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Consteel与传统电炉生产及设备维修成本比较

1 前言
  如今,电弧炉炼钢技术优势仍然仅限于熔炼。比较连续加料与料斗加料,Consteel电弧炉和传统顶加料电弧炉主要在废钢预热技术和能量利用,以及设备计划和非计划维修方面具有优势。将两种炼钢工艺在整个炼钢工艺,如逻辑特征、废弃物处理、设备维修和炼钢工艺的相关成本方面进行比较。图1为Consteel车间基本布置图。
  工艺研究采用Microsoft Excel Worksheet的成本模型分析Consteel EAF和传统EAF的熔炼工艺,同时结合质量-能量平衡进行总成本计算。
  因为炉料成分、质量-能量平衡和出钢条件以及炉子的目标产量等均对冶炼工艺有很大影响。所以两种电弧炉在完全相同的条件下进行冶炼,并以技术和经济指标对Consteel EAF和传统顶加料EAF进行全面分析与比较。
  2 成本模型
  应用成本模型可对传统电弧炉与Consteel电弧炉进行成本差异的定量研究,并评估工艺的每个阶段对总成本的影响。同时,给出两种工艺生产吨钢的终成本,并对冶炼工艺成本、废钢装卸、炉子及其它设备维修、废弃物处理成本之间进行正确识别。
  传统顶加料电弧炉炼钢成本可分解为冶炼成本(93%),废钢装卸成本(4%)和设备维修成本(3%)。可以看出,冶炼成本占炼钢总成本的绝大部分。所以,直到现在,电弧炉炼钢路线的成本分析仍然假定逻辑成本和维修成本相同,只考虑工艺参数和原料对成本的影响。
  在Consteel电炉工艺中,废钢装卸和维修成本与传统电弧炉不同。因此,成本模型需要说明差异和如何决定炼钢成本。
  从成本分析可看出,两种工艺间的显著差别在于熔炼成本。Consteel冶炼的金属收得率较高,相应成本较低。本文将重点关注逻辑成本和维修成本,同时证明利用Consteel系统冶炼成本总节约可超过50%。
  3 电炉炼钢的废钢装卸
  电炉炼钢车间一般需要炉料装卸。不同的加料方法对冶炼工艺有不同的影响。传统顶加料电炉与Consteel电弧炉工艺有着不同的逻辑需求。
  重要的操作是废钢从废钢场运至电炉的运输管理。传统电弧炉所需废钢从料斗备料的方式运到电炉,而Consteel电弧炉则采用连续加料系统。废钢场规模大小取决于废钢流动速度和废钢场独立自主备料的要求。
  原材料装卸通常由高架式移动起重机(下称天车)完成。天车的有效数量不仅要考虑大安全需要(应考虑到使用中损坏或故障),还要考虑到料斗数量、规定备料时间、炉子容量、料斗大小以及废钢密度。
  Consteel电炉炼钢的废钢场组织形式与传统电炉不同。通常,原材料贮存在带式加料机旁边。天车大小和数量取决于废钢的大加料速率。先将废钢放在即将进料的下一个位置,然后从此位置或从地面或直接从传送小车将废钢送至带式加料机上入炉。
  一般情况,炉子需要的操作人员应经计算合理配置。操作人员数量随设备数量的多少而定。Consteel电炉因炼钢工艺的简化,大限度地减少了废钢装运量和运输设备。由于不用料斗,因此可使每一轮换班减少6名操作人员。
  为了对传统电弧炉和Consteel电炉炼钢加料工艺进行比较,假设Consteel带式加料机加料天车的起重能力是传统顶加料电炉的二倍。由于传统顶加料电弧炉用料斗备料可与熔炼工艺分开进行,所以它的天车数量比Consteel天车数量多。而且,Consteel消除了炉子跨装料吊车为料斗加料操作。因此,大大降低了炉子操作和维修成本。
  成本模型分析了废钢场和炉子跨原材料的装运成本。结果表明,顶加料传统电炉与Consteel电炉的天车加料成本基本相同。但是由于Consteel电炉节约了料斗加料成本,结果传统电弧炉废钢场的人工、设备和服务成本之和高达4.5欧元/tls,而Consteel则低至1.5欧元/tls;传统电炉炉子跨的人工、设备和服务成本之和高达6.5欧元/tls,而Consteel则降至5.8欧元/tls(tls为每吨钢液)。除了上述成本差别之外,Consteel电炉还因简化了冶炼工艺的生产组织而减少了废钢转运流程和设备操作导致的危险,大限度减少了料斗备料和加料产生的粉尘对炼钢车间环境造成的污染,提高了系统运行可靠性。此外,Consteel电炉带式加料机还可对金属炉料放射性进行精确检查从而降低炉内和烟尘的放射性物质对环境和人类安全的威胁。
  4 设备维修
  图2显示了规定的设备维修和废弃物处理成本分配。结果表明,废钢场维修成本主要取决于原料装运过程中的所需的设备数量。Consteel电炉与传统顶加料电炉相比较,后者的加料设备比前者多,如料斗、料斗小车、牵引车和称量站设备。
  由于Consteel电炉有一台天车配合可称量的带式加料机不仅减少了称量站设备,而且减少了事故发生机率和为保证安全而增加额外设备的使用,从而降低设备维修成本。
