本報記者 陶海銀 通訊員 周小波
電弧爐煉鋼是以廢鋼為主要原料，具有流程短、能耗低等特點。近年來，隨著廢鋼資源的逐步釋放及節(jié)能環(huán)保的需要，電弧爐煉鋼迅速發(fā)展，但受廢鋼、電能價格和轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鐵水成本的多重影響，國內(nèi)電爐的發(fā)展在一定程度上受到了限制。未來10年，隨著國內(nèi)環(huán)保需求以及國內(nèi)廢鋼量的不斷增加，同時受國家“十四五”規(guī)劃電爐發(fā)展政策的影響，電弧爐煉鋼將迎來新的歷史性發(fā)展機遇。
我國《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016-2020年）》指出：加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，按照綠色可循環(huán)理念，注重以廢鋼為原料的短流程電爐煉鋼的發(fā)展。如何將“高效、低耗、綠色、智能”概念轉(zhuǎn)變成實實在在的、能夠為企業(yè)帶來持續(xù)效益的產(chǎn)品，是行業(yè)共同思考的問題。
為幫助全球短流程鋼鐵企業(yè)提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)競爭力，在國家科技支撐計劃以及中冶集團“三五”重大科技專項等支持下，中冶賽迪提出并構(gòu)建電弧爐煉鋼“四位一體”綠色節(jié)能清潔化生產(chǎn)工藝體系，緊密圍繞節(jié)能降耗、高效生產(chǎn)、綠色環(huán)保、智能、裝備可靠核心理念，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全密閉階梯進料型綠色電弧爐技術(shù)，傾力打造高端綠色智能電弧爐產(chǎn)品，為客戶提供性價比高、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國民族品牌綠色智能電弧爐，為提高短流程鋼鐵企業(yè)未來核心競爭力提供有力的技術(shù)支撐。
中冶賽迪綠色智能電弧爐（CISDI-AutoARC）是中冶賽迪自主研發(fā)的新一代廢鋼預(yù)熱型連續(xù)加料電弧爐，應(yīng)用廢鋼預(yù)熱技術(shù)和廢鋼連續(xù)加料技術(shù)，縮短冶煉周期；新一代綠色、節(jié)能、環(huán)保型電爐，在提高生產(chǎn)效率、降低電耗和電極消耗、提升金屬收得率等方面相比常規(guī)電爐有極大優(yōu)勢。目前，該技術(shù)在中國、歐盟、日本已獲得了專利授權(quán)。
歷經(jīng)10余年協(xié)同創(chuàng)新，中冶賽迪在超高功率智能供電、高效深度潔凈冶煉、綠色輸送廢鋼預(yù)熱和高效協(xié)同控制集成等綠色高效電弧爐煉鋼技術(shù)方面取得突破，達到國際先進水平。以中冶賽迪牽頭研究的“綠色高效電弧爐煉鋼技術(shù)與裝備的開發(fā)及應(yīng)用”獲得2019年度國家科技進步獎二等獎。
從停爐加料到連續(xù)加料，
階梯自動分料及連續(xù)加料成為現(xiàn)實
中冶賽迪經(jīng)過多年的探索對連續(xù)加料、豎爐結(jié)構(gòu)的研究和工程實踐，從技術(shù)指標先進性、電弧爐能源結(jié)構(gòu)的分配、裝備系統(tǒng)可靠性考慮最終確定了以階梯進料CISDI-AutoARC為未來綠色智能電弧爐技術(shù)發(fā)展的技術(shù)路線。階梯自動分料技術(shù)結(jié)合視覺識別，實現(xiàn)連續(xù)加料的無人化配料（階梯分料可降低對配料準確度和平穩(wěn)度的要求，實現(xiàn)更可靠的無人配料）。階梯自動分料技術(shù)增強了連續(xù)加料裝置的輸送能力，加料速度更快，提高了廢鋼預(yù)熱的效果，并大幅度減少了電弧爐車間的配料操作和電弧爐車間的占地面積。
2018年2月，中冶賽迪對陜西壓延重工設(shè)備有限公司鑄鋼車間內(nèi)的60噸電弧爐進行改造，將普通鑄鋼電爐改造成為階梯連續(xù)加料電爐，成功地實現(xiàn)了廢鋼連續(xù)階梯進料、密閉、平熔池冶煉生產(chǎn)操作工藝，極大提高了生產(chǎn)效率，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了能源消耗和生產(chǎn)成本。
2020年6月，中冶賽迪主編的“階梯連續(xù)加料電弧爐”團體標準經(jīng)中國金屬學(xué)會審批通過后，對外發(fā)布實施。7月份，中冶賽迪與四川冶控集團簽署了階梯連續(xù)加料綠色智能電弧爐成套裝備的設(shè)計和供貨合同，雙方將聯(lián)手打造具有民族品牌的新一代綠色智能電弧爐裝備技術(shù)，建設(shè)國內(nèi)一流的短流程煉鋼示范生產(chǎn)線。
“變廢為寶”，廢鋼預(yù)熱技術(shù)
使得煉鋼廢氣熱能得以利用
