2021年第50卷第1期••11•Vol.50No.12021INDUSTRIAL HEATING
DOI：10.3969/j.issn.1002-1639.2021.01.004
赵伟?1,2，张艳A1，仇秋玲1
(1.上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海200000；2.江苏省(沙钢)钢铁研究院，江苏张家港215625)
摘要：针对电弧炉炼钢过程中电能消耗高的问题，采用能量平衡理论分析了电炉冶炼系统的能量输入输出情况：电炉损失的热量主要被水、气带走，熔池内CO二次燃烧率低是能量的因，电烟道抽气参数进行优化，提高了熔池的热效率。工化试验表明，当铁水比达0.6-0.7时，电熔池利用率最高，烟道参数优化后吨钢电耗降低约20kW•h•t-1( 关键词：电'能量；电能；烟气；二次燃
中图分类号:TF741.5文献标志码:A文章编号：1002-1639(2021)01-011-03
Application of Energy Balance in EAF Energy Conservation
ZHAO Weijie1'2，ZHANG Yanmei1，QIU Qiulin/1
(1.Shanghaj Electrie Group Co.Lt/.，Central Academe，Shanghai20000，China；
2.Institute of Research of Iron and Steel，ShasteelJiangsu Province，Zhan/iagang215625，China)
AbstracC:Aiming at t/e problem of high energy consumption of EAF steelmaking，the energy input and output of EAF steelmaking system is analyzed by t/e theorg of energy balance:the heat loss of electric furnace is mainly taken away by cooling water，slag and furnace gas.The main reason of energy loss is that post-combustion for flue gas is low.By optimizing the parameters of the emctric furnace flue，the thermal eeiciency of the molten pool is iniproved.Industrial test shows that when the hot metal of0.6〜0.7weld pool effective heat utilization rate was the highest，and the power consumption per ton of steel is reduced about20kW•h•t_1after the optimization of the Oue parameters. Key Words：EAF；energy balancc；electricity；Ou gas；post-combustion
目前，世界钢铁制造普遍采用的炼钢方式主要有转电，相比转，电工序短、省、建设快、节能减排出等优势[1-2](入21，的制，我国电开始普遍使用铁水技术，铁水提供了大量的物，化学热，了中金带来的，是电高效、节能的首[3-4](
某钢铁集团为降低电电耗和生产成本，积极行“高铁水比”制度，某间100tConcast电自投产，一电耗高、氧耗高及生产成本高等问题。本过合的方电炉能量模型，分析了电过程中的能量输入输出情况，了能量的缺口，并提出了节能降耗的，降低了电电耗生产成本。
1能量平衡模型的建立
电炉炼钢过程的物料及热平衡是建立在物质与能
收稿日期：2020-04-08；修回日期：20211117
作者简介：赵伟杰(1988—)，男，本科，工程师，主要从事电炉炼工、利用的研究工.量守恒的基础上，通过研究整个冶炼过程中的物料及能量项，为工艺制度，确合理的设数提量的依据[5-6](100t电间铁水成分、温、终点不稳定，在生产过程中随机因素变化较大影响模算的准确性(为然因素的影响，本物料为基础，并运用学方出200中高碳钢的生产数，为能量算的依(能量分为量输入项与热量输出项两大类，输入项包括铁水物、物、烧嘴燃、化学、电能、喷碳'，输出项分为铁水物、物、气物、
尘物、水、电、炉体'热量。
能量模型的主算参数如下:①入炉废钢为25b，成分设为1(C)=0.1%，i(Si)=0.2%，1(Mn)=0.4%,1(P)=0.015%；②入炉铁水质量及成分为测量值，设入炉铁水温度为1300b；③成分为车
间电的值：1(CaO)=34.07%，全铁含量为24.65%，i(FeO)=22.24%，i(F c2O3)=
10.41%，设温为(出温-200)b；
④烟尘质量为集的烟尘总量/炉次，炉尘成分i(FeO)=77%，i(Fe2O3)=20%；⑤钢铁料消耗为月钢铁料消耗值，为1105kg/t；⑥电水
亠星如無
INDUSTRIAL HEATING
・12・
2021年第50卷第1期Vol. 5 0 N o. 1 2021
包括烟道、、壁、氧 心 ，各个部分带走的热量由进出水温 量计算得到;⑦电
能 利用率75% ~82%［7］，本 78.4 %；⑧每
量约为7 -10 t ，设所 次
量相
同，为8t （⑨ 料平均比 铁水中
反应热
如表1、表2所示［8-9］ o
表1原料平均比热容
类别态比
kJ ・(kg ・ K )「熔化 /
1
kJ ・ kg"1液气态比 /k/・( kg ・ K ) d1
生铁
0.744
217.4680.836 8钢
0.699
271.96
0.836 8渣
209.2
1.247烟气 1.136
烟尘1209.2矿石
1.046
209.2
表2
化学反应热（25 b #
元素
反应
反应热/kJ - kg"1
C * C ] +I/2O 2 = CO 10 940C * C ] T
+ O 2 = C O 234 420
