一種短流程電弧爐鋼廠

《一種短流程電弧爐鋼廠》是北京科技大學和江蘇沙鋼集團有限公司於1998年8月25日申請的專利，該專利的申請號為981173810，公布號為CN1245833，公布日為2000年3月1日，發明人是周榮章、高征鎧、孔令壇、張宗旺、高為民、沈文榮、劉儉、陳少慧，該發明涉及一種鋼廠，具體說就是一種設定高爐，產出鐵水替代部分廢鋼，熱裝入電弧爐的新型短流程電弧爐鋼廠。

《一種短流程電弧爐鋼廠》設定煉鐵高爐，所產鐵水熱裝入電爐替代部分廢鋼。所設高爐用塊礦、球團礦、焦炭、煤和熔劑為原料，採用高風溫熱風爐、富氧噴煤、計算機監控高爐操作、無廢棄物排放。高爐容積與電爐容量比為2.3—5.0立方米/噸，最佳熱裝鐵水替代廢鋼的比例為30—50%。鋼廠不設定煉焦和燒結，消除了一般鋼鐵廠的主要污染源，降低了投資額、占地面積和縮短了建設期。

2007年，《一種短流程電弧爐鋼廠》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種短流程電弧爐鋼廠
• 公布號：CN1245833
• 公布日：2000年3月1日
• 申請號：981173810
• 申請日：1998年8月25日
• 申請人：北京科技大學、江蘇沙鋼集團有限公司
• 地址：北京市學院路30號
• 發明人：周榮章、高征鎧、孔令壇、張宗旺、高為民、沈文榮、劉儉、陳少慧
• 分類號：C21C5/52
• 代理機構：北京科技大學專利代理事務所
• 類別：發明專利
• 代理人：范光前

專利背景

現代鋼廠，基本上可分為兩種。一種是由高爐-轉爐-連鑄-軋制構成的長流程鋼鐵廠（亦稱鋼鐵聯合企業）。它一直是鋼鐵生產的主力。但由於投資大、建設周期長及環保等問題，已很少新建。另一種是由超高功率電弧爐-爐外精煉-連鑄-軋制構成的短流程電弧爐鋼廠。它由於電弧爐的技術進步，諸如複合供熱、強化吹氧、造泡沫渣等以及近終形連鑄技術的開發，明顯地增強了其生命力和競爭力。近二十年來，世界範圍短流程電弧爐鋼廠發展很快，電弧爐鋼年產量現已占世界鋼的總產量的30％以上。

然而短流程電弧爐鋼廠的發展，所遇到的最大問題，就是廢鋼資源短缺，特別是含有害元素低的優質廢鋼的短缺問題。這個問題的解決，以往主要寄託於用直接還原法生產海綿鐵或熱壓鐵塊。但直接還原法的發展，受限於當地可利用的資源、能源和產品價格。

其他廢鋼替代品還有碳化鐵和生鐵塊。碳化鐵的工業化生產，在技術上還不完全成熟。電弧爐大量加入生鐵塊，除要考慮價格因素外，還要考慮由於熔化和脫碳過程，冶煉周期延長、電耗升高、爐子生產率降低和導致電弧爐-精煉爐-連鑄不協調、脫節，影響工藝流程的順行。

1998年8月前在電弧爐生產中，熱裝鐵水替代部分廢鋼技術的開發成功，給人以新的啟示。鐵水替代部分廢鋼，可稀釋電弧爐爐料中有害元素的含量，並有利於去除鋼水中的氮含量。實踐證明鐵水的脫氮效果，優於海綿鐵和熱壓鐵塊。鐵水帶有大量的物理顯熱和化學潛熱。這些熱量進入電弧爐，可節約電能、降低電極消耗、縮短冶煉周期。如用鐵水替代30％廢鋼，電弧爐噸鋼電耗可降低100千瓦·時/噸以上，電弧爐生產率提高20％。對一些國家的電弧爐煉鋼生產，鐵水是最好的廢鋼替代品。

