一、研究背景與問題

隨著國內(nèi)環(huán)保需求和國內(nèi)廢鋼量的不斷增加，同時受國家“十四五”規(guī)劃電爐發(fā)展政策和雙碳政策的影響，電弧爐煉鋼將迎來新的歷史性發(fā)展機(jī)遇。電弧爐煉鋼過程的能源消耗和碳排放均只有高爐-轉(zhuǎn)爐長流程的1/3，是鋼鐵工業(yè)可循環(huán)、綠色化發(fā)展的重要路徑。

電弧爐冶煉廢鋼過程中，廢鋼主要通過頂裝料和水平連續(xù)加料兩種方式加入電弧爐中，主要存在生產(chǎn)效率偏低、能量消耗高、二噁英污染等問題，為了解決以上問題，迫切需要研發(fā)出一種裝備可靠、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保的綠色輸送廢鋼預(yù)熱技術(shù)。

針對現(xiàn)有廢鋼加料方式以及其優(yōu)缺點(diǎn)，中冶賽迪工程技術(shù)有限公司進(jìn)行了長期的技術(shù)儲備、理論和試驗(yàn)研究，開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的廢鋼預(yù)熱技術(shù)，解決了廢鋼預(yù)熱生產(chǎn)效率低、不環(huán)保、設(shè)備不可靠、廢鋼預(yù)熱效果差等問題。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

綠色輸送廢鋼預(yù)熱工藝如圖1、2所示。綠色輸送廢鋼預(yù)熱工藝是將來自廢鋼料場的廢鋼通過廢鋼輸送裝置加入電爐。廢鋼輸送裝置分為廢鋼加料裝置和廢鋼預(yù)熱裝置，廢鋼加料裝置接收廢鋼料場的廢鋼，與冷空氣接觸，廢鋼預(yù)熱裝置設(shè)有密閉罩，與電爐接口相連形成一個密閉通道，可以通過電爐煙氣預(yù)熱廢鋼。在兩者之間設(shè)有動態(tài)密封，隔絕冷空氣進(jìn)入廢鋼預(yù)熱段。廢鋼預(yù)熱段前后設(shè)有兩個除塵通道，兩除塵煙道在匯合處設(shè)有擺動密封門，可動態(tài)調(diào)節(jié)混合后的煙氣溫度，最后煙氣進(jìn)入沉降室急冷，避免產(chǎn)生二噁英。

圖1 連續(xù)加料廢鋼預(yù)熱工藝

同時，廢鋼預(yù)熱段可設(shè)置化學(xué)能強(qiáng)化預(yù)熱裝置，綠色消納社會廢棄物（如：汽車拆卸的廢舊輪胎、廢舊塑料），并作為煉鋼部分的能源輸入，廢鋼預(yù)熱輸送槽具有獨(dú)特階梯結(jié)構(gòu)，可擾動翻滾廢鋼，使廢鋼預(yù)熱更充分，達(dá)到節(jié)能效果。此外整個設(shè)備安全可靠，可快速輸送廢鋼，達(dá)到加料時間段的效果。

圖2 連續(xù)加料廢鋼預(yù)熱工藝示意圖

三、主要創(chuàng)新性進(jìn)展

（一）主要技術(shù)措施

主要解決了廢鋼預(yù)熱溫度低、煙氣容易產(chǎn)生二噁英、廢鋼加料時間長等問題。

1、提高廢鋼預(yù)熱溫度。通過化學(xué)能強(qiáng)化裝置和階梯擾動輸送結(jié)構(gòu)，使廢鋼預(yù)熱溫度升高，同時廢鋼預(yù)熱更均勻，廢鋼預(yù)熱平均溫度可達(dá)500℃以上。

（1）采用化學(xué)能強(qiáng)化裝置（圖3）。在電爐煙氣作為主熱源情況下，以高速燃?xì)鉄熳鳛檩o助熱源，利用高速燒嘴射流沖擊廢鋼料層，強(qiáng)烈攪拌并帶動電爐煙氣，共同預(yù)熱通道內(nèi)的廢鋼。燃燒介質(zhì)可以為高爐煤氣+天然氣，轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣或其它能源，化學(xué)能靈活配置。端部設(shè)有動態(tài)密封裝置，避免冷空氣進(jìn)入預(yù)熱通道，提高廢鋼與煙氣的接觸面積和換熱效率。通過仿真計(jì)算廢鋼預(yù)熱平均溫度至～500℃。該裝置對煙氣中的顯熱和一氧化碳燃燒產(chǎn)生的化學(xué)熱、燒嘴提供的化學(xué)熱以及廢鋼中攜帶可燃物燃燒釋放的化學(xué)熱進(jìn)行優(yōu)化使用，取得最佳的廢鋼預(yù)熱效果。