Si
* SA -+ O 2 = S oO 2
28 314P 2* P ] +5/2O 2 = P 2O 5
18 923
Mn * Mn ] +I/2O 2 = MnO 7 020Fe * Fe ] +
l/2O 2 = FeO 5 021
Fe
2* Fe ] + 3/2O 2 = Fe g O s 7 341SAO SiA + 2CaO = 2CaO ・ Si A 2
2 071
P2O 5
P 2O 5 + 4CaO = 4CaO ・ P 2O 55 021
2结果与讨论
2.1热平衡计算结果与分
熔池主要输入能量 为铁水的物
、化学反
、电能和喷嘴燃
，主 输出能量包括钢水、
、气的物
、 水带走热量、炉体
电（表3为熔池中每吨铁能量 算结
，从表3中
出，主 量 为铁水物 、
钢水
利用率仅为64.2 %，熔池中大量热量被冷
水、
、气带走，其中电
水带走热量占
直流系统绝缘监测装置17.2%，炉渣带走热量占&6%o 表4为电 水系
中各个模块带走的热量，其中烟道 水模块、炉盖
水模
面 的炉壁 水模块带走的量主
高温炉气的 ，因
气带走的
量 的热量中占很大比重。
表5 为电 熔池中 个 化学 ， 化
学从能量输入的
电 气中C 转化为CO 2占比
为5%，
气中CO 的二次燃烧率很低，一般电炉
中30% -40%CO 发生二次燃烧［10］，
能是因
为烟道抽气量较大，生成的烟气 面停 间
短［11］，CO 主 熔池外燃烧，二次燃烧产生的热量主要被烟气
按摩坐垫水带走。
表3吨铁能量平衡表
输入
输出
项目
能量/kW ・h 比例项目能量/kW ・h 比例
铁水物理热234.550. 457钢水物理热329.370.642废钢物理热
炉渣物理热44.160.086
燃烧喷嘴供热
26.370. 051炉气物理热14.440.028炉内化学反应热170. 18
0. 332烟尘物理热 3.290.006
电能
81.95
0. 16冷却水吸热
88.070.172喷碳粉供热
0电路系统损失热
17. 7
0.035
炉体辐射
160.031总计
513.051
513.03
汽车空气干燥器1
表4冷却水系统各个模块带走的热量
项目
输出能量/kW ・h 比
烟道冷却模块
28.050.318模块
19.280.219
壁 模块22.48
0.255心
模块12.240.139
氧
模块
6.02
0.068
总计
88.071
表5熔池中各个元素化学反应热
化学
能量/kW ・h
比
C &CO (95%)89.170.524C &CO 2 (5%)14.800.087
Sl &SiO 228.60
0.168Mn &MnO 6.000.035P &P 2O 5
4.49
0.026P 2O 5 — CaO ・ P 2O 5
2.73
0.016SAO &2CaO ・ SiA
4.48
0.026
Fe —FeO
12.230.072Fe &Fe g O s
7.760.045
总计
170.18
1
2.2烟道参数
图1为 间电 烟道除尘工 程图，电炉冶
炼过程中产生的高温炉气在主风机负压的作用 过沉降室，一部分烟气 量产生蒸汽，混
风
入过滤除尘器，经烟 排入大气；另一 分烟气
入水 烟道
， 喷水
降温 入过
除尘器，然排入大气。
前
阀
门开度为100%，流量约为20万m 3/h （标准），水冷烟
道系统阀门开度为70%，流量约为30万m 3/h （标准）（
保
阀门
100%不变，将水烟道的
阀门 70%降低到30%，考 烟道参数优化
电耗
间 况。
图1
电弧炉除尘工艺流程
・13-2021年第50卷第1期
Vol.50No.12021INDUSTRIAL HEATING
2.3烟道参数效
生产过程跟踪表明，烟道参数优化后车间生产过程平稳，车间空气，前 差别。图2为烟道参数优化前
后电炉吨铁电耗和铁水比的关，图中灰、黑线条分别为拟合的前、后吨铁电耗与不同铁水比的变化线。从图2中可以出，铁水比的增加电炉吨铁电耗是降低的；铁水比高，电节省的电量；铁水比，铁水比越低节省的电量越多，图2中合的电耗与铁水比关系可以看出，当铁水比为0.65时，试验前吨铁电耗约为76kW・h，烟道参数优化后吨铁
电耗约为56kW・h，因，烟道参数优化后节省电量约20kW・h・t1o烟道参数优化后节省电量的主要因可能是减小了炉气水带走的热量，并
加了炉气面的停间，提高了CO的二次燃率，熔池化学加，了电
电耗。
200- °□试验前
九
•
q
•
250「
0.40.50.60.70.80.9
铁水比
图2烟道参数优化前后吨铁电耗与铁水比关系
水利用率是指钢水物与总输入能量的比值，了熔池的热利用效率。图3为前后水率与铁水比的，图中灰、黑线条分另」为拟合的前、水利用率与不同铁水比的变化线。从图3中出，试
水利用率是提高的，铁水比的增加，熔池的率高后降低，当铁水比0.6〜0.7(即铁水装入量为67.2〜78.4/时熔池的率最高，这是铁水比较低(如入一包铁水)，熔池形成，冶炼前期通电的较长时间段内电极不能，造成了大量的电能；当铁水比较高(如入两包铁水)，产生的烟气量多，较多的热量被烟道水带走。算电炉“高铁水比”模式的指导意义：当高铁水不，“一包饿、两包”的，应分入，提高熔池的热利用率，降低电电能消耗。
,84
.6
.5
O.
O.
O.
O.
槪
圧
宾
癡
談
礼花发射器
#
系
强
试验前
•试验后
0.4________________________________________
0.40.50.60.70.80.9
铁水比
图3钢水有效热利用率和铁水比的关系
3结论
本过合的方了电炉能量模型，分了电中能量输入输出情况，研究发现：
(1)电炉损失的热量主要被水、气带走，熔池内CO二次燃烧率较低是熔池率低的重因；
(2)烟道参数优化后提高了电炉熔池的热利用率，降低了电电耗约20kW・h・t1o
(3)铁水比0.6〜0.7时，熔池的热利用率最咼，当咼铁水不，“一包饿、两包”的，应分入，提高熔池的热利用率，降低电电能消耗。
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6(3)：58
-61.
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