短流程電弧爐鋼廠，鐵水供應可以有幾種選擇。一種是設定化鐵爐，二次化鐵，這樣將增加鋼的生產成本，顯然依靠二次化鐵是不合理的。另一種是靠熔融還原工藝，採用COREX去為電弧爐提供鐵水。主要問題是COREX裝置在一些國家要比高爐系統貴得多。相對投資大，成為套用該技術的困難。還有一種是在短流程電弧爐鋼廠內建設傳統的包括高爐、燒結、焦化、原料的龐大、複雜的煉鐵系統。由於投資大、占地面積大、建設周期長、還有環保問題等，短流程電爐鋼廠是難以考慮採用的。因此經濟合理地解決鐵水的供應，在一定條件下，已成為短流程電爐鋼廠發展的限制環節。

發明內容

專利目的

《一種短流程電弧爐鋼廠》的目的在於提供一種新型的短流程電弧爐鋼廠。其特徵是在短流程電弧爐鋼廠內不設定焦化系統和燒結系統，只設高爐系統，專為電弧爐供應替代部分廢鋼的熱裝鐵水。

技術方案

《一種短流程電弧爐鋼廠》的短流程電弧爐鋼廠包括高爐、電弧爐、精煉爐、連鑄機和軋制裝置。

該發明中所述高爐包括：高爐本體、儲料和上料設備、出鐵場、熱風爐、煤氣淨化系統、水沖渣系統、高爐水冷系統、煤粉製備和噴吹、富氧噴吹系統及儀表自動化系統。

該發明中所述高爐，原料採用鐵礦石塊礦、球團礦、焦炭、煤和熔劑，全部原料外購。

該發明中所述高爐採用無鐘爐頂，以適應高爐原料為鐵礦石塊礦、球團礦和大噴煤量的要求。

該發明中所述高爐系統採用高風溫熱風爐技術，噴煤或富氧噴煤技術，液壓泥炮，電動開口機，計算機監測控制高爐上料、熱風爐和高爐操作。

該發明中所述高爐採用乾法除塵，水力沖渣，冷卻水閉路循環，出鐵場、供料和上料系統的除塵，降低噪音，無廢棄物排放等技術。

該發明中高爐容積與電弧爐容量之比為2.3～5.0立方米/噸，鐵水替代廢鋼的比例為20～60％，最佳比例為30～50％。電弧爐容量為30～200噸，與之匹配的高爐容積為100～1000立方米。隨著電弧爐容量的增大和鐵水替代廢鋼比例的加大，相應選擇上述高爐和電弧爐容積與容量比的上限，相反則選擇其比例的下限。高爐的配置可選擇一座電弧爐配置一座高爐或兩座高爐，或兩座電弧爐配置一座高爐。

該發明中所述電弧爐為超高功率電弧爐或高功率電弧爐。

該發明中所述電弧爐設兌鐵槽和鐵水包傾翻裝置，向電弧爐內兌鐵水。

該發明中所述電弧爐採用偏心爐底出鋼、留鋼操作、吹氧助熔、強化脫碳、噴焦炭粒造泡沫渣等技術。脫碳速度≥0.12％/分鐘，供氧強度20～55N立方米/噸。

該發明的短流程電弧爐鋼廠，其生產線為高爐-電弧爐-精煉爐-連鑄-軋制。只設高爐系統是該發明的短流程電弧爐鋼廠的重要環節。該發明中所述的高爐原料鐵礦石塊礦、球團礦、焦炭全部外購，從而在短流程電弧爐鋼廠內，可不必設焦化系統和燒結系統，大大簡化了傳統的龐大的和複雜的煉鐵系統。該發明中所述的高爐系統，占地少、電弧爐與高爐的距離近、環保條件改善、投資少、資金回收快、易於生產和管理，適於短流程電弧爐鋼廠。它保持和發揚了短流程鋼廠投資小、勞動生產率高、能耗少、生產成本低的優勢，因而是一種新型的短流程電弧爐鋼廠。該發明的短流程電弧爐鋼廠在一定範圍內，優於長流程鋼鐵聯合企業之處在於後者的煉鐵系統複雜、裝置多、投資大、占地面積大、總圖運輸複雜，難與短流程電弧爐鋼廠匹配，同時投入產出比過大，經濟效益必成問題，這也是短流程電弧爐鋼廠難以承受的。

