電爐煉鋼的靈活性及最新趨勢(shì)被應(yīng)用于新型的市場(chǎng)化鋼廠，該工藝經(jīng)濟(jì)性與長(zhǎng)型或扁平材產(chǎn)品的高質(zhì)量連續(xù)生產(chǎn)直接連接到一起。
原料裝入、廢鋼使用電爐預(yù)熱、管式爐煉鋼、連鑄、直接裝爐或熱裝軋制等工藝過程經(jīng)優(yōu)化后綜合到一起，用以更好的滿足國(guó)際化煉鋼工業(yè)所要求的最終目標(biāo)。
弗埃斯特-阿爾卑斯公司(VAI)和福克斯系統(tǒng)技術(shù)公司將兩個(gè)公司的力量結(jié)合到一起。弗埃斯特-阿爾卑斯公司的關(guān)鍵設(shè)備將冶金和工藝訣竅、生產(chǎn)工藝線各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)與福克斯公司所發(fā)明的電爐技術(shù)融合到一起，這種強(qiáng)力結(jié)合成為新型小鋼廠概念的代表。
技術(shù)趨勢(shì)
小鋼廠項(xiàng)目可以較好的滿足目前鋼廠必須市場(chǎng)化的要求，小鋼廠概念不再適用于定義鋼廠的生產(chǎn)能力，因?yàn)槟承┑湫偷男′搹S概念的公司每年的產(chǎn)量甚至已達(dá)上千萬噸。弗埃斯特-阿爾卑斯公司和福克斯公司新型小鋼廠概念考慮了這種需求，并提供了最現(xiàn)代化、高成本效率和能夠適應(yīng)市場(chǎng)的靈活性技術(shù)。
輸入原料范圍大、生產(chǎn)率最大化、產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)靈活性高、優(yōu)化能源利用率、低相關(guān)費(fèi)用等是煉鋼工藝的主要目標(biāo)。電爐技術(shù)成為目前冶金生產(chǎn)的先進(jìn)代表，成為煉鋼生產(chǎn)的里程碑，并使小鋼廠技術(shù)在世界范圍內(nèi)獲得成功。
預(yù)熱系統(tǒng)
目前冶金行業(yè)的重點(diǎn)是電爐。由福克斯公司和弗埃斯特-阿爾卑斯公司共同開發(fā)的指狀豎爐是帶有廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)備。其能源回收的經(jīng)濟(jì)效益在運(yùn)轉(zhuǎn)或正在建設(shè)中的幾套設(shè)備上得到體現(xiàn)，歷史已超過8年(詳見表1)。
電爐煉鋼的前途是光明的到2010年，電爐鋼產(chǎn)量可能會(huì)超過轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量。想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，首先必須增加供應(yīng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，箱式爐生產(chǎn)服務(wù)于市場(chǎng)的高質(zhì)量高附加值產(chǎn)品，增大市場(chǎng)份額，在此基礎(chǔ)上將目前某些綜合型鋼廠的轉(zhuǎn)爐工藝與箱式電爐工藝相結(jié)合。
為滿足電爐煉鋼的所有成本和質(zhì)量的目標(biāo)，公司的貿(mào)易必須實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化，尤其必須適應(yīng)原料供應(yīng)的變化。所裝入的原料可能是直接還原鐵、熱壓塊鐵、生鐵、鐵水、氧化鐵或廢鋼等其中一種或幾種的混合料，鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)狀況在很大程度上與此相關(guān)。
