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冶炼电炉发展现状与直流电炉运用前景浅析

2020-04-23 16:10:11

冶炼电炉发展现状与直流电炉运用前景浅析

一、电炉铁合金发展历史

电热法生产铁合金始于19世纪末至今,其中经历了20世纪初至20世纪60年代与高炉并存的大规模发展阶段,20世纪60年代至今电炉铁合金产量超越高炉并占有优势。

二、国外冶炼电炉现状

20世纪70年代末至80年代随着世界电子工业的发展,低压大电流功率型的整流器件出现,促使直流电开始运用于电炉冶金行业,直流电弧炉的技术运用与开发始于欧洲,主要有瑞典的ASEA公司、德国BBC-MAN-GHH及法国的IRSID-CLECIM公司,受早期大功率硅整流器件工作电流限制,直流电炉的容量都较小 ,到21世纪初随着国外单只大功率整流器件制造工艺的发展,单只整流器件的容许平均工作电流已超过10 kA,2010年6月在东京制钢公司田原工厂420吨炼钢电弧炉成功投产并且运行良好,21世纪初102 kVA交流矿热炉成功投产,单台容量70MW~120MW的直流矿热炉已在国外得到成功运用。

三、国内冶炼电炉现状

目前我国主流矿热炉容量在12.5MW~33MW之间,较少企业采用了50MW和63MW的巨型矿热炉,炼钢电弧炉约有360座,其中50 t~150 t容量电弧炉不足半数[3,4],上述电炉大多采用交流供电方式,采用直流供电的电炉却稀少,交流供电的缺点是显而易见的,随着单台电炉容量的不断增加,短网交流电抗是我们回避不了的现实问题,短网交流电抗制约了交流电能输入电炉的能力,其自身还会因周边的铁磁机械部件造成涡流损失降低用电效率,为了应对交流炉型用电指标中电压闪变大和功率因素低,需要在系统中置入动态补偿装置或低压无功补偿装置及其它类型的无功补偿装置,采用交流供电的电弧炉的电弧还会因电极电流磁场作用和熔池电流磁场作用产生偏弧,偏弧造成炉壁热点现象并降低炉壁的使用寿命,上世纪八十年代中期至九十年代中期国家钢研总院与国内部分铁合金厂合作进行了直流矿热炉的实质研究与实用化工作,并相继建成了2MW~6.3MW的单电极或三电极直流矿热炉,在当时相近原料以及生产工艺的条件下取得不俗的生产冶炼指标,电耗降低7%以上,电极糊节约40%以上,增产10%以上。

本世纪初至今由于我国的基础建设,促进了冶金行业的发展,促使民营企业加入到钢铁以及铁合金产业大军中来,也促进了电炉冶炼相关行业的广参与和技术支持,使得装备制造技术与冶炼操作工艺得到长足进步。产品吨产电耗、吨产矿耗、单台电炉产能都得到很大提高,以本人冶炼硅锰合金为例;前些年在河南安阳某厂使用三相交流16500KVA电炉冶炼6517牌号硅锰合金,在入炉锰34.5°~35.5°条件下,电单耗已降至3500kWh以下、锰回收率在≥90%、日产量≥120 t的较好冶炼指标,近年来随着行业门槛的提高以及行业间竞争使得巨型电炉相继出现,交流25 MW、33 MW电炉已普及,51MW和63MW电炉业已相继出现。巨型电炉的优势是炉温高、单台产能高、能有效促进生产成本的优化,巨型电炉目前的指标似乎并不尽人意,主要原因为电极工作电流大,系统涡流损耗大,电极直径因集肤效应做到很大,增加了生产工艺控制中的操作难度,也使相关配套设备的造价升高,在生产中并未取得预期的冶炼指标,大型电炉在没有较好经济技术指标支撑下的冶炼工作往往因经营费用高,因此企业抗市场波动风险的能力大为降低,失去应有的竞争力。

国内冶金行业在巨型电炉的建造、使用与国外同行相比还是有不小的差距,国外先进装备的技术核心也不会轻易卖给我们,即便我们花高价购买国外同行过时的冶炼装备,但也因国外装备的工艺操作控制流程与我们现有熟悉的操作控制流程相差较大,使得一些引进技术的企业在还未熟练掌握引进技术的时候便因冶炼环节导致经营亏损举步维艰。

四、直流电炉运用前景展望

国内需要积极研发适合我们自己国情的新型冶炼装备适应国内冶金行业的发展,增强行业的国际竞争力,在交流电炉发展遇到瓶颈的今天,我们是否会考虑运用直流电的优势另辟蹊径研制属于我们自己的大型直流电炉技术呢,国内近些年来直流电运用在冶金电炉上的一些优点如下;

(1)直流电不产生交变电场没有涡流损耗。

(2)6脉动或12脉波直流电在短网中的电抗小,电能可以轻易输入电炉。

(3)直流电在电极输送电能过程中没有电流集肤效应,等同直径的电极能输送多的电能至电炉负载,以矿热炉冶炼金属硅为例。

(4)直流电弧稳定、熔池炉料电阻负荷平稳利于还原反应的进行或炉料熔炼的进行,炉底温度高,有渣炉型炉渣流动性好,无渣炉型不易涨炉底。

(5)电炉噪音降低约在7%~15%dB。

(6)电极吨产单耗降低40%~60%。

(7) 吨产电单耗在相同原料和操作工艺条件下可节电3%~10%。

(8)明弧操作炉型无炉壁热点现象,延长炉壁使用寿命。

(9)电弧对熔池搅拌效果好,促进提升产品质量。

(10)系统对高压网侧造成的电压闪烁小,无需增设动态补偿装置,系统采用6脉波整流装置功率因数可≥0.95,系统采用12脉波整流装置功率因数可≥0.98。


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