電弧爐煙氣帶走的熱量折成電耗可達120千瓦時/噸~140千瓦時/噸，因此廢鋼預(yù)熱技術(shù)回收排放煙氣中的熱能是電弧爐煉鋼降低電能消耗的主要技術(shù)手段之一。
中冶賽迪自主研發(fā)的CISDI-AutoARC強化預(yù)熱裝置，在連續(xù)加料輸送槽結(jié)構(gòu)上設(shè)置有若干大落差階梯，廢鋼越過階梯時發(fā)生翻滾，使得傳統(tǒng)連續(xù)加料廢鋼穩(wěn)定輸送時底層廢鋼溫度較低的難題得到解決，廢鋼預(yù)熱效果得到改善，可降低更多的電能消耗。
為進一步降低電爐的冶煉電耗和電極消耗，在廢鋼輸送帶上的廢鋼冷區(qū)實施外部化學(xué)能強化預(yù)熱是該電爐的另一個可選方案。該方案設(shè)置了兩個除塵口，在電弧爐和第一除塵口之間的第一預(yù)熱段主要依靠電弧爐煙氣及煙氣中的CO燃燒來預(yù)熱廢鋼并維持煙氣的溫度；而在兩個除塵口之間為第二預(yù)熱段，通過降低該段固定涵道的高度并與該段安裝高速燒嘴（使用天然氣或混合煤氣）進一步提高涵道內(nèi)煙氣溫度和流速，從而有效增強預(yù)熱效果。同時，化學(xué)能強化預(yù)熱及雙通道煙氣分流控制技術(shù)，結(jié)合煙氣檢測技術(shù)和智能控制使廢鋼預(yù)熱涵道能夠更加高效地利用化學(xué)能，并改善廢鋼入料口的動態(tài)密封效果。
“一網(wǎng)到底”信息傳遞，
實現(xiàn)冶煉自動化和智能化
中冶賽迪新一代綠色智能電弧爐集高效、低耗、綠色、智能等多項專有技術(shù)為一體，從整體出發(fā)，將冶煉過程信息采集與過程基本機理結(jié)合分析、決策和控制，追求電弧爐煉鋼過程的最優(yōu)化系統(tǒng)解決方案。該技術(shù)實現(xiàn)了更短的冶煉周期、更少的能源消耗和電極消耗、更高的廢鋼收得率和盡可能低的生產(chǎn)成本，形成控制手段更加多元化，性能更加穩(wěn)定、可靠和高效的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電弧爐冶煉過程的高度自動化和智能化。
該技術(shù)控制系統(tǒng)最大程度地集成和優(yōu)化電弧爐各個控制子系統(tǒng)，同時現(xiàn)場儀表采取網(wǎng)關(guān)控制器（協(xié)議）實現(xiàn)物聯(lián)互通，“一網(wǎng)到底”信息傳遞方式，支持主流工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入，通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電弧爐冶煉、廢鋼預(yù)熱、二噁英治理、除塵系統(tǒng)集成統(tǒng)一形成一套完整的系統(tǒng)解決方案。該控制系統(tǒng)將各工序需求有機結(jié)合，緊密配合，控制上形成以電弧爐冶煉為中心，各子系統(tǒng)高效支撐，實現(xiàn)新型電弧爐高效節(jié)能和綠色環(huán)保的效果。
該技術(shù)不僅現(xiàn)場儀表采取網(wǎng)關(guān)控制器實現(xiàn)物聯(lián)互通，同時擴展到電弧爐煉鋼爐況實時監(jiān)控的各個領(lǐng)域，如廢鋼熔清判斷技術(shù)、泡沫渣監(jiān)測控制技術(shù)、測溫取樣監(jiān)測技術(shù)、非接觸式連續(xù)測溫技術(shù)和煙氣連續(xù)分析等技術(shù)，真正實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”，信息互聯(lián)、共聯(lián)共享。
中冶賽迪電弧爐一鍵化智能煉鋼系統(tǒng)以煉鋼生產(chǎn)質(zhì)量、效益提升為目標，通過升級裝備系統(tǒng)和生產(chǎn)在線檢測技術(shù)，開發(fā)廢鋼自動連續(xù)加料、在線測溫取樣機器人、爐門自動清理和自動出鋼等智能裝備系統(tǒng)；結(jié)合煉鋼智能生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺、冶煉過程質(zhì)量成本管控、外圍條件管控等一體化管控系統(tǒng)，配合廢鋼智能配料模型、電極自調(diào)節(jié)模型、加熱模型、關(guān)鍵參數(shù)圖像特征提取模型等智能模型系統(tǒng)，實現(xiàn)電弧爐冶煉的一鍵化智能生產(chǎn)控制。
未來，中冶賽迪將以高效、低耗、綠色、智能作為鋼鐵冶金建設(shè)升級的核心主題，專注短流程煉鋼的精益生產(chǎn)，不斷尋求打造短流程煉鋼的整體解決方案，為客戶實現(xiàn)增值。中冶賽迪將堅持以智力勞動創(chuàng)造價值，全力推動短流程鋼鐵企業(yè)綠色節(jié)能減排、智能制造的高質(zhì)量發(fā)展，打造全流程的數(shù)字煉鋼、智慧煉鋼，助推我國鋼鐵行業(yè)智能化、綠色化發(fā)展。
《中國冶金報》（2020年07月30日 04版四版）