電爐煉鋼在裝入原料中肯定加入廢鋼，用以提高冶煉效率及更好的預(yù)報(bào)、控制鋼水的化學(xué)成分。冶煉爐必須設(shè)計(jì)成可以優(yōu)化相關(guān)工藝、縮短耗電時(shí)間、節(jié)省能源、實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)量等要求，并能夠滿足非常嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。
與廢鋼預(yù)熱技術(shù)相結(jié)合的指狀豎爐可以100%裝入廢鋼，也可以裝入廢鋼與直接還原鐵或熱壓塊鐵的混合料，或是將廢鋼與鐵水混合，是一種冶煉、生產(chǎn)用于薄板連鑄機(jī)原料的理想爐型。由于鋼內(nèi)殘余元素的含量要求較低，因此裝入的混合原料中廢鋼含量必須低于50%。
水冷保持爪定位于低位豎爐頂上，這一點(diǎn)成為所裝入廢鋼均勻預(yù)熱系統(tǒng)的特色。廢鋼用熱循環(huán)廢氣進(jìn)行加熱，用以確保充分利用廢氣的潛能，可以獲得低電能消耗、低電極消耗、降低閃爍值和提高生產(chǎn)率等特點(diǎn)。100%采用立向加入原料進(jìn)行預(yù)熱成為指狀豎爐系統(tǒng)的成果，但指狀豎爐也適用于直接向爐內(nèi)裝入直接還原鐵或鐵水，并可用廢氣預(yù)熱所保存的廢鋼。
裝入的原料
指狀豎爐于1995年在位于墨西哥蒙特雷的希爾薩公司扁平材產(chǎn)品分部開始生產(chǎn)，還有1996年投產(chǎn)的比利時(shí)考克里爾·桑布爾公司的設(shè)備，管式電爐其可以高比率的利用直接還原鐵和鐵水（40%）作為原料，指狀豎爐在這些廠家的實(shí)際操作取得了杰出的成果。
用鐵水作為原料可以大幅度提高生產(chǎn)率、降低能耗參數(shù)和通電時(shí)間、削減操作費(fèi)用，并在量終出鋼氧含量指標(biāo)上明顯占有優(yōu)勢(shì)，通常低于40ppm，若100%裝入廢鋼則此值約為80ppm。
鐵水通過側(cè)壁上的旋轉(zhuǎn)器在電弧不滅的情況上裝入爐殼內(nèi)，此過程必須以專用的鐵水包傾倒裝置裝入鐵水，用以確保穩(wěn)定裝料，避免噴濺。
這種系統(tǒng)可以回收冶煉期所產(chǎn)生的廢氣能源，當(dāng)裝入40%的鐵水時(shí)，耗能量低于200kWh／t。將指狀豎爐與高效廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)及最新電爐技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)裝入鐵水的所有優(yōu)點(diǎn)。這種系統(tǒng)的操作結(jié)果可以達(dá)到目前轉(zhuǎn)爐所獲得的生產(chǎn)率。
COREX工藝提供了另一種生產(chǎn)鐵水的方法。這種工藝的副產(chǎn)品-工藝廢氣可進(jìn)一步用于生產(chǎn)直接還原鐵或作為能源進(jìn)行其它方式的應(yīng)用。將這種技術(shù)與福克斯豎爐技術(shù)或雙爐殼技術(shù)相結(jié)合有可能替代綜合型鋼廠中的傳統(tǒng)冶煉技術(shù)。
設(shè)計(jì)特點(diǎn)
連續(xù)裝入原料和連續(xù)出鋼是未來的發(fā)展趨勢(shì)，因此，所開發(fā)的冶煉爐應(yīng)該可以在不傾動(dòng)的情況下出鋼，并絕對(duì)確保在無渣出鋼的前提下實(shí)現(xiàn)非常短的耗電時(shí)間，這將會(huì)產(chǎn)生新一代冶煉爐，并意味著在100%的能源利用率下操作。
設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意，將冶煉爐頂部及側(cè)壁的冷卻水速率提高25%，可以獲得非常高的冷卻效率，擴(kuò)大出鋼口、縮短出鋼時(shí)間可以提高電爐的電能輸入時(shí)間和生產(chǎn)率。
大型電爐
因奈克沙公司現(xiàn)有三臺(tái)大型電爐在生產(chǎn)，每座的年生產(chǎn)能力為133萬t。強(qiáng)大的變壓器將電力輸入給電爐，以100%直接還原鐵為基礎(chǔ)可使出鋼到出鋼時(shí)間(冶煉周期)縮短到70min。
