超高化學(xué)能電爐可將由燒嘴輸入電爐的化學(xué)能利用率提高至40％。為適當(dāng)?shù)乩没瘜W(xué)能，爐殼的設(shè)計(jì)需要改變，降低熔池和壁板表面對(duì)爐容的分配，以提高傳熱效率和廢鋼收得率，根據(jù)廢氣分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋控制。
為提高化學(xué)能的利用率、改進(jìn)電爐的性能和提高生產(chǎn)率，最近有一種趨勢(shì)，即建造新型超高化學(xué)能電爐(UHCPEAFs)。根據(jù)基準(zhǔn)分析，評(píng)估運(yùn)行結(jié)果，可以看出，目前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于幾年前的最好水平。影響該工藝的主要因素，一是高化學(xué)能的利用，二是爐容設(shè)計(jì)。
電爐燒嘴和超聲波吹氧的能力大大提高。依據(jù)噸鋼吹氧量，其性能已接近氧氣轉(zhuǎn)爐的水平。
高生產(chǎn)率電爐
三年來，電爐的性能出現(xiàn)了變化的趨勢(shì)。土耳其Icdas鋼廠電爐出鋼量為175t，輸入功率為168MVA，氧氣為21000Nm3／h，天然氣功率為39MW，配有廢鋼預(yù)熱器的排氣系統(tǒng)全部集中，已經(jīng)提出創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)、建設(shè)和操作實(shí)踐的方案。
該廠電爐主要性能是：
(1)生產(chǎn)率：230t／h；
(2)電耗：325kWh／t鋼(冷廢鋼)；
(3)電耗：290kWh／t鋼(廢鋼預(yù)熱至約200℃)；
(4)總氧耗：47Nm3／t鋼；
(5)總天然氣耗量：6Nm3／t鋼；
(6)電極耗量：0．9kg／t鋼。
該廠電爐的性能不高，需要進(jìn)行改造，建設(shè)新一代電爐，即超高化學(xué)能電爐。
基準(zhǔn)分析
為了對(duì)超高化學(xué)能電爐的基準(zhǔn)特性進(jìn)行比較分析，需要利用兩套不同的數(shù)據(jù)，即歷史數(shù)據(jù)和目前數(shù)據(jù)。
在分析的基礎(chǔ)上，對(duì)4種超高化學(xué)能電爐的出鋼量進(jìn)行了比較：60t、80t、100t和175t。目前的傾向是采用大爐容，并改進(jìn)單位生產(chǎn)率和消耗量。
改造小爐子的目的就是縮短出鋼－出鋼時(shí)間，降低單位消耗量。改造重點(diǎn)是大大增加電能和化學(xué)能的輸入量?？s短出鋼－出鋼時(shí)間，意味著需要輸入極高的電功率。
降低電耗，增加化學(xué)能，快速熔煉，導(dǎo)致新一代燒嘴和氧氣噴嘴的產(chǎn)生。有兩種不同的選擇：
(1)增加燒嘴和噴嘴的總數(shù)量；
(2)加大燒嘴和噴嘴的功率。
Concast選擇了第二種方法，以降低電爐的復(fù)雜性和減少維修，同時(shí)引入有效的工藝控制工具。超高化學(xué)能電爐燒嘴的輸入功率約占輸入電功率的40％，即高于總輸入功率的30％。一般而言，改進(jìn)電爐的性能、輸入化學(xué)能的比率要高于輸入的電能。
超高化學(xué)能電爐還需要選擇不同的力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。其中之一是：容積指數(shù)(VI)＝表面／容積(m2／m3)，VI降低，通過增加爐殼內(nèi)廢氣的停留時(shí)間，來提高傳熱效率。此外，加大爐容有利于多加廢鋼，有利于廢鋼在爐內(nèi)的分布。爐頂打開時(shí)，熔池表面會(huì)輻射損失少量的能量。一般而言，新型的超高化學(xué)能電爐的指數(shù)比老式電爐低20％以上。
目前，采用兩塊用銅和鋼制成的水冷卻板，獨(dú)立水循環(huán)，根據(jù)熱負(fù)荷情況，每塊板采用不同的流速。安裝了噴嘴，超聲波吹氧時(shí)，熱負(fù)荷大大增加，在很短的時(shí)間內(nèi)，冷卻水的溫度會(huì)提高一倍。水冷卻板耐高溫，其內(nèi)面溫度為1100℃，爐殼內(nèi)氣溫更高，爐料熱交換更好。
