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1、近代电弧炉的容量和输入功率汪学瑶摘要：70 t以上电弧炉已成为当代新建电弧炉厂的主导炉型。电弧炉 的输入功率和冶炼周期应根据产品结构、生产炉型和市场需求来确定。 关键词：电弧炉 容量 输入功率Contemporary Electric Arc Furnace Capacity and Input PowerWang Xueyao(Daye Special Steel Corp Ltd, Huangshi 435001)Abstract：The electric arc furnace more than 70t has become the leading furnace model of n
2、ew building electric arc furnace plant. The input power andtap totaptime of electric furnace should be determined by product structure, furnace mode and market requirement.Mat erial Index： Elec trie Arc Furnace, Capaci ty, Inp ut Powers1 电弧炉容量在60年代电弧炉的输入功率一般在350 kVA/t以下，为了延长炉衬 寿命，只能用短电弧操作，功率因素为0.60.
3、7。新一代电弧炉额定功 率增长到400800 kVA/1,个别达到1 000 kVA/1,因采用泡沫渣工艺 和水冷炉壁，可进行高压长弧操作，功率因素为0.80.861，2。美国的电弧炉炼钢的历史较长，在Syracuse的Halcomb St eel公 司于1906年4月5日就生产了第一炉电弧炉钢水，60年代中期开始迅 速发展，炉子数目与产量均较大。所以美国近30年来电弧炉炼钢的发展 以及当前的状况均具有代表性。1996年在生产的电弧炉有223座3，而 1987年在生产的电弧炉为272座4。所以从总的趋势来看，美国的电弧 炉钢年产量增加的同时炉子数量在减少，即每座炉子的生产率在增加5。 日本电弧
4、炉也一样呈减少趋势，1984年为353座，1992年减为246座6。美国1996年在生产的电弧炉中，50 t以下（含50 t）的炉子约占47%, 其生产能力为740万t,约占总电弧炉生产能力5 500万t的13.5%，而 占炉子总数53%的50 t以上的大型电弧炉的生产能力为4760万t，约占 总电弧炉生产能力的86.5%（图1）。50LO1-200121. i %27. S %5J-：UUt22.9%01-200l10,5%300 t 201) r ?.：图 1 1996 年美国在生产的电弧炉座数和不同吨位电弧炉年生产能力的分布Fig.1 Distribution of electric a
5、rc furnace (EAF) sets and annualoutput of different tonnage EAF in America,1996虽然大电炉的生产率高，产量大，但从生产的钢种上看50 t以上的 炉子多数用来生产碳素钢，如62座51100 t电弧炉中用来生产合金钢 的炉子只有11座，占18%, 51座101200 t电弧炉中生产合金钢的炉 子只有5座，占10%(图2)。有些大型炉子特别是100 t左右的炉子，除 生产碳素钢外还生产部分合金钢，而且都是低合金钢。1996年223座炉 子中有27%的炉子只用来生产低合金钢和高合金钢。图 2 美国电弧炉吨位、座数和生产钢类的
6、分布Fig.2 Distribution of various EAF tonnage, sets and steel gradesproduced in America,1996图3 示出美国 1996年在生产的有数据的炉子吨位和建成年代。由图 可见，从60年代到90年代电弧炉的容量不断增大，4060年代以50 t 以下的电弧炉为主，占63%,到90年代以建造 50 t以上炉子为主， 占 85%。但不等于说现在就不新建 50t 以下的炉子，在生产合金钢和高 合金钢时，因批量小仍然必需用小炉子进行生产，小炉子也有现代化问 题，如Firstmiss Steel公司于1995年投产1座40 t新炉
7、子，用来生 产合金钢、不锈钢、工具钢和一部分碳素钢；Slater Steels公司于1995 年投产1座新的18 t电弧炉（UCAR制造）代替1962年投产由Leetromelt 制造的 20 t 电弧炉用来生产合金结构钢、不锈钢、工具钢和镍基合金。 .弭L低馳1JI-IQQ 1101-20012001唸271)2）7071S1241313II叙）鶴;2IJ14够L0A1昶图 3 美国 1996 年在生产的各种吨位电弧炉的座数和建成年代Fig.3 Sets and built time of various tonnage EAF in Ameriea,running in 1996从图3还可