熱壓塊鐵預(yù)熱
在電爐中預(yù)熱熱壓塊鐵也可以提高生產(chǎn)率，降低能量消耗。所進(jìn)行的初期實(shí)驗(yàn)主要發(fā)現(xiàn)如下：1)熱壓塊鐵可以成功地在電爐中加熱到750℃以上，而廢煤氣的氧含量低于5%，將廢煤氣中的氧含量降低2%是所獲得的最大效益。2)在550℃以上的溫度區(qū)可以獲得明顯的金屬化顆粒(1%～2%)，熱壓塊鐵殘余的氧化鐵含量降低。3)由于熱壓塊鐵迅速氧化，進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，熱壓塊鐵的良好成分是非常重要的參數(shù)。4)當(dāng)采用合適的預(yù)熱系統(tǒng)時(shí)，有望實(shí)現(xiàn)提供均勻和相對(duì)較高的熱效率（從電爐廢煤氣的熱回收率大于8%）。
熱裝直接還原鐵
現(xiàn)有的還原工藝開發(fā)過程，所產(chǎn)生的高度金屬化的海綿鐵在較高溫度下直接裝入電爐，用以降低電爐的耗電量和生產(chǎn)成本，可以避免運(yùn)輸過程中較熱直接還原鐵的再氧化。該系統(tǒng)還允許與直接還原爐連在一起進(jìn)行連續(xù)熔煉操作，這種熱連接系統(tǒng)采用已經(jīng)被證明的技術(shù)為基礎(chǔ)且設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單。100%的裝入直接還原鐵可以裝入鐵水節(jié)省16kWh/t熱量，電極大約可節(jié)省0.6kg/t。該系統(tǒng)比較靈活，電爐停止工作時(shí)，直接還原鐵設(shè)備仍可選擇繼續(xù)操作或同時(shí)停爐。
雙爐殼技術(shù)
雙爐殼電爐設(shè)計(jì)由兩個(gè)爐殼、一個(gè)能快速旋轉(zhuǎn)的電極臂系統(tǒng)及其相應(yīng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)組成，大約可將電爐的實(shí)際年生產(chǎn)能力提高50%，比傳統(tǒng)的電爐投資費(fèi)用降低25%，靈活的操作模式允許裝入不同的原料，包括高比例的鐵水，為滿足生產(chǎn)板材的高質(zhì)量要求，裝入低成本鐵水和低能量消耗的雙爐殼電爐可以實(shí)現(xiàn)廢鋼熔煉，并且使直接還原鐵或熱壓塊鐵等熔煉電耗要求較高的原料最小量化。
連續(xù)熔煉概念
連續(xù)熔煉工藝(CONTIMET)的主要目標(biāo)是用廢鋼、鐵水、海綿鐵(冷或熱的直接還原鐵和熱壓塊鐵)以任何比例和混合作為原料來連續(xù)生產(chǎn)粗鋼，這種混合料可能會(huì)產(chǎn)生含有其它塊狀物或顆粒良好的大范圍含鐵材料，諸如鐵碳化合物、含金屬的灰塵、廢鋼、礦石等。連續(xù)熔煉技術(shù)的基本想法是將具有許多優(yōu)點(diǎn)的電爐與轉(zhuǎn)爐結(jié)合在一條工藝線上，其參考了電爐與殘液提取裝置相結(jié)合的方式。
世界各地的煉鋼技術(shù)水平不同，因此采用連續(xù)熔煉技術(shù)所節(jié)約的操作費(fèi)用的水平也就不盡相同，其范圍大約為5.6～18.8美元／t粗鋼，相當(dāng)于操作費(fèi)用的3%～10%。目前主要考慮了鐵產(chǎn)量較高和電能消耗較少等優(yōu)點(diǎn)所節(jié)約的操作費(fèi)用，連續(xù)熔煉技術(shù)所具有的產(chǎn)生灰塵和鋼渣較少等其他優(yōu)點(diǎn)所節(jié)省的操作費(fèi)用尚未考慮在內(nèi)。
歐洲板帶
