电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析

D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.022 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 郁健)李士琦) 孙开明)王惠斌)张连君) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)天津钢管集团股份有限公司，天津300301 摘要天津钢管集团股份有限公司1501电弧炉炼钢长期使用四元炉料，其平均炉料配入比为46.2%废钢、9.1%生铁、 26.4%热铁水，18.3%DL,通过物料衡算和能量衡算分析了电弧炉冶炼过程的物耗和能量状况.论文研究得出了单位炉料 对物耗和能耗的影响，以及四元炉料结构变化对吨钢电功率输入的需求范围为153~744kW.对大量生产数据进行逐步回归 分析，结果表明：直接还原铁配入比BD的影响最为显著，每增加1.0%，吨钢电耗大约增加1.4kW:其次是铁水配入比 RM,其每增加1.0%，吨钢电耗大约降低2.0kWh· 关键词电弧炉炼钢：四元炉料；物耗：能耗 Study on the materials and energy condition of using four furnace charges in EAF steelmaking process YU Jian).LI Shi-qi).SUN Kai-ming2).WA NG Hui-bin2),ZHA NG Lianjun2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China: 2)Tianjin Pipe Group Co.Ltd..Tianjin 300301.China ABSTRACT The 150t EAF steelmaking of Tianjin Pipe Group Co..Ltd uses four furnace charges for a long time.its average fur- nace charge is scrap of 46.2%,pig iron of 9.1%,hot molten iron of 26.4%.and DRI of 18.3%.the material and energy con- sumptions in the EAF steelmaking process were analyzed through the material and energy balance calculations.The influence of unit furnace charge on the material and energy consumptions in research process was obtained,as well as the input scope of electric power required by the compositions change of four furnace charge is 153744 kW.Based on the stepwise regression analysis to the mass production data.it is found that the influence of Ro is most remarkable.If it increases 1.0%every time,the electric power con- sumption per ton steel probably increases 1.4kWh.Next impact factor is RHM If it increases 1.0%every time,the electric power consumption per ton steel probably reduces 2.0kWh. KEY WORDS EAF steelmaking:four furnace charge:materials consumption:energy consumption 2007年，世界粗钢产量超过13亿吨，其中电炉 量低，故电弧炉炼钢所用炉料除废钢、生铁外，还配 钢约占1/3.电弧炉炼钢消纳大量的钢铁废弃物，使 加一定比例的直接还原铁(Direct Reduction Iron, 之再生成为优质的钢材，钢铁原料是冶金过程的基 DRI)],其两条回转窑生产还原铁的生产线从英 础山，传统的电弧炉炼钢过程使用冷炉料.目前， 国引进，年生产能力为30万吨，自2002年11月以 国际上电弧炉炼钢常使用的是“冷废钢十冷生铁”的 来，天管公司为进一步改善质量、提高生产率，配加 二元炉料结构，国内大多数使用的是“冷废钢十冷生 了一定比例的热铁水(Hot Metal,HM)I.热铁水 铁十冷直接还原铁”的三元炉料结构，本论文研究的 不仅仅带入碳、硅、锰等元素，加重了炉内冶金反应 是电弧炉炼钢长期使用的四元炉料， 的负荷，更由于热铁水带入大量的物理热和化学热， 天津钢管集团股份有限公司（以下简称“天管公 使电弧炉炼钢过程的能源构成产生了重大变化， 司”)生产优质钢管，要求成品钢质洁净，有害金属含 本文通过对天管公司150t电弧炉使用四元炉 收稿日期：2009-10-15 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划(Na.2008AF33B01) 作者简介：郁健(1979-)，男，博士研究生，E-mail:usthtoby@126.com

