圖為中冶賽迪自主研發(fā)的階梯式連續(xù)加料電弧爐在四川冶控集團應(yīng)用。 （中冶賽迪 供圖）    

　　本報通訊員 石秋強

　　2023年4月26日，在云南仙福鋼鐵第二煉鋼廠升級改造施工現(xiàn)場，工程師正在對一座剛剛安裝完成的煉鋼電弧爐進行調(diào)試。這是由中冶賽迪設(shè)計，并應(yīng)用柔性IGBT直流供電、多元爐料結(jié)構(gòu)全余熱回收、階梯擾動涵道廢鋼預(yù)熱、多元介質(zhì)耦合爐底攪拌等多項自主新技術(shù)的最新一代綠色高效電弧爐，其投產(chǎn)將推動鋼鐵行業(yè)短流程煉鋼技術(shù)和裝備進步邁上新臺階。

　　針對國內(nèi)外全廢鋼電弧爐在煉鋼生產(chǎn)過程中能量消耗高、質(zhì)量不穩(wěn)定、二噁英污染等重大關(guān)鍵問題，中冶賽迪歷經(jīng)10余年協(xié)同創(chuàng)新，研發(fā)了超高功率智能供電、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)，技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平，在超高功率智能供電和高效深度潔凈冶煉方面國際領(lǐng)先，并在國內(nèi)外廣泛推廣應(yīng)用。2020年，中冶賽迪牽頭申報的“綠色高效電弧爐煉鋼技術(shù)與裝備的開發(fā)應(yīng)用”項目獲得國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

　　電弧爐煉鋼具有流程短、綠色節(jié)能等特點，是鋼鐵工業(yè)可循環(huán)、綠色化發(fā)展的重要方向。但是，長期以來受工藝技術(shù)及裝備水平等影響，全廢鋼電弧爐冶煉能量消耗、鋼質(zhì)潔凈、環(huán)境友好等關(guān)鍵指標(biāo)難以改善。其集中表現(xiàn)在：成套引進的電弧爐供電系統(tǒng)運行操控模式單一，不能適應(yīng)我國復(fù)雜金屬爐料結(jié)構(gòu)，而國產(chǎn)供電裝備設(shè)計制造技術(shù)也未能突破；傳統(tǒng)連續(xù)加料及預(yù)熱方式，對廢鋼質(zhì)量要求高、但預(yù)熱效果差，且一直受二噁英污染困擾；未能從根本上解決全廢鋼生產(chǎn)高品質(zhì)鋼高效去除鋼中P、N、O等雜質(zhì)的技術(shù)瓶頸。

　　中冶賽迪針對國內(nèi)外全廢鋼電弧爐煉鋼存在的核心技術(shù)問題，以電弧爐煉鋼綠色節(jié)能、高效潔凈為目標(biāo)，探明了全廢鋼電弧爐生產(chǎn)“廢鋼輸料-預(yù)熱升溫-供能熔化-雜質(zhì)脫除”的物質(zhì)能量跨尺度變化特性，提出了廢鋼綠色清潔使用、快速高效熔煉和產(chǎn)品潔凈升級的工藝技術(shù)路線，確立了“三個單元、一項集成”的創(chuàng)新研發(fā)思路——

　　以超高功率智能供電、高效深度潔凈冶煉和綠色輸送廢鋼預(yù)熱等新技術(shù)為核心，開發(fā)了滿足復(fù)雜爐料結(jié)構(gòu)的超高功率電弧爐智能供電技術(shù)及裝備，形成了我國超高功率電弧爐供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，打破了國外長期技術(shù)壟斷；

　　獨創(chuàng)了綠色輸送廢鋼預(yù)熱工藝，發(fā)明了“階梯擾動”連續(xù)加料預(yù)熱、“煙氣分流-自控溫”二噁英協(xié)同治理和低阻尼高效除塵技術(shù)，大幅提升了電弧爐煉鋼余能利用水平，實現(xiàn)超低排放；