為開發(fā)成熟的工業(yè)化板材連鑄機(jī)，歐洲板帶(EUROSTRIP)工藝的參與者蒂森·克虜伯鋼公司、于齊諾爾鋼公司和弗埃斯特·阿爾卑斯公司已經(jīng)在KTN鋼公司的克里福德廠建立了預(yù)工業(yè)化裝置，并可以滿足未來的工業(yè)化要求。該技術(shù)的具體優(yōu)點(diǎn)如下：1)鋼水直接澆鑄為熱帶，用以取消板坯鑄機(jī)、板坯預(yù)處理、加熱和粗精軋機(jī)組；2)較低的投資和操作費(fèi)用；3)簡(jiǎn)化了冷軋之前的工序；4)能耗低且于有利于環(huán)保。
安裝在克里福德的預(yù)工業(yè)化板材連鑄設(shè)備于1999年12月成功開機(jī)，成為歐洲該類設(shè)備的先驅(qū)者，主要澆鑄不銹鋼，并對(duì)這種新技術(shù)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)期望值進(jìn)行了可行性試驗(yàn)。該設(shè)備的擴(kuò)容工作已經(jīng)開始，因此其預(yù)工業(yè)化設(shè)備將會(huì)迅速成為首臺(tái)工業(yè)化板帶連鑄機(jī)。
歐洲板帶第二步準(zhǔn)備在阿維斯塔-桑德維克鋼鐵公司的初級(jí)板坯連鑄設(shè)備上澆鑄碳鋼和電工硅鋼片，最近由弗埃斯特-阿爾卑斯公司與阿維斯塔-山德維克鋼鐵公司及CSM公司合作將該設(shè)備升級(jí)，最大澆鑄能力達(dá)到60t／h，板坯寬度為1130～1350mm。
2000年末，該鑄機(jī)首次生產(chǎn)的板帶已經(jīng)展示出良好的表面質(zhì)量和板邊質(zhì)量，并可在冷軋機(jī)上進(jìn)一步加工，退火及成卷包裝后所進(jìn)行的表面檢測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)特別的缺陷。
該板帶縱向幾何尺寸保持在熱帶偏差的允許范圍之內(nèi)，橫向偏差可以滿足冷軋機(jī)的要求，板邊具有良好的幾何形狀，厚度可冷軋為3.0～8.0mm，退火后進(jìn)行通常的表面檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。
與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，由于迅速凝固而更好的消除了非金屬夾雜物，這主要對(duì)鋼材的耐腐蝕性產(chǎn)生了較好的影響，諸如延展性和強(qiáng)度等冷軋帶的力學(xué)性能也穩(wěn)定在傳統(tǒng)生產(chǎn)材料的范圍之內(nèi)。
板帶連鑄機(jī)工業(yè)化可產(chǎn)生降低能源消耗和轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)等主要效益。與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝對(duì)應(yīng)的連鑄機(jī)生產(chǎn)方式相比，這種技術(shù)可以節(jié)省2.8GJ／t鋼，如果軋制前用天然氣預(yù)熱連鑄坯，CO2的放散可減少211kg／t，NOx減少71g／kg，SOx減少36g／t。
原材料和能源是未來電爐煉鋼的主要因素，為保持其競(jìng)爭(zhēng)力，電爐技術(shù)必須以最小的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)來不斷追求高效率，且必須滿足質(zhì)量要求。未來有競(jìng)爭(zhēng)力的煉鋼工藝必須根據(jù)使用性能和成本，將燃料與大量裝入的各種原料相結(jié)合，并確保高靈活性。
在隨后的工藝鏈和自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)合開發(fā)工作中，現(xiàn)代小鋼廠概念以提高生產(chǎn)率為首要條件，并在開發(fā)工作中將各種技術(shù)訣竅的全部?jī)?yōu)點(diǎn)綜合到一起，用以確保所有的工藝步驟平穩(wěn)工作到一起，達(dá)到提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和使用性能的目的。