电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 郁 健1） 李士琦1） 孙开明2） 王惠斌2） 张连君2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 天津钢管集团股份有限公司‚天津300301 摘 要 天津钢管集团股份有限公司150t 电弧炉炼钢长期使用四元炉料‚其平均炉料配入比为46∙2％废钢、9∙1％生铁、 26∙4％热铁水、18∙3％DRI‚通过物料衡算和能量衡算分析了电弧炉冶炼过程的物耗和能量状况．论文研究得出了单位炉料 对物耗和能耗的影响‚以及四元炉料结构变化对吨钢电功率输入的需求范围为153～744kW．对大量生产数据进行逐步回归 分析‚结果表明：直接还原铁配入比 RDRI的影响最为显著‚每增加1∙0％‚吨钢电耗大约增加1∙4kWh；其次是铁水配入比 R HM‚其每增加1∙0％‚吨钢电耗大约降低2∙0kWh． 关键词 电弧炉炼钢；四元炉料；物耗；能耗 Study on the materials and energy condition of using four furnace charges in EAF steelmaking process Y U Jian 1）‚LI Sh-i qi 1）‚SUN Ka-i ming 2）‚W A NG Hu-i bin 2）‚ZHA NG Lian-jun 2） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China； 2） Tianjin Pipe Group Co．Ltd．‚Tianjin300301‚China ABSTRACT T he150t EAF steelmaking of Tianjin Pipe Group Co．‚Ltd uses four furnace charges for a long time‚its average fur￾nace charge is scrap of 46∙2％‚pig iron of 9∙1％‚hot molten iron of 26∙4％‚and DRI of 18∙3％‚the material and energy con￾sumptions in the EAF steelmaking process were analyzed through the material and energy balance calculations．T he influence of unit furnace charge on the material and energy consumptions in research process was obtained‚as well as the input scope of electric power required by the compositions change of four furnace charge is 153～744kW．Based on the stepwise regression analysis to the mass production data‚it is found that the influence of RDRI is most remarkable．If it increases1∙0％ every time‚the electric power con￾sumption per ton steel probably increases1∙4kWh．Next impact factor is R HM．If it increases1∙0％ every time‚the electric power consumption per ton steel probably reduces2∙0kWh． KEY WORDS EAF steelmaking；four furnace charge；materials consumption；energy consumption 收稿日期：2009-10-15 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划（No．2008AF33B01） 作者简介：郁 健（1979—）‚男‚博士研究生‚E-mail：ustbtoby＠126．