當然，如果是鋼鐵聯合企業已有高爐，有條件由高爐向已有或新建電弧爐供應鐵水，則另當別論，不過那已不屬短流程電弧爐鋼廠範圍了。

改善效果

《一種短流程電弧爐鋼廠》的短流程電弧爐鋼廠，設定高爐系統向電弧爐供應鐵水，替代部分廢鋼，與傳統的短流程電弧爐鋼廠相比，其優越性在於變電弧爐冷裝廢鋼及其固體替代物為部分熱裝鐵水，對電弧爐鋼的生產，具有節能、降耗、提高鋼的產量和質量、降低鋼的成本等作用。如電弧爐採用熱裝鐵水替代30～60％的廢鋼，噸鋼電耗降低100～200千瓦·時/噸，從出鋼-出鋼的時間縮短至50分鐘以內。該發明的短流程電弧爐鋼廠，設定高爐系統，變電弧爐由冷裝為部分熱裝，是對電弧爐生產線傳統觀念的突破，不單可以緩解含雜質元素少的廢鋼短缺的矛盾，而且必將推動短流程電弧爐鋼廠的發展。

權利要求

1.《一種短流程電弧爐鋼廠》包括1或2座僅設有高風溫熱風爐、噴煤或富氧噴煤設備的無料鐘高爐的高爐本體系統及1或2座設有兌鐵槽、鐵水包傾翻裝置的偏心爐底岀鋼的高功率或超高功率電弧爐；所述的高爐本體系統中的高爐和所述的電弧爐的容量比為2.3～5.0立方米/噸。

2.權利要求1的短流程電弧爐鋼廠，它還設有精煉爐、連鑄機及軋制裝置。

實施方式

短流程電弧爐鋼廠現有90噸超高功率電弧爐一座，年產鋼60～80萬噸。按熱裝鐵水替代30～60％廢鋼計，設定有效容積為380立方米高爐一座。高爐容積與電弧爐容積之比為4.2立方米/噸。高爐年產30～33.7萬噸鐵水，日出鐵18次，平均出鐵量為47-52噸，日產鐵水846～936噸。90噸電弧爐日出鋼18～24次。每爐平均出鋼90噸，日產鋼1,600～2,100噸。

《一種短流程電弧爐鋼廠》中所述高爐生產成本為978元/噸鐵，高爐系統總投資為18,080萬元。高爐年生產總成本為29,345萬元。年淨獲利潤5,302萬元。

鐵水成分為：C4.73％，Si0.4％，S0.034％，P0.08％，Fe94.35％；鐵水溫度1,450℃。

電弧爐容量90噸，按熱裝鐵水替代30％廢鋼計，節電100千瓦·時/噸，電極消耗降低0.75～1.0千克/噸，電弧爐生產率提高20％，噸鋼成本降低15元/噸。綜上所述節電年經濟效益6,700萬元，降低電極消耗年經濟效益563萬元，熱裝鐵水提高電弧爐鋼產量和質量年獲利1,500萬元。總計電弧爐生產年增加效益9,763萬元。

以上高爐效益加電弧爐增效合在一起每年增加效益15,065萬元。

該發明適用於已有的短流程電弧爐鋼廠和新建的短流程電弧爐鋼廠。

註：該發明中經濟效益根據1998年8月經濟情況計算。

榮譽表彰

2007年，《一種短流程電弧爐鋼廠》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。