科技新进展：绿色输送废钢预热技术研究及应用

一、研究背景与问题

随着国内环保需求和国内废钢量的不断增加，同时受国家“十四五”规划电炉发展政策和双碳政策的影响，电弧炉炼钢将迎来新的历史性发展机遇。电弧炉炼钢过程的能源消耗和碳排放均只有高炉-转炉长流程的1/3，是钢铁工业可循环、绿色化发展的重要路径。

电弧炉冶炼废钢过程中，废钢主要通过顶装料和水平连续加料两种方式加入电弧炉中，主要存在生产效率偏低、能量消耗高、二噁英污染等问题，为了解决以上问题，迫切需要研发出一种装备可靠、生产效率高、节能环保的绿色输送废钢预热技术。

针对现有废钢加料方式以及其优缺点，中冶赛迪工程技术有限公司进行了长期的技术储备、理论和试验研究，开发出拥有自主知识产权的废钢预热技术，解决了废钢预热生产效率低、不环保、设备不可靠、废钢预热效果差等问题。

二、解决问题的思路与技术方案

绿色输送废钢预热工艺如图1、2所示。绿色输送废钢预热工艺是将来自废钢料场的废钢通过废钢输送装置加入电炉。废钢输送装置分为废钢加料装置和废钢预热装置，废钢加料装置接收废钢料场的废钢，与冷空气接触，废钢预热装置设有密闭罩，与电炉接口相连形成一个密闭通道，可以通过电炉烟气预热废钢。在两者之间设有动态密封，隔绝冷空气进入废钢预热段。废钢预热段前后设有两个除尘通道，两除尘烟道在汇合处设有摆动密封门，可动态调节混合后的烟气温度，最后烟气进入沉降室急冷，避免产生二噁英。

图1 连续加料废钢预热工艺

同时，废钢预热段可设置化学能强化预热装置，绿色消纳社会废弃物（如：汽车拆卸的废旧轮胎、废旧塑料），并作为炼钢部分的能源输入，废钢预热输送槽具有独特阶梯结构，可扰动翻滚废钢，使废钢预热更充分，达到节能效果。此外整个设备安全可靠，可快速输送废钢，达到加料时间段的效果。

图2 连续加料废钢预热工艺示意图

三、主要创新性进展

（一）主要技术措施

主要解决了废钢预热温度低、烟气容易产生二噁英、废钢加料时间长等问题。

1、提高废钢预热温度。通过化学能强化装置和阶梯扰动输送结构，使废钢预热温度升高，同时废钢预热更均匀，废钢预热平均温度可达500℃以上。

（1）采用化学能强化装置（图3）。在电炉烟气作为主热源情况下，以高速燃气烧嘴作为辅助热源，利用高速烧嘴射流冲击废钢料层，强烈搅拌并带动电炉烟气，共同预热通道内的废钢。燃烧介质可以为高炉煤气+天然气，转炉煤气、天然气或其它能源，化学能灵活配置。端部设有动态密封装置，避免冷空气进入预热通道，提高废钢与烟气的接触面积和换热效率。通过仿真计算废钢预热平均温度至～500℃。该装置对烟气中的显热和一氧化碳燃烧产生的化学热、烧嘴提供的化学热以及废钢中携带可燃物燃烧释放的化学热进行优化使用，取得最佳的废钢预热效果。

图3 化学能强化示意图

（2）输送槽独特阶梯构造。传统水平连续加料设备只能预热废钢表面，废钢预热效果不理想，通过在输送槽上设备若干阶梯，使废钢在运输过程中发生翻滚，可获得更大的预热深度，并且废钢整体预热更均匀。

（3）避免冷空气混入。预热段末尾设置有烟气旁路及高可靠动态密封装置，隔绝冷空气进入强化预热涵道，提高系统热效率，保证预热效果。

2、烟气温度调节系统。通过摆动密封门动态调节两个除尘通道的烟气量实现烟气温度调控，通过沉降室喷淋急冷方式冷却烟气，抑制二噁英生成。

（1）调节烟气温度。设置两个除尘通道，两通道间有强化预热装置，可使涵道的烟气保持高温，同时保证烟气充分燃烧，避免产生二噁英，预热段长度增加，可使烟气中的大颗粒粉尘更多的沉降在预热通道中，与废钢一起输送返回炉内，提高金属收得率且减少除尘灰量，摆动密封门动态调节，可使汇合后的烟气温度控制在850℃~900℃，使二噁英的完全分解。

（2）沉降室喷淋急冷，能快速冷却烟气温度至200℃，抑制二噁英的合成。

3、高效输送废钢。通过灵活多样的配料手段和自主研发的动力装置，保证废钢快速从废钢料场输送至炉内。

（1）灵活多样的配料手段。每个钢厂废钢料场布置不尽相同，情况多样且复杂。针对这种情况，提出了天车配料、链板机配料、抓钢机配料、阶梯震动槽配料等多种方式，且可以随意叠加。能够解决废钢料场里电炉距离远、废钢料场地形复杂、配料跟不上生产节奏、配料人员不够等多种问题。

（2）可多组叠加的振动动力装置。自主研发的分布式激振器结构紧凑，分别安装在输送槽两边刚性同步，可避免传统水平加料装置受长度约束的弊端，加料速度提高至8~10t/min，齿轮、轴承等关键零件寿命长，可靠性高。提高了电炉炼钢的生产节奏。

（二）主要创新点

1、研发的烟气化学能强化系统和输送槽独特阶梯构造，提高了废钢预热温度，加深了废钢预热厚度，使废钢预热更均匀，从而降低了电弧炉冶炼废钢的能耗。

2、研发的动态密封装置，可隔绝冷空气进入预热涵道，提高废钢预热效果。

3、研发的烟气温度可调节系统，可抑制二噁英的生成，提高金属收得率，降低沉降室粉尘量。

4、研发的高效输送废钢装置，可适应工厂复杂多变的配料环境，高效快速将废钢输送至电弧炉内。

（三）知识产权保护、学术论文等进展

围绕绿色输送废钢预热技术，已申报相关专利30项，已授权13项。

海外专利6项。

编写标准2项。

（1）国家标准GB/T 41994-2022：《工业炉及相关工艺设备 电弧炉炼钢机械

和设备的安全要求》。

（2）中国金属学会团体标准 T/CSM1 2020《阶梯连续加料电炉》。

四、应用情况与效果

目前已推广应用于中冶陕压重工设备有限公司、四川都钢钢铁集团股份有限公司、衡阳华菱钢管有限公司、云南玉溪仙福钢铁集团有限公司共四家企业。绿色输送废钢预热系统设备运行稳定，效果良好，通过使用该技术，能使二噁英排放≤0.1ng-TEQ/Nm3，废钢预热温度高达500℃，吨钢冶炼能耗250~280kw.h，冶炼周期25~30min，金属收得率提高2%~4%。

图4二噁英治理—喷淋急冷现场与控制画面

图5 高效输送连续加料废钢预热设备