工藝控制工具
超高化學(xué)能電爐的主要工藝工具是：
(1)先進(jìn)的電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電弧穩(wěn)定；
(2)渣控制系統(tǒng)，控制碳噴嘴，以降低過熱時(shí)未覆蓋電弧的風(fēng)險(xiǎn)；
(3)帶高功率燒嘴的噴嘴和帶高效噴嘴的超音速吹氧噴嘴；
(4)氧、碳噴嘴實(shí)時(shí)廢氣分析和反饋。
這些工藝控制工具是有效功率輸入控制所必需的，可以為實(shí)現(xiàn)超高化學(xué)能電爐的最佳性能提供保障。這些工藝工具與化學(xué)熱的傳熱效率密切相關(guān)，同時(shí)也影響著電極的消耗和耐火材料的壽命。
燃燒器的效率對(duì)熔畢階段有很大影響，可使熔融金屬很快地均勻。這與吹氧效率有直接聯(lián)系，包括電極消耗、噴濺效應(yīng)或耐火材料的消耗。
由于有廢氣的實(shí)時(shí)激光分析，就可能確定吹氧的效率，并進(jìn)行有效地控制吹氧。
基準(zhǔn)點(diǎn)
電爐性能的基準(zhǔn)點(diǎn)是單位電耗。與Concast電爐相比，超高化學(xué)能電爐的性能更優(yōu)異。第二個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)是單位生產(chǎn)率與總輸入能(化學(xué)能＋電能)之比。另一個(gè)重要參數(shù)是單位氧耗。超高化學(xué)能電爐的單位氧耗在35Nm3／t鋼至40Nm3／t鋼之間，比一般電爐高20％～30％。
在出鋼到出鋼時(shí)間約為30min時(shí)，必須提高氧氣密度，采用目前的吹煉工藝，過熱5min即可達(dá)到物理脫碳率。
化學(xué)能效率
化學(xué)能是持續(xù)測(cè)定的，類似于天然氣(或液化石油氣)的總貢獻(xiàn)和可測(cè)算的碳，但不可能精確地估算氧氣的貢獻(xiàn)，這不包括氣體和碳的燃燒。
化學(xué)能輸入量的估算是將電耗與輸入的氣體和碳的總能耗相比較；其他化學(xué)能的貢獻(xiàn)和余數(shù)是根據(jù)所產(chǎn)生的能(如氧化硅和氧化錳等)單獨(dú)估算的。冶煉過程中化學(xué)能的貢獻(xiàn)占總能耗的35％～45％。
由于新技術(shù)的開發(fā)，產(chǎn)生了表明化學(xué)能輸入量的新方法。最近，Concast在近似紅外線激光工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了3種實(shí)時(shí)廢氣分析儀。應(yīng)用這些系統(tǒng)，通過第四孔彎頭可以不斷地監(jiān)測(cè)廢氣的化學(xué)成分。一氧化碳、氧氣和氣體的溫度可不斷地測(cè)量。采用這3種系統(tǒng)中的一種，還可以對(duì)水蒸汽進(jìn)行分析。
根據(jù)來自這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有利于了解傳熱效率(一氧化碳含量)和耗氧量(廢氣中無氧)。水蒸汽不僅有利于提高烴氣的燃燒效率，還可以了解電爐是否漏水，這對(duì)防止烴氣爆炸是至關(guān)重要的信息。
實(shí)時(shí)廢氣分析儀系統(tǒng)創(chuàng)造了前所未有的新機(jī)遇，對(duì)廢氣的分析實(shí)時(shí)反饋給噴嘴以優(yōu)化工藝，并能更好地了解電爐的熱力學(xué)。
集成式過程控制儀(IPD)