com 2007年‚世界粗钢产量超过13亿吨‚其中电炉 钢约占1／3．电弧炉炼钢消纳大量的钢铁废弃物‚使 之再生成为优质的钢材．钢铁原料是冶金过程的基 础［1］．传统的电弧炉炼钢过程使用冷炉料．目前‚ 国际上电弧炉炼钢常使用的是“冷废钢＋冷生铁”的 二元炉料结构‚国内大多数使用的是“冷废钢＋冷生 铁＋冷直接还原铁”的三元炉料结构‚本论文研究的 是电弧炉炼钢长期使用的四元炉料． 天津钢管集团股份有限公司（以下简称“天管公 司”）生产优质钢管‚要求成品钢质洁净‚有害金属含 量低‚故电弧炉炼钢所用炉料除废钢、生铁外‚还配 加一定比例的直接还原铁（Direct Reduction Iron‚ DRI） ［2—3］‚其两条回转窑生产还原铁的生产线从英 国引进‚年生产能力为30万吨．自2002年11月以 来‚天管公司为进一步改善质量、提高生产率‚配加 了一定比例的热铁水（Hot Metal‚HM） ［4］．热铁水 不仅仅带入碳、硅、锰等元素‚加重了炉内冶金反应 的负荷‚更由于热铁水带入大量的物理热和化学热‚ 使电弧炉炼钢过程的能源构成产生了重大变化． 本文通过对天管公司150t 电弧炉使用四元炉 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．022

Vol.31 Suppl.I 郁健等：电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 ,81 料的冶炼过程物料和能量状况的研究，定量得出各 元炉料结构情况是150t电弧炉炼钢主要的生产工 种炉料对冶炼过程物耗和能耗的影响. 艺，年冶炼炉次超过6000，约占总冶炼炉次的80%. 1技术装备及工艺流程 根据生产实际可知，平均每吨粗钢配用废钢 486.4kg、生铁95.2kg、铁水277.3kg、DRL 天管公司150t超高功率交流电弧炉从德国引 193.0kg炉料配入比为：废钢46.2%、生铁9.1%、 进，其主要技术参数列于表1，炼钢厂还有一座150t 热铁水26.4%、DRI18.3%,平均冶炼电耗为 LF炉、一座150tVD炉和一台六机六流的弧形连 321.6kWh/1,氧气消耗为43.7m3/h,天然气消耗为 铸机，年产合格坯超过110万吨，合格坯收得率接近 3.4m3/h,电极消耗为1.47kg/1,石灰消耗为 98%,其工艺流程示意图见图1 64.1kg/t,碳粉和碳球消耗为10.1kg/t,冶炼周期 表1150t超高功率电弧炉主要技术参数 为53min,出钢量为143t. 项目 参数 物料衡算和能量衡算是研究电弧炉炼钢过程物 公称容量上 150 料消耗和能量状况的基础[].150t电弧炉炼钢过 炉壳直径/mm 7000 程物料衡算所测得的金属原料成分及目标钢水成分 供电方式 三相交流 见表2，出钢温度为1640℃.使用本课题组开发的 变压器额定功率/MVA 100 电弧炉炼钢过程工艺模型EAF SPM门计算出上述 额定一次电压/W 33000 四元炉料结构下的吨钢物料消耗和能量状况，其结 二次电压/W 678-892 果分别列于表3和表4，可以看出，该工况下治炼过 最大二次额定电流/kA 83.7 程的总能量为626.9kWh/L. 炉门氧枪额定流量/(Nm3h-l) 2400×2支 表2金属炉料成分及钢水成分 ÷ 炉壁KT氧枪主氧额定流量/(Nm3h-1) 2500×4支 炉料C Si Mn P S FeFe0灰分 天然气额定流量/(Nm3h-l) 500×4支 废钢0.180.250.550.0300.03098.96 KT碳枪粉剂额定流量/(kg'min) 50×3支 铁水4.130.620.260.0700.04094.88 生铁4.130.620.260.0700.04094.88 DRI 0.36 -0.01882.6010.616.41 钢水0.110.010.060.010.0599.76 见液电露 U学 注：废钢成分按普通碳素废钢计，其余成分均为实测平均值 150LEAF 150tLF 150tVD 六机六流 表3电弧炉炼钢过程的物料衡算结果 图1150：电弧炉炼钢工艺流程 收入项 支出项 2四元炉料工况下的物料消耗和能量状况 加入 加入量/ 比例/ 产出 产出量/ 比例/ 分析 项目 (kg) % 项目 (kg1) % 废钢 486.4 39.2 钢液 1000.0 80.3 2.1炉料结构参数定义 生铁 95.2 7.7 97.3 7.8 炉料结构参数定义如式(1)： 炉渣 277.3 22.4 炉气 121.2 10.1 G=Gsc十Gpg十GHM+GDRI (1) 铁水 DRI 193.0 15.6 炉尘 23.3 1.9 其中，G是金属料总装入量，t:Gsc是废钢装入量，t: Gg是生铁装入量，t;GM是铁水装入量，t;GDRI是 石灰 64.1 5.2 碳粉 10.1 0.8 直接还原铁装入量，t, 天然气 3.4 0.3 废钢比Rsc=Gsc/GX100% 氧气 62.4 5.0 生铁比R购=Gg/GX100% 空气 40.3 3.2 铁水比RHM=GHM/GX100% (2) 炉顶 1.5 0.1 直接还原铁比RDRI=GDRI/GX100% 炉衬 5.0 0.4 Rsc+Rpig+RHM+RDRI=100% 电极 1.5 0.1 2.2物料消耗和能量状况分析 合计 1240.1 100.0 合计 1241.7100.0 废钢中配加冷生铁、热铁水和直接还原铁的四

