大冶特钢60 t AC UHP EBT 电弧炉烟气捕集系统的分析和设计
大冶特钢60 t AC UHP EBT 电弧炉烟气捕集系统的分析和设计
王 琰
（大冶特殊钢股份有限公司，黄石435001）
An Analysis and Design of Flue Gas Collecting System for a 60 t AC UHP EBT EAF at Daye Special Steel
Wang Yan
(Daye Special Steel Corp Ltd, Huangshi 435001)
本文分析了大冶特钢7号电弧炉集尘系统的现状，并叙述改进集尘系统的设计，该设计已完成前期准备工作，并已立项，即将实施。
1 大冶特钢7号电弧炉概况
电弧炉最大装入量：70t；出钢量64t；煤粉喷吹量：23kg/t?钢；吹氧量：2 000m3/h；喷吹时间：60min(熔化期）；烟气温度：1 200-1 400℃；最大脱碳速度：0.065%C/min；最大烟气量：35 0003/h(内排烟）。
经分析该电弧炉烟气中CO2占20%，CO 10%，O2 7%，N2 63%。烟尘颗粒分散度和化学组成列于表1，表2。
表1 烟尘颗粒分散度/%
Table1 Distribution of flue dust particles /%
| 阶段 | 颗粒直径/μm | ||||||
| <0.1 | 0.1-0.5 | 0.5-1.0 | 1-5 | 5-10 | 10-20 | >20 | |
| 熔化期 | ? | 2 | 27 | 48 | 7 | 5 | 11 |
| 氧化期 | 48 | >8 | 10 | 6 | 8 | ? | |
| 还原期 | 烟气量很小 | ||||||
表2 60 t 电弧炉烟尘化学组成/%
Table2 Ingredient of 60 t EAF flue dust /%
| 水分 | 挥发物 | CaO | MgO | Fe2O3 | FeO | Fe | Al2O3 | SiO2 | 其他 |
| 4.38 | 6.96 | 13.2 | 6.25 | 32.8 | 0.6 | 17.39 | 5.87 | 9.39 | 3.16 |
7号电弧炉大型密闭罩集尘，大型负压反吹大布袋除尘器的烟气净化系统，从1986年投产以来，运行基本正常。现因吹氧强度增大和采用煤氧枪助熔，除尘效果较投产时有所下降。通过计算增加的烟气量为85 000m3/h（按每吨钢吹煤23kg,1h)，原除尘系统不能适应，尤其在夏季吹氧量大时，密闭罩内的烟尘抽不走，造成烟罩内温度升高，积灰较多，设备工作条件恶化，严重影响生产。特别是在大冶特钢的380m3高炉投产后，随之而来的铁水热装新工艺更加提高了冶炼强度和烟气温度（见表3）。
表3 60 t UHP EBT 电弧炉冶炼工况变化情况比较
Table3 Comparison of melting procedure change condition for 60t UHP EBT EAF
| 内容 | 过去 | 现在 |
| 二次精炼 | 较少 | 多 |
| 吹氧管 | 1-2根 | 2-3根 |
| 氧压 | 一般0.4-0.6MPa | 0.8-1.6MPa |
| 碳氧喷枪 | 少 | 多 |
| 变压器容量 | 一般 | 增容 |
| 电极直径 | 一般 | 增大 |
| 铁水热装 | 无 | 有 |
综合以上因素，目前存在以下问题：
（1）捕集装置全密闭罩已不适应冶炼强度大、吹氧量大及环保要求高的特点。