　　提出并運用電弧爐煉鋼跨尺度物質(zhì)能量集成方法，創(chuàng)建了電弧爐煉鋼多層級信息在線檢測和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了綠色高效電弧爐煉鋼系統(tǒng)集成聯(lián)動與高效運行，電弧爐煉鋼跨尺度高效協(xié)同控制技術(shù)集成并實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

　　攻克傳統(tǒng)電爐供電效率低下難關(guān)，

　　在復(fù)雜爐料結(jié)構(gòu)下穩(wěn)定保持熔煉過程高電壓、長弧供電操作，是電弧爐煉鋼提高電能利用率、實現(xiàn)綠色高效節(jié)能的關(guān)鍵。長期以來，成套引進的供電系統(tǒng)運行操控模式單一，面對復(fù)雜廢鋼爐料只能采用長時間、低功率因數(shù)供電，難以發(fā)揮最佳供電效能，造成冶煉效率低、無功損耗大和熱量散失嚴重。

　　針對上述問題，中冶賽迪研發(fā)團隊開展了對最佳供電效能的研究和突破，重點對電極調(diào)節(jié)器性能提升進行研究，多方位調(diào)研各個電爐用戶的現(xiàn)有電極調(diào)節(jié)器使用情況。通過研究，該研發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)電爐供電系統(tǒng)對提高電爐冶煉效果至關(guān)重要，而這部分的研究牽扯到電磁及供電發(fā)熱等專業(yè)方面的研究。為此，該研發(fā)團隊與西安交通大學(xué)、重慶大學(xué)等高校聯(lián)合對于短網(wǎng)系統(tǒng)的電磁場及短網(wǎng)阻抗計算進行了研究。

　　經(jīng)過10余年的不懈努力，中冶賽迪成功研發(fā)了智能型電極穩(wěn)弧調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)DMI-AC，開發(fā)了信號分布化采集-集中處理-網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)和多策略、多約束優(yōu)化智能控制技術(shù)，有效改善了極限工況下的穩(wěn)弧控制精度；全廢鋼冶煉前中期供電功率提高20%~30%，冶煉節(jié)奏明顯提升，整體熱損失降低10%以上，電極消耗減少0.15公斤/噸~0.3公斤/噸；形成了具有企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)的電極導(dǎo)電橫臂立柱位置自動檢測技術(shù)和短網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計軟件，實現(xiàn)了短網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與在線監(jiān)控，三相阻抗不平衡度明顯改善（≤2.5%）；開發(fā)了特大型電弧爐電氣運行最佳工作點智能校正專家系統(tǒng)，基于自主研發(fā)的電弧爐變壓器指數(shù)型非線性工作電抗模型，通過多傳感器動態(tài)跟蹤與大數(shù)據(jù)深度挖掘，實現(xiàn)工作點校正周期小于60ms，超高功率供電功率因數(shù)cosφ由0.80~0.85提高至0.85~0.92，電能利用效率提高5%~10%，節(jié)電效果顯著。

　　大幅提高廢鋼預(yù)熱溫度，

　　傳統(tǒng)電弧爐連續(xù)加料及預(yù)熱技術(shù)對廢鋼質(zhì)量要求高，預(yù)熱效果通常僅為200℃~400℃，制約了高溫?zé)煔獾挠嗄芾?；廢鋼預(yù)熱溫度長期停滯在二噁英合成區(qū)范圍，二噁英等污染問題難以避免；實現(xiàn)快速高效的連續(xù)加料和廢鋼預(yù)熱對全廢鋼電弧爐煉鋼能耗和成本控制至關(guān)重要。

　　中冶賽迪研發(fā)團隊對國內(nèi)多家電爐生產(chǎn)企業(yè)的實地調(diào)研和考察，展開廢鋼預(yù)熱性電爐的研制工作，在中冶賽迪裝備基地制作了試驗裝置，在中冶陜壓建設(shè)了工業(yè)化樣機，最終廢鋼階梯加料裝置和煙氣二噁英處理裝置測試數(shù)據(jù)合格，達到設(shè)計要求。