不間斷小鋼廠概念融入了現(xiàn)代最高煉鋼、連鑄、軋鋼和自動(dòng)化技術(shù)，并與40年的主要冶金設(shè)備建設(shè)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，用以保證客戶獲得全部利用新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)潛力。
歐洲已經(jīng)決定支持這一項(xiàng)目，并作為THERMIE過程的一部分。
加大板帶寬度、澆鑄其它鋼種等進(jìn)一步工藝技術(shù)開發(fā)和運(yùn)轉(zhuǎn)工作由弗埃斯特-阿爾卑斯公司及其歐洲板帶項(xiàng)目合作伙伴蒂森-克虜伯鋼公司、于齊諾爾鋼公司等實(shí)施。
不間斷生產(chǎn)概念
弗埃斯特-阿爾卑斯公司不問斷軋制技術(shù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特色為：直接將準(zhǔn)備過程、帶或不帶廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)的最現(xiàn)代化電爐煉鋼、連鑄機(jī)與熱帶軋機(jī)等工藝環(huán)節(jié)直接相連，用于連續(xù)的生產(chǎn)長(zhǎng)型和扁平材鋼鐵產(chǎn)品。
線、棒材生產(chǎn)的基本小鋼廠工藝線主要包括：以廢鋼為原料，經(jīng)豎爐冶煉后用鋼包爐處理，在小方坯連鑄機(jī)上澆鑄，然后在軋機(jī)上軋成螺紋鋼或線材。當(dāng)然也可以選擇生產(chǎn)其它產(chǎn)品或其它應(yīng)用方式。這種類型的連鑄機(jī)和軋機(jī)模式可以融入帶有熱壓塊鐵生產(chǎn)及上道FSF工序的現(xiàn)代電爐操作的聯(lián)合式緊湊軋機(jī)(ICM)基本概念。
這種結(jié)構(gòu)的主要工藝及設(shè)備特點(diǎn)為：1)各種原料和產(chǎn)品的單獨(dú)處理部分；2)加裝熱壓塊鐵時(shí)能量的回收；3)最大量的向軋機(jī)熱裝連鑄產(chǎn)品，用以節(jié)省能量；4)可迅速改變?cè)O(shè)備組合；5)人力資源最小化；6)提高生產(chǎn)率。
輸入原料范圍大、生產(chǎn)率最大化、產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)靈活性高、優(yōu)化能源應(yīng)用率、低相關(guān)費(fèi)用是煉鋼工藝的最終目標(biāo)。本文主要介紹新型電爐煉鋼技術(shù)，該工藝已成為煉鋼生產(chǎn)的里程碑，并使、鋼廠概念在世界范圍內(nèi)獲得成功。小鋼廠概念可以分解成若干項(xiàng)目，用以更好的適應(yīng)目前的鋼廠狀況。"小"的概念并不再適用于描述鋼廠的生產(chǎn)能力，因?yàn)槟承┑湫偷男′搹S概念的公司每年的生產(chǎn)能力已達(dá)數(shù)百萬噸。新型小鋼廠概念應(yīng)運(yùn)而生，并提供了最現(xiàn)代化、成本效率高和適合于市場(chǎng)的靈活技術(shù)。
以電爐和廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)的革命為重點(diǎn)，使得豎爐結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。豎爐設(shè)備已運(yùn)行數(shù)年，其能源回收的實(shí)際操作結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益已在幾個(gè)鋼廠得到證明。文中將對(duì)這些操作結(jié)果進(jìn)行討論，并介紹組成新型小鋼廠概念的連鑄機(jī)和軋鋼機(jī)的主要特點(diǎn)。