圖3 化學(xué)能強(qiáng)化示意圖

（2）輸送槽獨(dú)特階梯構(gòu)造。傳統(tǒng)水平連續(xù)加料設(shè)備只能預(yù)熱廢鋼表面，廢鋼預(yù)熱效果不理想，通過在輸送槽上設(shè)備若干階梯，使廢鋼在運(yùn)輸過程中發(fā)生翻滾，可獲得更大的預(yù)熱深度，并且廢鋼整體預(yù)熱更均勻。

（3）避免冷空氣混入。預(yù)熱段末尾設(shè)置有煙氣旁路及高可靠動態(tài)密封裝置，隔絕冷空氣進(jìn)入強(qiáng)化預(yù)熱涵道，提高系統(tǒng)熱效率，保證預(yù)熱效果。

2、煙氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過擺動密封門動態(tài)調(diào)節(jié)兩個除塵通道的煙氣量實(shí)現(xiàn)煙氣溫度調(diào)控，通過沉降室噴淋急冷方式冷卻煙氣，抑制二噁英生成。

（1）調(diào)節(jié)煙氣溫度。設(shè)置兩個除塵通道，兩通道間有強(qiáng)化預(yù)熱裝置，可使涵道的煙氣保持高溫，同時保證煙氣充分燃燒，避免產(chǎn)生二噁英，預(yù)熱段長度增加，可使煙氣中的大顆粒粉塵更多的沉降在預(yù)熱通道中，與廢鋼一起輸送返回爐內(nèi)，提高金屬收得率且減少除塵灰量，擺動密封門動態(tài)調(diào)節(jié)，可使匯合后的煙氣溫度控制在850℃~900℃，使二噁英的完全分解。

（2）沉降室噴淋急冷，能快速冷卻煙氣溫度至200℃，抑制二噁英的合成。

3、高效輸送廢鋼。通過靈活多樣的配料手段和自主研發(fā)的動力裝置，保證廢鋼快速從廢鋼料場輸送至爐內(nèi)。

（1）靈活多樣的配料手段。每個鋼廠廢鋼料場布置不盡相同，情況多樣且復(fù)雜。針對這種情況，提出了天車配料、鏈板機(jī)配料、抓鋼機(jī)配料、階梯震動槽配料等多種方式，且可以隨意疊加。能夠解決廢鋼料場里電爐距離遠(yuǎn)、廢鋼料場地形復(fù)雜、配料跟不上生產(chǎn)節(jié)奏、配料人員不夠等多種問題。

（2）可多組疊加的振動動力裝置。自主研發(fā)的分布式激振器結(jié)構(gòu)緊湊，分別安裝在輸送槽兩邊剛性同步，可避免傳統(tǒng)水平加料裝置受長度約束的弊端，加料速度提高至8~10t/min，齒輪、軸承等關(guān)鍵零件壽命長，可靠性高。提高了電爐煉鋼的生產(chǎn)節(jié)奏。

（二）主要創(chuàng)新點(diǎn)

1、研發(fā)的煙氣化學(xué)能強(qiáng)化系統(tǒng)和輸送槽獨(dú)特階梯構(gòu)造，提高了廢鋼預(yù)熱溫度，加深了廢鋼預(yù)熱厚度，使廢鋼預(yù)熱更均勻，從而降低了電弧爐冶煉廢鋼的能耗。

2、研發(fā)的動態(tài)密封裝置，可隔絕冷空氣進(jìn)入預(yù)熱涵道，提高廢鋼預(yù)熱效果。

3、研發(fā)的煙氣溫度可調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可抑制二噁英的生成，提高金屬收得率，降低沉降室粉塵量。

4、研發(fā)的高效輸送廢鋼裝置，可適應(yīng)工廠復(fù)雜多變的配料環(huán)境，高效快速將廢鋼輸送至電弧爐內(nèi)。

（三）知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、學(xué)術(shù)論文等進(jìn)展

圍繞綠色輸送廢鋼預(yù)熱技術(shù)，已申報(bào)相關(guān)專利30項(xiàng)，已授權(quán)13項(xiàng)。

海外專利6項(xiàng)。

編寫標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。

（1）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 41994-2022：《工業(yè)爐及相關(guān)工藝設(shè)備 電弧爐煉鋼機(jī)械

和設(shè)備的安全要求》。

（2）中國金屬學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) T/CSM1 2020《階梯連續(xù)加料電爐》。

四、應(yīng)用情況與效果

目前已推廣應(yīng)用于中冶陜壓重工設(shè)備有限公司、四川都鋼鋼鐵集團(tuán)股份有限公司、衡陽華菱鋼管有限公司、云南玉溪仙福鋼鐵集團(tuán)有限公司共四家企業(yè)。綠色輸送廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，通過使用該技術(shù)，能使二噁英排放≤0.1ng-TEQ/Nm3，廢鋼預(yù)熱溫度高達(dá)500℃，噸鋼冶煉能耗250~280kw.h，冶煉周期25~30min，金屬收得率提高2%~4%。

圖4二噁英治理—噴淋急冷現(xiàn)場與控制畫面

圖5 高效輸送連續(xù)加料廢鋼預(yù)熱設(shè)備