8、得出，对生产碳素钢和合金钢来说，根据市场、投资和 经济技术指标以及企业硬环境和软环境条件，也不一定100 t是最佳炉 型。美国80年代建成1996年在生产的101200 t电弧炉为11座，51 100 t为13座，90年代建成投产的均为14座。80年代以来已不再建造 200 t以上的炉子。Bethlehem Steel公司于1994年建成和投产1座135 t 电弧炉，年生产能力为 100 万 t 碳素钢和合金钢。 North Star BHP 公 司于1996年建成与投产1座165 t电弧炉，年生产能力为135万t碳素 钢。为了和转炉进行竞争，对于生产碳素钢和低合金高强度钢板材的电 弧炉钢厂的
9、炉子容量多半在100200 t之间。从炉子容量和炉子数量上看，美国近30年来的总体发展趋势为：(1) 随电弧炉钢在钢年产量中比例的增加，电弧炉总数下降，电弧 炉平均容量增大，单产增加。(2) 随经济形势和市场的变化，部分电弧炉关闭或处于待生产状态， 同时又有部分电弧炉重新开工，并不断有新电弧炉厂投产或用新设计的 炉子代替旧炉子。(3) 在生产的电弧炉中，小于30 t的炉子仍占1/4以上，主要生产 高合金钢和合金钢。(4) 有很多钢厂采用缩小电极圆和电极直径的办法把小型电弧炉改 成精炼炉。(5) 100 t 以上的大型电弧炉主要生产碳素钢和低合金钢，占领高 炉转炉钢的一部分市场。(6) 一般电弧
10、炉均在额定容量或超装下操作，但也有电弧炉是在低 于额定容量的装入量下操作。日本也是世界产钢大国，电弧炉的产量亦较大，根据大同、山阳等 29 家日本主要钢铁公司电弧炉容量的分布可见，日本钢厂在生产的电弧 炉中小于30 t仍占29%,主要用来生产特殊钢；51100 t炉子所占的 份额较大，为 38%； 150 t 以上电弧炉未见报道5。2 电弧炉输入功率近30年来，电弧炉变压器额定容量呈不断增大趋势，最高已达1000 kVA/1。图4示出1996年美国在生产的100 t以下和大于100 t的电弧 炉的变压器额定容量的分布。国际钢铁学会(IISI)推荐100200 kVA/t 为低功率，201400
11、 kVA/t为中功率，401700 kVA/t为高功率，701 1000kVA/t 为超高功率电弧炉7。北美冶金界认为 50t 以下的电弧炉 为小型炉子，50100 t为中型电弧炉，100 t以上为大型电弧炉8。100-60)70032廉8IJtt80010.70Oe2皿Oso01.蛭02吃O0?：!图 4 1996 年美国在生产的 213 座电弧炉在不同单位变压器容量下炉子 座数的分布Fig.4 Distribution of furnace sets with different unittransformer capacity for 213 EAFs running in Americ
12、a,1996从图4可以看出，目前仍在生产的100t以下的电弧炉中，60年代 及以前投产的，虽然有部分炉子经过不同程度的改造增加了变压器额定 容量，但仍有70%的炉子的额定输入功率仍在400 kVA/1以下。70年代 投产的电弧炉的变压器额定容量为400600 kVA/1, 80年代投产的电弧 炉额定变压器容量多半在600 kVA/1以上，到了 90年代，已不再建造小 于400 kVA/1的100 1以下电弧炉，83%为600 kVA/1以上，50%为800 1 000 kVA/1。但对于100 1以上的电弧炉，90年代仍有个别400 kVA/1 以下的炉子投产，如Caparo S1 eel公司
13、于1995年投产了 2座115 1新 炉子，变压器最大额定容量为370 kVA/1,总计年生产能力为64万1钢， 电耗为480 kWh/1,生产镇静钢（优质钢）和合金钢，平均冶炼周期（出钢 至出钢时间）为 3 h。一般来说增加变压器额定容量，提高输入功率，强化了熔炼过程， 从而缩短了冶炼时间。但由于不同程度地采用废钢预热，顶、底吹氧， 氧-燃烧嘴，二次燃烧，熔池搅拌等技术，使电弧炉在不太高的功率下也 可获得短的冶炼周期（图5）。从图5还可以看出，一般冶炼不锈钢和高 合金钢的周期较长。虽然目前大力发展超高功率电弧炉， 1996年美国在生产的电弧炉中变压器额定容量为400600 kVA/t的炉子座
14、数仍占优 势。日本1992年在生产的30t以上的109座电弧炉中，变压器额定容量 在 500 kVA/t 以下的炉子有 51 座，占 47%6，7。_亠、誉也悸三变&髡额疋容虽AVA- r图 5 电弧炉变压器额定容量与冶炼周期（出钢至出钢时间）的关系Fig.5 Relation between EAF rate transformer capacity and tap totap time随着电弧炉额定功率的提高，炉子的生产率有了显著提高，日本 50100t电弧炉1992年的生产率比1986年约提高23%, 100 t以上的 电弧炉生产率约提高 19%。电弧炉生产率的提高具体反映在冶炼周期（出 钢至出钢时间）的缩短，美国 Atlantic Steel 公司的 Cartersville 厂 在1990年投产1座105 t偏心炉底出钢电弧炉，变压器额定容量820 kVA/1,冶炼周期为33 min,年生产能力为77万t。但从总体上看， 美国1996年冶炼周期为1h和不足1h的电弧炉，只占电弧炉总数的 6%,处于主导地位的电弧炉的冶炼周期为1.52.0h，占总炉数的28%， 冶炼周期在 3 h 以上的电弧炉仍占 22%（图 6）。图 6 美国 1996 年电弧炉冶炼周期（出钢至出钢时间 ）的分布Fig.6 Dis