  4.1 电炉设备的维修
  电炉冶炼工艺对维修计划有很大影响,成本的表达方式和组织形式也很重要。影响炉子易损零件的热应力和化学应力取决于冶炼工艺参数。顶加料电炉冶炼时热量直接从电极传至固体废钢,而Consteel电炉的废钢熔化则是浸没在熔池中进行。
  电极消耗和管理是维修成本的主要部分,主要取决于工艺参数和炉内条件。暴露的电极会产生很大的机械应力(振动、弯曲)和热循环应力。电极的主要消耗是由氧化和电极顶尖升华造成,其他的消耗则是熔化期间电极被废钢塌陷折断或加料时被废钢压碎所致。
  Consteel电炉冶炼因二次燃烧率较低使炉内氧化性不高,所以,电极消耗较低(约15%)。Ben Bowman模型证实,电极腐蚀还受到炼钢车间生产率的影响。在同样的操作条件下,Consteel电炉炼钢可保证生产率高于传统顶加料电炉,但电极消耗却与其相同。
  此外,熔化期间Consteel可保持平熔池操作使电弧具有十分良好的稳定性,不仅消除了废钢塌陷造成电极折断同时进一步减少了因换电极导致的时间耽误。
  冶炼证明,Consteel电炉炼钢因操作条件比传统电炉稳定和渣中氧化铁含量较低。所以,耐材炉衬的磨损较小。电炉耐材遭受到各种机械磨损中,以金属氧化(如Fe氧化生成FeO,Si氧化成SiO2,Al氧化成Al2O3)与炉衬的化学反应引起的腐蚀为严重。这种腐蚀可通过减少FeO含量和其它反应的化合物以及控炉渣的氧化能力而降低。在Consteel电炉冶炼过程中,可造理想的泡沫渣,在保护层下完全覆盖并埋没电弧,从而在整个通电期间保护炉衬免受电弧辐射,使耐材消耗比传统顶加料电弧低和均匀。电弧穿井阶段,传统电弧炉的电极直接作用,即熔化固体原材料块。当热量直接从电极传到废钢时,炉壳可能因电极对其放电而受到破坏,增加炉壳修复成本。
  Consteel系统则因整个工艺期间都在平熔池状态下工作,基本消除了电极对炉壳放电,减少了对炉壳的破坏,并从意大利O.R.I.Martin Bresci钢厂采用Consteel电炉炼钢大大降低了炉壳钢板维修数量的事实得到了证明。采用传统顶加料电炉,每周需换1~2块炉壳钢板。近10年间采用Consteel电炉炼钢,总共仅损坏3块炉壳钢板(其中2块是被料斗碰撞损坏)。以上事实说明,Consteel电炉炼钢可大大节约生产成本和减少生产时间浪费。
  4.2 带式加料机维修
  Consteel电炉炼钢采用一种简单的滑-粘式加料机完成废钢的连续入炉和金属料的炉内废气预热。滑-粘式加料机的维修简单,其机械结构部分(包括电动机和液压设备)执行定期、有限检查和重要部件的计划维修。预热段耐材炉衬与联接小车的水冷罩一起进行水冷。通常情况下,使用一年后用硅铝砖进行重砌。
  带式加料机的连接小车顶部承受的应力大(熔池热应力和废钢的机械应力),所以小车顶部执行计划检修与换。实践证明,整个通电期间,在炉渣起泡稳定而均匀,渣量适中的正常操作条件下,联接小车顶部的平均使用寿命为6个月左右。
  为带式加料机能自由摆动、灵活而正确完成加料和延长其使用寿命,带式加料机采用支承杆悬挂。支承杆因承受巨大的炉料载荷和循环摆动带来的巨大连续循环应力,运行过程中的任何时候都有可能破坏。为提高使用寿命,对一年内正常工作情况下损坏的100支承杆进行了破坏原因分析和改进设计。新设计的支承杆因使用效果良好而大大减少了维修成本。
  4.3 废气和炉渣处理
  由于Consteel电炉炼钢金属炉料氧化性较低使炉渣和废气生成量均低于同样容量的传统顶加料电弧炉,且可进一步减少炉渣总量的10%。
  Consteel电炉产生粉尘量取决于炉料连续加入和金属炉料的预热等特征。淘汰料斗减少了排气罩内粉尘形成。加料机预热段既是炉料预热室,又是粉尘沉降室,将粉尘存贮在废钢上带进炉内,使Consteel电炉的粉尘排放量比传统顶加料电炉减少5~9kg/tls。此外,还因减少粉尘处理工序降低了处理成本。
  5 结论
  成本模型证明,Consteel电炉炼钢的某些经济效益超过许多其他的冶炼工艺。可节约操作、维修和副产品处理成本超过40%,同时使炼钢总成本降低6%。从而缩短设备投资的返回周期。
  成本模型分析所有电炉工艺指出,通过连续加料获得的经济效益随炼钢车间工艺参数和目标产量的变化而变化。
  Consteel电炉炼钢除具有传统经济效益和某些技术优势外,通过改进金属收得率和降低能耗需要可大限度提高工艺效率。
  Consteel电炉炼钢可减少生产过程中可能出现的危险,从而简单、有效地实现金属炉料“环境友好预热”,避免传统顶加料电炉的典型缺点,即污染物非控制排放。
  如果传统电弧炉需改建,可保留电力网络、变压器和废气设备,仅需安装一套Consteel系统即可完成改建且可节约大量投资。
发布日期:2010.01.25  新闻来源:丹阳市嘉恒炉业有限公司