关键词:
电弧炉
连续加料
热装铁水
废钢预热
数值模拟
摘要:
相比于高炉-转炉长流程炼钢工艺,以废钢为主要原料,电力为能源介质的电弧炉短流程炼钢工艺碳排放量约为高炉-转炉长流程的1/3,具有良好的降碳效应。未来电弧炉短流程炼钢工艺将逐渐成为我国重要的炼钢工艺。水平连续加料电弧炉因具备连续加料的独特优势,在冶炼过程中密闭性较好,可以大幅度地降低电弧炉开盖过程烟气对环境的污染,同时可以利用高温烟气对废钢进行预热处理。因此,水平连续加料电弧炉的冶炼工艺逐渐成为研究热点。本文基于国内某钢铁公司新建的130 t水平连续加料电弧炉,开展了相关内容研究如下:
根据水平连续加料电弧炉预热通道的实际尺寸构建了预热通道的二维几何模型,并且基于连续性方程、动量方程和能量方程建立了该连续加料电弧炉的废钢预热模型。以构建的废钢预热模型为基础,通过Fluent软件,结合UDF用户自定义编译功能,对该水平连续上料电弧炉废钢预热过程进行数值模拟计算,并且通过对比文献结果,验证了废钢预热模型的准确性较好,利用模型对烟气初始温度、烟气初始速度、预热时间及废钢孔隙度四个影响废钢预热温度的因素进行单因素研究,得到各因素对废钢预热温度的影响规律,在单因素研究的基础上,采用正交试验的方法得出本试验条件下的最佳工艺参数组合,以及不同参数对提高废钢预热温度的影响主次顺序,针对不同参数对提高废钢预热效果的特点提出相应的建议及措施;最后通过计算该水平连续加料电弧炉冶炼全过程的物料和能量平衡关系,优化物料与能量平衡模型,较好地揭示供电时间要求、热装铁水比例与废钢预热温度三者间的动态平衡关系,对该电弧炉不同热装铁水比例条件与不同预热温度条件下的吨钢电耗进行预测,以及不同冶炼条件下的工艺要求进行预测。
结果表明,水平连续加料电弧炉预热通道中,大部分烟气单纯地从废钢堆积层上方流过,废钢整体预热效果不好,增大废钢预热时间是四个因素中提高废钢预热温度效果最显著且成本最低的措施,要解决水平连续加料电弧炉整体预热效果差的问题,关键在于如何让烟气顺畅地流经废钢堆积层内部;在“全废钢”生产模式下,高温烟气将废钢从室温25℃预热到800℃时,废钢预热温度每提高100℃,可节约电耗19.63 k W·h/t;所需的供电时长减少约1.7 min;在“铁水+废钢”的生产模式下,在降低电耗方面优势更为明显。