所有相關(guān)任務(wù)和目標(biāo)的集中是噴嘴和廢氣系統(tǒng)的全自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的真正的創(chuàng)新。集成式過程控制儀是一種創(chuàng)新和有力的過程控制工具，它是根據(jù)場(chǎng)參數(shù)的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行過程控制，尤其是實(shí)時(shí)激光廢氣分析儀。過程控制儀與電爐自動(dòng)化系統(tǒng)的各種參數(shù)相關(guān)聯(lián)?？刂频闹攸c(diǎn)是：
(1)激光廢氣分析儀；
(2)噴嘴系統(tǒng)閥座；
(3)電爐的爐壓。
集成式過程控制儀的目標(biāo)包括：
(1)提高傳熱效率，簡(jiǎn)化和降低電爐氣氛中一氧化碳含量，增加二氧化碳；
(2)降低并優(yōu)化氧氣、碳和天然氣的消耗；
(3)防止廢氣管道中一氧化碳引起爆炸；
(4)確定是否漏水，并防止?fàn)t殼內(nèi)的氫氣引起爆炸；
(5)在規(guī)定的操作范圍內(nèi)指導(dǎo)工藝過程。
基本的成套設(shè)備是實(shí)時(shí)廢氣分析儀和指導(dǎo)軟件，基于模糊邏輯技術(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)燒嘴、氧氣、碳的噴嘴進(jìn)行反饋，并對(duì)第四孔彎頭后的氣縫進(jìn)行滑套控制。集成式過程控制系統(tǒng)的主要輸入數(shù)據(jù)來自第四孔彎頭中的廢氣，并且利用以下數(shù)據(jù)：
(1)一氧化碳、氧氣和水的含量(體積)；
(2)廢氣的溫度；
(3)電爐的負(fù)壓；
(4)廢氣管道滑套的位置。
根據(jù)所采用的措施，用氧、碳噴嘴的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)每個(gè)噴嘴的閥座和廢氣的滑套。檢測(cè)廢氣中的水蒸汽含量是創(chuàng)新性的技術(shù)，水的平衡是由集成式過程控制軟件完成的，不僅給出了天然氣的燃燒效率，而且能告知操作人員是否有漏水的可能。在這種情況下，集成式過程控制系統(tǒng)能給向程序發(fā)警報(bào)，以改變信息并處理報(bào)警程序。這一安全周期少于30s，足以防止可能發(fā)生的嚴(yán)重危害
出處:中國(guó)電爐網(wǎng)
為提高化學(xué)能的利用率、改進(jìn)電爐的性能和提高生產(chǎn)率，最近有一種趨勢(shì)，即建造新型超高化學(xué)能電爐(UHCPEAFs)。根據(jù)基準(zhǔn)分析，評(píng)估運(yùn)行結(jié)果，可以看出，目前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于幾年前的最好水平。影響該工藝的主要因素，一是高化學(xué)能的利用，二是爐容設(shè)計(jì)。
電爐燒嘴和超聲波吹氧的能力大大提高。依據(jù)噸鋼吹氧量，其性能已接近氧氣轉(zhuǎn)爐的水平。
高生產(chǎn)率電爐
三年來，電爐的性能出現(xiàn)了變化的趨勢(shì)。土耳其Icdas鋼廠電爐出鋼量為175t，輸入功率為168MVA，氧氣為21000Nm3／h，天然氣功率為39MW，配有廢鋼預(yù)熱器的排氣系統(tǒng)全部集中，已經(jīng)提出創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)、建設(shè)和操作實(shí)踐的方案。
該廠電爐主要性能是：
(1)生產(chǎn)率：230t／h；
(2)電耗：325kWh／t鋼(冷廢鋼)；
(3)電耗：290kWh／t鋼(廢鋼預(yù)熱至約200℃)；
(4)總氧耗：47Nm3／t鋼；
(5)總天然氣耗量：6Nm3／t鋼；
(6)電極耗量：0．9kg／t鋼。
該廠電爐的性能不高，需要進(jìn)行改造，建設(shè)新一代電爐，即超高化學(xué)能電爐。
基準(zhǔn)分析
為了對(duì)超高化學(xué)能電爐的基準(zhǔn)特性進(jìn)行比較分析，需要利用兩套不同的數(shù)據(jù)，即歷史數(shù)據(jù)和目前數(shù)據(jù)。