料的冶炼过程物料和能量状况的研究‚定量得出各 种炉料对冶炼过程物耗和能耗的影响． 1 技术装备及工艺流程 天管公司150t 超高功率交流电弧炉从德国引 进‚其主要技术参数列于表1‚炼钢厂还有一座150t LF 炉、一座150t VD 炉和一台六机六流的弧形连 铸机‚年产合格坯超过110万吨‚合格坯收得率接近 98％‚其工艺流程示意图见图1． 表1 150t 超高功率电弧炉主要技术参数 项目 参数 公称容量／t 150 炉壳直径／mm 7000 供电方式 三相交流 变压器额定功率／MVA 100 额定一次电压／V 33000 二次电压／V 678～892 最大二次额定电流／kA 83∙7 炉门氧枪额定流量／（Nm 3·h —1） 2400×2支 炉壁 KT 氧枪主氧额定流量／（Nm 3·h —1） 2500×4支 天然气额定流量／（Nm 3·h —1） 500×4支 KT 碳枪粉剂额定流量／（kg·min —1） 50×3支 图1 150t 电弧炉炼钢工艺流程 2 四元炉料工况下的物料消耗和能量状况 分析 2∙1 炉料结构参数定义 炉料结构参数［5］定义如式（1）： G＝ GSC＋ Gpig＋ G HM＋ GDRI （1） 其中‚G 是金属料总装入量‚t；GSC是废钢装入量‚t； Gpig是生铁装入量‚t；G HM是铁水装入量‚t；GDRI是 直接还原铁装入量‚t． 废钢比 RSC＝ GSC／G×100％ 生铁比 Rpig＝ Gpig／G×100％ 铁水比 RHMI＝ G HM／G×100％ 直接还原铁比 RDRI＝ GDRI／G×100％ RSC＋ Rpig＋ RHM＋ RDRI＝100％ （2） 2∙2 物料消耗和能量状况分析 废钢中配加冷生铁、热铁水和直接还原铁的四 元炉料结构情况是150t 电弧炉炼钢主要的生产工 艺‚年冶炼炉次超过6000‚约占总冶炼炉次的80％． 根据 生 产 实 际 可 知‚平 均 每 吨 粗 钢 配 用 废 钢 486∙4kg、生 铁 95∙2 kg、铁 水 277∙3 kg、DRI 193∙0kg．炉料配入比为：废钢46∙2％、生铁9∙1％、 热 铁 水 26∙4％、DRI 18∙3％‚平 均 冶 炼 电 耗 为 321∙6kWh／t‚氧气消耗为43∙7m 3／t‚天然气消耗为 3∙4m 3／t‚电 极 消 耗 为 1∙47 kg／t‚石 灰 消 耗 为 64∙1kg／t‚碳粉和碳球消耗为10∙1kg／t‚冶炼周期 为53min‚出钢量为143t． 物料衡算和能量衡算是研究电弧炉炼钢过程物 料消耗和能量状况的基础［6］．150t 电弧炉炼钢过 程物料衡算所测得的金属原料成分及目标钢水成分 见表2‚出钢温度为1640℃．使用本课题组开发的 电弧炉炼钢过程工艺模型 EAF SPM ［7］计算出上述 四元炉料结构下的吨钢物料消耗和能量状况‚其结 果分别列于表3和表4．可以看出‚该工况下冶炼过 程的总能量为626∙9kWh／t． 表2 金属炉料成分及钢水成分 ％ 炉料 C Si Mn P S Fe FeO 灰分 废钢 0∙18 0∙25 0∙55 0∙030 0∙030 98∙96 — — 铁水 4∙13 0∙62 0∙26 0∙070 0∙040 94∙88 — — 生铁 4∙13 0∙62 0∙26 0∙070 0∙040 94∙88 — — DRI 0∙36 — — — 0∙018 82∙60 10∙61 6∙41 钢水 0∙11 0∙01 0∙06 0∙01 0∙05 99∙76 — — 注：废钢成分按普通碳素废钢计‚其余成分均为实测平均值． 表3 电弧炉炼钢过程的物料衡算结果 收入项 支出项 加入 项目 加入量／ （kg·t —1） 比例／ ％ 产出 项目 产出量／ （kg·t —1） 比例／ ％ 废钢 486∙4 39∙2 钢液 1000∙0 80∙3 生铁 95∙2 7∙7 炉渣 97∙3 7∙8 铁水 277∙3 22∙4 炉气 121∙2 10∙1 DRI 193∙0 15∙6 炉尘 23∙3 1∙9 石灰 64∙1 5∙2 碳粉 10∙1 0∙8 天然气 3∙4 0∙3 氧气 62∙4 5∙0 空气 40∙3 3∙2 炉顶 1∙5 0∙1 炉衬 5∙0 0∙4 电极 1∙5 0∙1 合计 1240∙1 100∙0 合计 1241∙7 100∙0 Vol．31Suppl．1 郁 健等： 电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 ·81·

