直流電爐
直流電爐是以直流電源為主要能源給爐子提供熱源,一般情況下,爐頂只有一根陽極,與爐底陰極形成回路。其特點是電極消耗非常低,一般情況下低于1千克/噸鋼,熔池穩定,由于只有一根電極與熔池形成電弧弧柱,對爐襯的輻射損壞程度低,耐材消耗相對較低,爐壁水冷板損壞量相對少。缺點是底電極比較復雜,有水冷式、導電爐底式及針狀分布在爐底耐材中等幾種形式,但壽命都比較短,維護費用高,造成冶煉成本較高。此外,整流設備投資相對較高,造成一次性投資較高。
直流電爐在電爐鋼廠不是電爐煉鋼的主流設備,我國在上世紀末也引進了幾臺直流電爐,運行效果與交流電爐相比,也是更加優異的。業內對底電極的研究近幾年也有了新的進展,基本解決了底電極爐底壽命短的問題。其非常低的石墨電極消耗在冶煉成本方面表現出較大優勢,預計在新一輪的電爐建設中也會看到直流電爐的投產。
交流電爐
三相交流電爐用于工業生產已有100多年的歷史,其設備特點是使用三相交流電源,三相石墨電極與廢鋼接觸時在巨大的電流作用下產生電弧,用電弧的高溫來熔化廢鋼和冶煉鋼水。相對于直流電爐來說,因為有三相電極,所以電極消耗比直流電爐要高,三相電極存在一個極心圓,距爐壁相對距離要近,耐材消耗相對較高,但爐底相對要更安全,壽命長。特別是在本世紀初,電爐煉鋼技術取得了重大進展,在電能為主要能源的基礎上引進輔助能源和化學能源,隨著自動控制技術的發展,功率輸入由普通功率上升為高功率和超高功率,消耗下降,生產率提高。在全廢鋼為原料的情況下,這種電爐的冶煉周期小于60分鐘,電耗低于280千瓦時/噸鋼,電極消耗小于1.2千克/噸鋼,每個公稱容量年產鋼已超過1萬噸(即公稱容量100噸的電爐,年產鋼突破100萬噸),生產率大大提高,同時工藝的變化也派生出多種爐型。
常見的3類交流電爐
傳統式電爐
傳統式電爐是早期的主流電弧爐,廢鋼從爐頂加入,即旋開爐蓋用天車料籃加入廢鋼,每爐鋼需加料2次~3次甚至更多,電耗比較高,電極消耗高,熔化時噪聲大,加料瞬間煙氣量大,外溢非常明顯,熱量損失大,變壓器配備容量大,對電網沖擊也相對較大;一般采用爐蓋除3個電極孔外的第四孔除塵,除塵效果相對較差,在粉塵噪聲要求嚴格的地區,都采用廠房屋頂加大煙罩除塵或建隔離罩的方式,俗稱狗窩(Doghouse),進行二次粉塵收集、噪聲捕集。我國早期的電爐都屬于傳統式電爐。不過,該種電爐技術比較成熟,故障率低,應用廣泛,原料適應性強,但主要技術經濟指標表現一般。
連續加料(Consteel)電爐
連續加料式電爐是近幾年新投產電爐中比較多的一種爐型,最大特點是冶煉過程中廢鋼連續加入,不開爐蓋可以不停電,能量輸入不間斷,避免了巨大能量損失,煙塵不外溢,從爐內抽出的高溫煙氣從連續加料的隧道通過,也起到了對廢鋼進行預熱的作用,噸鋼電耗可降30千瓦時~100千瓦時,同時熔池比較平穩,降低了傳統電爐在電極穿井期發出的巨大噪音和對電網的沖擊,電極消耗噸鋼下降0.1千克~0.3千克。此外,冶煉過程中熔池平穩,廢鋼預熱溫度一般不超過400℃,冶煉周期縮短,生產率提高,主要技術經濟指標比傳統電爐要優異,但一次性投資要比傳統電爐高。國外主要是Tenova供貨;國內中冶賽迪等電爐制造廠也在供貨,而且做了改進,具有自主知識產權。此類爐型我們通稱Consteel電爐,它的最大特點是連續加料。
廢鋼預熱式電爐
廢鋼預熱式電爐有多種形式。早期有雙殼電爐,由兩個靠在一起的爐體組成,共用一臺變壓器、二次短網、旋轉導電橫臂和電極;系統可以自由選擇每個爐體進行冶煉,即從正在冶煉的一個爐體中抽出的高溫爐氣從第二個爐體通過,從而預熱下一爐廢鋼。目前,這種爐型已不是廢鋼預熱電爐的主流。