在分析的基礎(chǔ)上，對(duì)4種超高化學(xué)能電爐的出鋼量進(jìn)行了比較：60t、80t、100t和175t。目前的傾向是采用大爐容，并改進(jìn)單位生產(chǎn)率和消耗量。
改造小爐子的目的就是縮短出鋼－出鋼時(shí)間，降低單位消耗量。改造重點(diǎn)是大大增加電能和化學(xué)能的輸入量?？s短出鋼－出鋼時(shí)間，意味著需要輸入極高的電功率。
降低電耗，增加化學(xué)能，快速熔煉，導(dǎo)致新一代燒嘴和氧氣噴嘴的產(chǎn)生。有兩種不同的選擇：
(1)增加燒嘴和噴嘴的總數(shù)量；
(2)加大燒嘴和噴嘴的功率。
Concast選擇了第二種方法，以降低電爐的復(fù)雜性和減少維修，同時(shí)引入有效的工藝控制工具。超高化學(xué)能電爐燒嘴的輸入功率約占輸入電功率的40％，即高于總輸入功率的30％。一般而言，改進(jìn)電爐的性能、輸入化學(xué)能的比率要高于輸入的電能。
超高化學(xué)能電爐還需要選擇不同的力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。其中之一是：容積指數(shù)(VI)＝表面／容積(m2／m3)，VI降低，通過增加爐殼內(nèi)廢氣的停留時(shí)間，來提高傳熱效率。此外，加大爐容有利于多加廢鋼，有利于廢鋼在爐內(nèi)的分布。爐頂打開時(shí)，熔池表面會(huì)輻射損失少量的能量。一般而言，新型的超高化學(xué)能電爐的指數(shù)比老式電爐低20％以上。
目前，采用兩塊用銅和鋼制成的水冷卻板，獨(dú)立水循環(huán)，根據(jù)熱負(fù)荷情況，每塊板采用不同的流速。安裝了噴嘴，超聲波吹氧時(shí)，熱負(fù)荷大大增加，在很短的時(shí)間內(nèi)，冷卻水的溫度會(huì)提高一倍。水冷卻板耐高溫，其內(nèi)面溫度為1100℃，爐殼內(nèi)氣溫更高，爐料熱交換更好。
工藝控制工具
超高化學(xué)能電爐的主要工藝工具是：
(1)先進(jìn)的電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電弧穩(wěn)定；
(2)渣控制系統(tǒng)，控制碳噴嘴，以降低過熱時(shí)未覆蓋電弧的風(fēng)險(xiǎn)；
(3)帶高功率燒嘴的噴嘴和帶高效噴嘴的超音速吹氧噴嘴；
(4)氧、碳噴嘴實(shí)時(shí)廢氣分析和反饋。
這些工藝控制工具是有效功率輸入控制所必需的，可以為實(shí)現(xiàn)超高化學(xué)能電爐的最佳性能提供保障。這些工藝工具與化學(xué)熱的傳熱效率密切相關(guān)，同時(shí)也影響著電極的消耗和耐火材料的壽命。
燃燒器的效率對(duì)熔畢階段有很大影響，可使熔融金屬很快地均勻。這與吹氧效率有直接聯(lián)系，包括電極消耗、噴濺效應(yīng)或耐火材料的消耗。
由于有廢氣的實(shí)時(shí)激光分析，就可能確定吹氧的效率，并進(jìn)行有效地控制吹氧。
基準(zhǔn)點(diǎn)
電爐性能的基準(zhǔn)點(diǎn)是單位電耗。與Concast電爐相比，超高化學(xué)能電爐的性能更優(yōu)異。第二個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)是單位生產(chǎn)率與總輸入能(化學(xué)能＋電能)之比。另一個(gè)重要參數(shù)是單位氧耗。超高化學(xué)能電爐的單位氧耗在35Nm3／t鋼至40Nm3／t鋼之間，比一般電爐高20％～30％。
在出鋼到出鋼時(shí)間約為30min時(shí)，必須提高氧氣密度，采用目前的吹煉工藝，過熱5min即可達(dá)到物理脫碳率。
化學(xué)能效率
化學(xué)能是持續(xù)測(cè)定的，類似于天然氣(或液化石油氣)的總貢獻(xiàn)和可測(cè)算的碳，但不可能精確地估算氧氣的貢獻(xiàn)，這不包括氣體和碳的燃燒。