82 北京科技大学学报 2009年增刊1 表4电弧炉炼钢过程的能量衡算结果 炼过程物耗和能耗的影响如下：①生铁比每增加 收入项 支出项 1%,则金属料消耗增加0.4kg/;氧气消耗增加 能量 供应量/比例/ 能量 消耗量/比例/ 0.5m3/h:电能消耗降低0.8kWh/1;总能量增加 供应项 (kWht)% 消耗项 (kWht)% 1.8kWh/h.②铁水比每增加1%，则金属料消耗增 铁水物理热 92.214.7 钢液物理热 393.662.8 加0.4kg/t;氧气消耗增加0.5m3;电能消耗降低 元素氧化热 163.926.1 炉气带走热 50.4 8.0 4.7kWh/t;总能量增加1.2kWh/t.③DRI比每增 天然气燃烧放热 49.17.8 炉渣带走热 58.7 9.4 加1%，则金属料消耗增加0.3kg/;氧气消耗降低 成渣热 9.9 1.6 烟尘带走热 8.2 1.3 0.03m3/;电能消耗增加2.7kWh/t;总能量增加 电能 311.849.7吸热反应热 6.0 1.0 3.3kWh/t. 冷却水带走热 47.3 7.5 1200 其他热损失 62.7 10.0 1000F 合计 626.9100.0合计 626.9100.0 800 3炉料结构对物耗和能耗的影响 600 ·金属料消耗，kgt 4001 ◆氧气消耗，mn 3.1单位炉料对物耗和能耗的影响 e治炼电耗.kwht 200 总能量，kWh/t 经系统分析和大量150t电弧炉炼钢实际生产 数据，使用工艺模型EAF SPM分别对生铁、铁水和 20 40 60 80 100 DRI代替废钢的治炼过程进行物耗和能耗的模拟计 DRI比% 算，以便定量地讨论炉料结构的影响⑧]，其计算结 图4DRI代替废钢的生产指标变化 果绘于图2~图4. 3.2广泛的四元炉料结构变化对能量需求的影响 1200 电弧炉炼钢常用四元炉料结构的变化范围为： 1000 ◆金属料消耗，kgt 废钢比40%~100%、生铁比0%~45%、铁水比 o-氧气消耗.m北 800 s-冶炼电耗，kwht 0%~60%、,直接还原铁比0%~40%.在150t电弧 →总能量，kWht 炉炼钢的实际生产条件下，以生产1t合格钢水为 600 例，有效供能时间按40min计，借助于建立的工艺 400 模型EAF SPM,计算出因炉料结构的变化所引起的 200 总能量、需氧量及电功率需求的变化，结果列于 表5.由表5可知，每一种炉料无论在各自的波动范 20 40 60 80 100 生铁比% 围内怎么变化，除炉料物理热和化学热之外，其吨钢 电功率需求范围是153~744kW.在实际炼钢过程 图2生铁代替废钢的生产指标变化 中，调整供氧和供电参数，即可满足能量供应量接近 理论需求值， 1200 表5炉料结构变化对吨钢总能量、总需氧量及电功率需求的影响 1000 变动总需 总氧气总能需补加电功率 800 炉料范围/氧量/ 流量/ 量/ 电能/需求/ 600 % m3 (m3h-1)kWh kWh kW 金属料消耗，kgt ·-氧气消耗，mt 40 43.1 65 673.1496.1 744 400 e怡炼电耗，kWhM 废钢 总能量，kWh/M 10029.2 -44 601.5128.3-192 200 0 43.1 多 673.1496.1744 生铁 45 51.9 -78 662.6-102.0-153 20 40 60 80 100 铁水比% 0 43.1 65 673.1496.1744 铁水 -60 51.9 -78 662.6-102.0-153 图3铁水代替废钢的生产指标变化 0 43.1 65 662.6102.0 153 DRI 由图2~图4可知，其他钢铁料代替废钢对冶 -4051.9 -78 ~673.1-496.1-744

表4 电弧炉炼钢过程的能量衡算结果 收入项 支出项 能量 供应项 供应量／ （kWh·t —1） 比例／ ％ 能量 消耗项 消耗量／ （kWh·t —1） 比例／ ％ 铁水物理热 92∙2 14∙7 钢液物理热 393∙6 62∙8 元素氧化热 163∙9 26∙1 炉气带走热 50∙4 8∙0 天然气燃烧放热 49∙1 7∙8 炉渣带走热 58∙7 9∙4 成渣热 9∙9 1∙6 烟尘带走热 8∙2 1∙3 电能 311∙8 49∙7 吸热反应热 6∙0 1∙0 冷却水带走热 47∙3 7∙5 其他热损失 62∙7 10∙0 合计 626∙9 100∙0 合计 626∙9 100∙0 3 炉料结构对物耗和能耗的影响 3∙1 单位炉料对物耗和能耗的影响 经系统分析和大量150t 电弧炉炼钢实际生产 数据‚使用工艺模型 EAF SPM 分别对生铁、铁水和 DRI 代替废钢的冶炼过程进行物耗和能耗的模拟计 算‚以便定量地讨论炉料结构的影响［8］‚其计算结 果绘于图2～图4． 图2 生铁代替废钢的生产指标变化 图3 铁水代替废钢的生产指标变化 由图2～图4可知‚其他钢铁料代替废钢对冶 炼过程物耗和能耗的影响如下：① 生铁比每增加 1％‚则金属料消耗增加0∙4kg／t；氧气消耗增加 0∙5m 3／t；电能消耗降低0∙8kWh／t；总能量增加 1∙8kWh／t．② 铁水比每增加1％‚则金属料消耗增 加0∙4kg／t；氧气消耗增加0∙5m 3／t；电能消耗降低 4∙7kWh／t；总能量增加1∙2kWh／t．