（2）系统管网布罩不合理，工艺流程长、管网阻力大、有短路环的缺陷，致使风机输出流量低，工作点偏移，效率不高。
（3）控制工艺有缺陷，导致处理风量波动大。
2 电弧炉烟尘捕集方式的选择
2.1 国内外的烟气捕集方式
国内外电弧炉烟气捕集装置有“第4孔”、“屋顶罩”、“侧吸罩”、“半密闭罩”、“全密闭罩”等几种主要形式。各种捕集形式各有利弊，即使同一种捕集形式。也会因设计问题而导致效果的较大差异。各种捕集装置的优缺点见表4。
根据分析了我们确定了“全密闭罩+第4孔”的设计方案。
在原有大密闭罩、大布袋除尘系统基础上，增加第4孔排烟装置，以炉内排烟为主，炉外排烟为辅。即在电弧炉炉盖开设一排烟孔，通过插入排烟轧的水冷排烟弯管与排烟系统管道进行连接，以直接从炉内排除烟气，其余烟气（如炉门、电极孔、炉盖接缝等烟气），通过大密闭罩捕集。从电弧炉第4孔抽出的高温烟气由机力风冷器进行冷却，然后再与大密闭罩排出的烟气混合，温度降至袋除尘器滤袋长期运行所能承受的温度再进入除尘器进行除尘。
该密闭罩综合了全密闭罩与局部排烟罩的优点，能将电极孔、炉盖周围及炉门口排出的烟尘捕集，由于加入了炉内排烟措施，在大罩合拢运行期间，不恶化罩内设备的环境条件，不增加冶炼电耗，不影响电弧炉作业率，在电弧炉出钢和检修时，只需把密闭罩移开，整个电弧炉都在行车视野内，不影响行车起吊，不影响炉体设备的检修。该罩启闭操作方便，运行可靠，能随废钢料篮的正常碰撞，在电弧发生大喷飞溅时，密闭罩还能起一定的屏障作用。这种不动原厂房结构，不影响原电弧炉各种设备的全封闭罩，将电弧炉完全置于其中，与屋顶大罩相比集烟量减少2/3，较好的全封闭罩集烟率可达95%以上。由于罩内附以50-100mm耐热棉毯，可降低15-20dB的噪声，并收到明显的隔热降温的效果。
改进和完善后系统的主要优点为：（1）排烟量小；（2）排烟效果好，熔化期和氧化期烟气基本不外冒，炉内观察清晰，罩内环境有所改善；（3）加快降碳速度，缩短氧化期，降低冶炼电耗，延长炉盖寿命。
3 烟气捕集净化设计原则
3.1 系统组成
60 t 电弧炉烟气净化系统由电弧炉第4孔排烟、大密闭罩排烟以及二次精炼排烟三部分组成，由于场地等因素的限制，共用1台大型袋式除尘器、1台主引风机及输灰系统。
3.2 运行工况
根据电弧炉冶炼的要求，分3种运行工况：
（1）电弧炉处于熔化、精炼期时，第4孔的排烟量。并根据电弧炉烟气的外逸情况，适当利用大密闭罩排烟系统排走外逸的烟气。
（2）精炼后期以及在出钢和装料时，第4孔排烟系统停运，大密闭罩排烟系统满负荷运行。
（3）在第4孔排烟系统处于检修或停运阶段、电弧炉炼钢全过程的烟气由大密闭罩排烟系统满负荷运行。
在电弧炉冶炼的各个阶段，VAD炉排烟系统均可与第4孔排烟及大密闭罩排烟系统同时运行。调节蝶阀的开关设在VAD炉控制室内。电弧炉、二次精炼炉的烟气净化后经烟囱排入大气，经计算净气含尘量小于80mg/m3，符合国家标准。
4 烟气捕集净化工艺及运行
电弧炉在冶炼期间产生的高温烟气从第4孔排出，经水冷反向变管、沉降室、水冷管道以后，烟气被冷却到450℃以下，再经机力风冷器将烟气温度降至200℃，与来自大密闭罩温度为50℃的烟气及来自VAD炉的200℃烟气相混合，使烟气温度降至120℃以下，然后进入袋式除尘器净化，经排烟机、烟囱排入大气。
5 结束语
“第4孔+全密闭罩”的烟气捕集是针对在原有大密闭罩的基础上进行烟气捕集净化改造的行之有效的方式，具有投资小、捕集率高且操作方便的优点，能够适应高强度的冶炼工艺。