化學(xué)能輸入量的估算是將電耗與輸入的氣體和碳的總能耗相比較；其他化學(xué)能的貢獻(xiàn)和余數(shù)是根據(jù)所產(chǎn)生的能(如氧化硅和氧化錳等)單獨(dú)估算的。冶煉過程中化學(xué)能的貢獻(xiàn)占總能耗的35％～45％。
由于新技術(shù)的開發(fā)，產(chǎn)生了表明化學(xué)能輸入量的新方法。最近，Concast在近似紅外線激光工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了3種實(shí)時(shí)廢氣分析儀。應(yīng)用這些系統(tǒng)，通過第四孔彎頭可以不斷地監(jiān)測(cè)廢氣的化學(xué)成分。一氧化碳、氧氣和氣體的溫度可不斷地測(cè)量。采用這3種系統(tǒng)中的一種，還可以對(duì)水蒸汽進(jìn)行分析。
根據(jù)來自這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有利于了解傳熱效率(一氧化碳含量)和耗氧量(廢氣中無氧)。水蒸汽不僅有利于提高烴氣的燃燒效率，還可以了解電爐是否漏水，這對(duì)防止烴氣爆炸是至關(guān)重要的信息。
實(shí)時(shí)廢氣分析儀系統(tǒng)創(chuàng)造了前所未有的新機(jī)遇，對(duì)廢氣的分析實(shí)時(shí)反饋給噴嘴以優(yōu)化工藝，并能更好地了解電爐的熱力學(xué)。
集成式過程控制儀(IPD)
所有相關(guān)任務(wù)和目標(biāo)的集中是噴嘴和廢氣系統(tǒng)的全自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的真正的創(chuàng)新。集成式過程控制儀是一種創(chuàng)新和有力的過程控制工具，它是根據(jù)場(chǎng)參數(shù)的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行過程控制，尤其是實(shí)時(shí)激光廢氣分析儀。過程控制儀與電爐自動(dòng)化系統(tǒng)的各種參數(shù)相關(guān)聯(lián)?？刂频闹攸c(diǎn)是：
(1)激光廢氣分析儀；
(2)噴嘴系統(tǒng)閥座；
(3)電爐的爐壓。
集成式過程控制儀的目標(biāo)包括：
(1)提高傳熱效率，簡(jiǎn)化和降低電爐氣氛中一氧化碳含量，增加二氧化碳；
(2)降低并優(yōu)化氧氣、碳和天然氣的消耗；
(3)防止廢氣管道中一氧化碳引起爆炸；
(4)確定是否漏水，并防止?fàn)t殼內(nèi)的氫氣引起爆炸；
(5)在規(guī)定的操作范圍內(nèi)指導(dǎo)工藝過程。
基本的成套設(shè)備是實(shí)時(shí)廢氣分析儀和指導(dǎo)軟件，基于模糊邏輯技術(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)燒嘴、氧氣、碳的噴嘴進(jìn)行反饋，并對(duì)第四孔彎頭后的氣縫進(jìn)行滑套控制。集成式過程控制系統(tǒng)的主要輸入數(shù)據(jù)來自第四孔彎頭中的廢氣，并且利用以下數(shù)據(jù)：
(1)一氧化碳、氧氣和水的含量(體積)；
(2)廢氣的溫度；
(3)電爐的負(fù)壓；
(4)廢氣管道滑套的位置。
根據(jù)所采用的措施，用氧、碳噴嘴的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)每個(gè)噴嘴的閥座和廢氣的滑套。檢測(cè)廢氣中的水蒸汽含量是創(chuàng)新性的技術(shù)，水的平衡是由集成式過程控制軟件完成的，不僅給出了天然氣的燃燒效率，而且能告知操作人員是否有漏水的可能。在這種情況下，集成式過程控制系統(tǒng)能給向程序發(fā)警報(bào)，以改變信息并處理報(bào)警程序。這一安全周期少于30s，足以防止可能發(fā)生的嚴(yán)重危害
出處:中國(guó)電爐網(wǎng)