③ DRI 比每增 加1％‚则金属料消耗增加0∙3kg／t；氧气消耗降低 0∙03m 3／t；电能消耗增加2∙7kWh／t；总能量增加 3∙3kWh／t． 图4 DRI 代替废钢的生产指标变化 3∙2 广泛的四元炉料结构变化对能量需求的影响 电弧炉炼钢常用四元炉料结构的变化范围为： 废钢比40％～100％、生铁比0％～45％、铁水比 0％～60％、直接还原铁比0％～40％．在150t 电弧 炉炼钢的实际生产条件下‚以生产1t 合格钢水为 例‚有效供能时间按40min 计‚借助于建立的工艺 模型 EAF SPM‚计算出因炉料结构的变化所引起的 总能量、需氧量及电功率需求的变化‚结果列于 表5．由表5可知‚每一种炉料无论在各自的波动范 围内怎么变化‚除炉料物理热和化学热之外‚其吨钢 电功率需求范围是153～744kW．在实际炼钢过程 中‚调整供氧和供电参数‚即可满足能量供应量接近 理论需求值． 表5 炉料结构变化对吨钢总能量、总需氧量及电功率需求的影响 炉料 变动 范围／ ％ 总需 氧量／ m 3 总氧气 流量／ （m 3·h —1） 总能 量／ kWh 需补加 电能／ kWh 电功率 需求／ kW 废钢 40 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～100 ～29∙2 ～44 ～601∙5 ～128∙3 ～192 生铁 0 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～45 ～51∙9 ～78 ～662∙6 ～102∙0 ～153 铁水 0 43∙1 65 673∙1 496∙1 744 ～60 ～51∙9 ～78 ～662∙6 ～102∙0 ～153 DRI 0 43∙1 65 662∙6 102∙0 153 ～40 ～51∙9 ～78 ～673∙1 ～496∙1 ～744 ·82· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1

Vol.31 Suppl.1 郁健等：电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 .83. 3.3实际四元炉料结构对电耗指标的影响 2.7kWh/t;总能量增加1.2~3.3kWh/t. 2008年4~6月，150t电弧炉炼钢使用四元炉 (3)在一般四元炉料结构的变动范围内，计算 料的冶炼工况有1215炉次，合计合格钢水172247 出冶炼吨钢总能量变化范围为601.5673.1kWh, 吨，其吨钢冶炼电耗与各炉料结构参数的简单相关 吨钢总氧气流量变化范围为44~78m3h,吨钢电功 关系分析结果如表6. 率需求范围为153~744kW. 表6吨钢电耗与各炉料结构参数的相关关系 (4)对150t电弧炉炼钢使用四元炉料的大量 参数 Rsc R幽 RHM R DRI 生产数据进行逐步回归分析表明，在所考查的诸炉 吨钢电耗SEC一0.21 0.18 -0.32 0.35 料结构因子中，以直接还原铁配入比RDI影响最为 信度水准P5.4×10-141.6×10-102.3×10-07.0×10-37 显著，每增加1%，吨钢电耗大约增加1.4kWh;其次 是铁水配入比RM,其每增加1%，吨钢电耗大约降 考虑到各炉料结构参数之间仍有一定的相关关 低2.0kWh. 系，以吨钢电耗$EC为因变量，以各炉料结构参数 参考文献 为自变量，使用逐步回归算法求得各炉料结构参数 竞争的结果列于式(3)和式(4)，逐步回归分析表 [1]Xu K D.Hong X.Review of electric are furnace process and problems in its development/Proceedings of China Electric Arc 明，在诸炉料结构参数对吨钢电耗影响的竞争结果， Furnace Process and Engineering Technology Meeting.Beijing: 首先进入方程的是最显著的直接还原铁配入比 Metallurgical Industry Press,2005:1 RD,见式(3)；第二步进入的是热铁水配入比 (徐匡迪，洪新，电炉短流程回顾和发展中的若干问题∥中国 R,见式(4)，而其他炉料结构参数均未能进入 电炉流程与工程技术文集，北京：冶金工业出版社，2005：1) 方程 [2]Metius G E.Mcclelland J M.Hornby-Anderson S.Comparing CO2 emissions and energy demands or alternative ironmaking 第一步回归结果： routes.Steel Times Int,2006,30(2):32 SEC=290.7+1.4 RDRI (3) [3]Manfred H.Gerhard F,Werner A.Electric arc furnace technolo- 信度水准PDR=7.0X10-37 gy beyond the year 2000.MPT