　　通過此研發(fā)和驗證，該項目建立了全尺寸廢鋼料堆空間內(nèi)煙氣流動及交互傳熱耦合計算模型，探明了高溫?zé)煔猸h(huán)境下廢鋼翻轉(zhuǎn)預(yù)熱和料層升溫特征規(guī)律；發(fā)明了電弧爐“階梯擾動”連續(xù)加料廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)，提出并運用階梯擾動涵道、廢鋼翻轉(zhuǎn)預(yù)熱、氣流動態(tài)密封等創(chuàng)新方法，強化了高溫?zé)煔?廢鋼間熱能交換，實現(xiàn)了廢鋼高寬容性全自動、全密閉連續(xù)穩(wěn)定加料；電弧爐全冷料加料時間縮短至28分鐘以內(nèi)，廢鋼預(yù)熱溫度提高到500℃~550℃，余能利用量增加25%~30%。

　　中冶賽迪項目團隊研發(fā)出了電弧爐煉鋼“煙氣分流-自控溫”和二噁英-粉塵協(xié)同凈化技術(shù)，預(yù)熱后煙氣溫度保持在850℃~900℃（維持時間>3秒），二噁英充分裂解后急冷，并結(jié)合低溫?zé)煔獬龎m吸附技術(shù)，實現(xiàn)了二噁英高效低成本抑制及脫除。經(jīng)工業(yè)試驗測試，該技術(shù)的二噁英排放<0.1ng-TEQ/Nm3。

　　廣泛開展工程實踐，

　　中冶賽迪研發(fā)出國際領(lǐng)先的超高功率電弧爐變壓器和電極自動調(diào)節(jié)技術(shù)，首次形成了超高功率電弧爐供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打破了國外長期技術(shù)壟斷，強力支撐“中國制造”；開發(fā)了適應(yīng)多元爐料結(jié)構(gòu)的全余熱回收、低阻尼除塵、高效急冷二噁英治理、階梯擾動涵道廢鋼預(yù)熱等新技術(shù)，系統(tǒng)解決了連續(xù)加料、廢鋼預(yù)熱、余熱利用及廢氣治理等關(guān)鍵問題；提出了以質(zhì)量為核心的煉鋼潔凈生產(chǎn)與綠色制造協(xié)同運行新思路；開發(fā)了非接觸鋼液連續(xù)測溫、爐氣成分在線分析、終點預(yù)報和成本質(zhì)量控制軟件等，實現(xiàn)了電弧爐煉鋼技術(shù)集成，進一步提升了電弧爐煉鋼運行效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著降低了生產(chǎn)成本。

　　中冶賽迪的該項目成果先后在成都冶金、中冶陜壓得到應(yīng)用，并推廣至日本共英制鋼越南VKS公司（90噸電弧爐）、四川都鋼集團電弧爐項目、衡陽鋼管電爐項目、山鋼日照公司（210噸LF爐）、武鋼有限（300噸LF爐）等電弧爐和LF爐煉鋼企業(yè)，累計交付項目整體或單元技術(shù)及裝備達80余套，并已出口至土耳其、巴西、印度尼西亞、越南、馬來西亞等20余個國家。

　　其中，四川冶控集團綠色高效電弧爐于2022年6月投入運行，在每天只能生產(chǎn)約9個小時的情況下，噸鋼電耗<330kWh、氧氣消耗<27Nm3、天然氣消耗<1.6Nm3、冶煉周期<36分鐘，相關(guān)電弧爐煉鋼關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)已達到了國際先進水平。該項目還采用中冶賽迪具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的電爐煙氣余熱發(fā)電技術(shù)，電爐噸鋼產(chǎn)汽量約130kg，年發(fā)電量約2556×104kWh，年供電收益約1151萬元，年發(fā)電凈利潤約1000萬元，經(jīng)濟效益顯著。

　　《中國冶金報》（2023年05月09日 05版五版）