效优化工艺实践
一、摘 要
为了加快电弧炉冶炼生产节奏、节能降耗，对电弧炉炼钢过程能效进行了研究分析，形成了电弧炉炼钢过程能效评价技术。将该技术应用到电弧炉炼钢单元操作中，可针对性地优化供氧和供电制度、提高能量效率、缩短通电时间，进而缩短冶炼周期，提高电弧炉炼钢生产效率。在某钢厂进行工业应用试验，与原工况结果进行了比较分析。结果表明，优化后的工艺取得了较好的结果，在保证正常生产的前提下，其各项指标的平均值为通电时间22.95 min、冶炼周期36.35 min、电耗154.78 kW·h/t、氧耗33.56 m3/t，总能量消耗为652 kW·h/t，电能能效及化学能能效均有所提升。
二、引 言
钢铁工业是中国国民经济重要的支柱产业，在工业化、城镇化发展过程中发挥着重要作用。但是，钢铁行业也是高耗能、高排放行业。2020年，钢铁行业的能源消耗约占全国能源消耗总量的13％，碳排放量占全国碳排放总量的15％左右，是中国节能减排的重点行业之一。而电弧炉炼钢作为世界主要炼钢方法之一，具有流程短、能耗低、绿色环保等特点。在能耗总量和强度“双控”及“双碳”等多重背景约束下，世界钢铁生产大国普遍重视以废钢为主要原料的电炉短流程生产工艺。
近年来，电弧炉炼钢技术围绕“高效、低耗、绿色和智能化”发展，各钢厂大力发展高效节能技术。对于能量消耗及能量效率的研究方法，Wu R H 等提出研究钢铁企业能源问题应当采用系统分析方法，把各个设备、生产工序及各个工厂的能源生产和使用联系起来，分析整个系统的能源消耗。Elbling P指出，研究钢铁企业能源问题应借助于能源系统模型，实现能源的最优分配。ZHANG Q等采用热力学第一定律、第二定律建立了能效分析方法和余热余能分析模型，计算了不同余热余能技术带来的效果、流程的损失和效率等，挖掘了钢铁工业节能减排潜力。电弧炉炼钢高效化生产要求促使炉容量持续大型化和冶炼周期不断缩短，这更加大了对能量输入强度的需求，不仅要求主变压器容量增加、电气运行水平提高，也要求增加其他化学能和物理能的供应和回收。现代电弧炉炼钢领域科学技术的发展不仅仅要强化能量的供应，还需改善能量利用率，以达到提高生产效率、降低能耗的综合效果。
本文在前人基础之上，在能够较为精确地分析电气设备在能量端的供给情况下，提出了一种过程能效分析的技术。于现有工况条件下，在某钢厂100 t电弧炉上开展电弧炉炼钢过程能效分析及操作优化实践，对100 t电弧炉的电气设备、生产数据等进行研究和分析后，提出优化后的供电供氧制度，通过优化操作提高能效，实现缩短通电时间、进而达到缩短冶炼周期和增加产能的冶炼效果。
三、精 选 图 表
四、结论
(1)基于电弧炉炼钢生产实际，提出了能效分析优化的方法，通过改善供电供氧操作制度，实现电氧协同，达到能量优化配置的目的。
(2)优化后的工艺取得了较好的生产指标，平均冶炼电耗降低了4.35 kW·h/t，平均氧气消耗降低了2.27 m3/t，送电冶炼时间平均减少了2.49 min，平均冶炼周期减少了2.31 min。
(3)工艺优化后的炉次各阶段的电能热效率、化学能热效率、电弧炉总效率均有所提升，其中电能热效率较原工况模式1在各时段分别增加了3.9、11.2、30.5个百分点，模式2在各时段分别增加了2.8、9.3、26.1个百分点；化学能热效率较原工况模式1在各时段分别增加了13.15、5.18、8.42个百分点，模式2在各时段分别增加了8.19、4.26、12.12个百分点；电弧炉总效率较原工况模式1在各时段分别增加了6.86、8.57、25.09个百分点，模式2在各时段分别增加了2.99、7.12、18.66个百分点。
(4)优化后的工艺改善了终点成分和温度同时命中的情况，提高了电能能效及化学能能效，电弧炉吨钢总能量消耗降低至约652 kW·h，减少了24~28 kW·h。
(5)通过优化能效、改善操作制度可以在现有工况下实现节能、高效的冶炼效果，为今后电弧炉炼钢高效节能发展提供了思路。
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