International,2000.23(1):57 第二步回归结果： [4]Sun K M.Wen DS.Zhang L.Technological transformations and SEC=347.7+1.2 RDRI-2.0RHM innovation practice in 150t Electric are furnace continuous casting (4) process//Proceedings of China Electric Are Furnoce Process and 信度水准PR=6.7×10-31,PHM=2.3× Engineering Technology Meeting.Beijing:Metallurgical Industry 10-24 Press,2005:113 逐步回归分析结果表明： (孙开明，温德松，张露.1501电炉连铸流程技术改造及创新实 ①在所考查的诸炉料结构因子中，以RDI影 践∥中国电炉流程与工程技术文集，北京：冶金工业出版社， 2005,113) 响最为显著；其次是R,其他诸炉料结构参数的 [5]Chen Y.LiS Q.Ji S J,et al.Theory and practice of the opti- 影响不显著 mizing of charging structure in EAF steelmaking.J Univ Sci ②在所研究的范围内，RD每增加1.0%，吨 Technol Beijing.2005.12(4):313 钢电耗大约增加1.4kWh;进一步RHw再每增加 [6]LiC X.Iron and Steel Plant Principle of Design (Final vol- 1.0%,吨钢电耗大约降低2.0kWh. ume),Beijing:Metallurgical Industry Press.1997 (李传薪.钢铁厂设计原理（下册）·北京：冶金工业出版社， 4结论 1997) [7]Sun K M.Study on Energy Integration by Trans scale for High- (1)废钢中配加冷生铁、热铁水和直接还原铁 efficieney EAF Steelmaking [Dissertatin]Beijing:University of 的四元炉料结构情况是150t电弧炉炼钢主要的生 Science and Technology Beijing.2008:43 产工艺，在平均工况下冶炼过程的总能量约为 (孙开明，电弧炉炼钢高效化跨尺度能量集成研究[学位论 626.9kWh/t. 文]北京：北京科技大学，2008：43) (2)通过单位炉料对物耗和能耗影响的模拟计 [8]LiS Q.Yu J.Chen Z,et al.Research on material and energy consumption of EAF steelmaking with cold material.Journal of 算可知，若生铁、铁水和DRI代替废钢，每增加1%， Iron and Steel Research.2008.20(Suppl-1):15 金属料消耗增加0.3~0.4kg/t、氧气消耗增加 (李士琦，郁健，陈泽，等，全冷炉料电弧炉冶炼物料能量状况 -0.03~0.5m3/;电能消耗增加一4.7~ 研究.钢铁研究学报，2008,20（增刊1）：15)

3∙3 实际四元炉料结构对电耗指标的影响 2008年4～6月‚150t 电弧炉炼钢使用四元炉 料的冶炼工况有1215炉次‚合计合格钢水172247 吨‚其吨钢冶炼电耗与各炉料结构参数的简单相关 关系分析结果如表6． 表6 吨钢电耗与各炉料结构参数的相关关系 参数 RSC Rpig R HM RDRI 吨钢电耗 SEC —0∙21 0∙18 —0∙32 0∙35 信度水准 P 5∙4×10—14 1∙6×10—10 2∙3×10—30 7∙0×10—37 考虑到各炉料结构参数之间仍有一定的相关关 系‚以吨钢电耗 SEC 为因变量‚以各炉料结构参数 为自变量‚使用逐步回归算法求得各炉料结构参数 竞争的结果列于式（3）和式（4）．逐步回归分析表 明‚在诸炉料结构参数对吨钢电耗影响的竞争结果‚ 首先进入方程的是最显著的直接还原铁配入比 RDRI‚见式 （3）；第二步进入的是热铁水配入比 RHM‚见式（4）‚而其他炉料结构参数均未能进入 方程． 第一步回归结果： SEC＝290∙7＋1∙4RDRI （3） 信度水准 PDRI＝7∙0×10—37． 第二步回归结果： SEC＝347∙7＋1∙2RDRI—2∙0RHM （4） 信度水准 PDRI ＝6∙7×10—31‚PHM ＝2∙3× 10—24． 逐步回归分析结果表明： ① 在所考查的诸炉料结构因子中‚以 RDRI 影 响最为显著；其次是 RHM‚其他诸炉料结构参数的 影响不显著． ② 在所研究的范围内‚RDRI 每增加1∙0％‚吨 钢电耗大约增加1∙4kWh；进一步 RHM 再每增加 1∙0％‚吨钢电耗大约降低2∙0kWh． 4 结论 （1） 废钢中配加冷生铁、热铁水和直接还原铁 的四元炉料结构情况是150t 电弧炉炼钢主要的生 产工艺‚在平均工况下冶炼过程的总能量约为 626∙9kWh／t． （2） 通过单位炉料对物耗和能耗影响的模拟计 算可知‚若生铁、铁水和 DRI 代替废钢‚每增加1％‚ 金属料消耗增加 0∙3～0∙4kg／t、氧气消耗增加 —0∙03～ 0∙5m 3／t；电 能 消 耗 增 加 —4∙7～ 2∙7kWh／t；总能量增加1∙2～3∙3kWh／t． （3） 在一般四元炉料结构的变动范围内‚计算 出冶炼吨钢总能量变化范围为601∙5～673∙1kWh‚ 吨钢总氧气流量变化范围为44～78m 3／h‚吨钢电功 率需求范围为153～744kW． （4） 对150t 电弧炉炼钢使用四元炉料的大量 生产数据进行逐步回归分析表明‚在所考查的诸炉 料结构因子中‚以直接还原铁配入比 RDRI影响最为 显著‚每增加1％‚吨钢电耗大约增加1∙4kWh；其次 是铁水配入比 RHM‚其每增加1％‚吨钢电耗大约降 低2∙0kWh． 参 考 文 献 ［1］ Xu K D‚Hong X．Review of electric arc furnace process and problems in its development∥ Proceedings of China Electric A rc Furnace Process and Engineering Technology Meeting．Beijing： Metallurgical Industry Press‚2005：1 （徐匡迪‚洪新．电炉短流程回顾和发展中的若干问题∥中国 电炉流程与工程技术文集‚北京：冶金工业出版社‚2005：1） ［2］ Metius G E‚Mcclelland J M‚Hornby-Anderson S．Comparing CO2 emissions and energy demands or alternative ironmaking routes．Steel Times Int‚2006‚30（2）：32 ［3］ Manfred H‚Gerhard F‚Werner A．Electric arc furnace technolo￾gy beyond the year2000．MPT International‚2000‚23（1）：57 ［4］ Sun K M‚Wen D S‚Zhang L．Technological transformations and innovation practice in150t Electric arc furnace continuous casting process∥ Proceedings of China Electric A rc Furnace Process and Engineering Technology Meeting．Beijing：Metallurgical Industry Press‚2005：113 （孙开明‚温德松‚张露．150t 电炉连铸流程技术改造及创新实 践∥中国电炉流程与工程技术文集‚北京：冶金工业出版社‚ 2005：113） ［5］ Chen Y‚Li S Q‚Ji S J‚et al．Theory and practice of the opti￾mizing of charging structure in EAF steelmaking． J Univ Sci Technol Beijing‚2005‚12（4）：313 ［6］ Li C X．Iron and Steel Plant Principle of Design （ Final vol￾ume）‚Beijing：Metallurgical Industry Press‚1997 （李传薪．钢铁厂设计原理（下册）．北京：冶金工业出版社‚ 1997） ［7］ Sun K M．Study on Energy Integration by T rans-scale for High￾ef ficiency EAF Steelmaking ［Dissertatin］．Beijing：University of Science and Technology Beijing‚2008：43 （孙开明．电弧炉炼钢高效化跨尺度能量集成研究 ［学位论 文］．北京：北京科技大学‚2008：43） ［8］ Li S Q‚Yu J‚Chen Z‚et al．Research on material and energy consumption of EAF steelmaking with cold material．Journal of Iron and Steel Research‚2008‚20（Suppl．1）：15 （李士琦‚郁健‚陈泽‚等．全冷炉料电弧炉冶炼物料能量状况 研究．钢铁研究学报‚2008‚20（增刊1）：15） Vol．31Suppl．1 郁 健等： 电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析 ·83·