刘春霆，廖 远，刘书忠，周 懿

(1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122； 2.山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢二厂，山西 太原 030003；3.中冶赛迪重庆信息技术有限公司，重庆 401122)

最近几年，随着中国钢铁工业的发展及社会积蓄废钢量增加、国家环保要求、关停地条钢生产线及产业政策引导等因素的影响，中国短流程电弧炉炼钢工艺发展比较快，2018年电炉钢产量约9 000万t，占比从前几年的6%左右上升到9.8%，预计在不久的将来会上升到20%。

从2017年开始新上的电弧炉里面，很多厂家采用了废钢预热型电炉，其中多数采用了带水平输送段。带水平输送段的废钢预热型电炉，生产效率比较高，实际操作可以达到冶炼周期35～40 min，日生产炉数35～40炉。而常规的全冷料电炉，一般冶炼周期为50～55 min，日生产炉数24～27炉。这样快节奏的连续生产，对电炉炼钢厂废钢配料系统能力提出了很高的要求。

一些投产的电炉炼钢厂在实际生产中，出现了废钢供应能力跟不上电炉生产，造成电炉生产能力严重发挥不足的问题。而在常规工厂设计时，怎样确定带废钢水平输送段预热型电炉的废钢供应能力还没有专门的参数和方法。

因此，什么是废钢供应能力的重要参数？怎么确定这些重要参数？这些是在电炉炼钢工艺设计时亟待解决的问题。下面，结合某厂140 t带水平预热系统电炉项目，提出带废钢水平输送段预热型电炉废钢供应能力参数的确定方法和数值。

1 前提条件

电炉座数1座；

电炉型式带水平废钢预热，交流，EBT；

平均出钢量140 t；

年产钢水量142.86万t；

原料组成100%废钢；

60%废钢+40%铁水；

废钢堆密度0.7 t/m3；

废钢至钢水收得率92%；

车间年纯生产时间300天。

2 确定废钢配料系统能力

按电炉采用100%废钢生产进行核算：

电炉冶炼周期T=(1440×300)/(142.86×10 000/140)=42.3min，取42min。

车间日平均生产炉数N1=(142.86×10 000/140)/350=29.16炉，取29炉。

车间日最大生产炉数N2=1 440/40=36炉。

电炉每炉需废钢量Q1=140/0.92=152.17 t。

车间日平均需要废钢量Q2=152.17×29=4 412.93 t。

折合废钢平均供应速度V1=4 412.93/1 440=3.06 t/min。

车间日最大需要废钢量Q3=152.17×36=5 478.12 t。

折合废钢最大供应速度V2=5 478.12/1 440=3.80 t/min。

关于废钢配料系统废钢供应能力，需要考虑的因素有：废钢配料间跨间组成和工艺布置、废钢运入能力、废钢堆存天数、废钢配料间起重机配料能力及作业率、废钢水平输送段输送能力等。对带水平废钢输送带的电炉来说需要特别关注的是：①废钢水平输送段的输送能力；②废钢配料间起重机配料能力。

2.1 废钢水平输送段能力确定

电炉冶炼周期T的组成如下：

通电时间T130 min;

测温取样1 min;

出钢3.5 min;

修炉3 min;

各种耽误4.5 min;

合计42 min。

其中通电时间T1为30 min，非通电时间T2=T-T1=12 min。

废钢水平输送段在T2时间段内都是停止工作的，而通电时间T1中，有5 min左右是钢水升温准备出钢的时间，废钢加料也需要停止。

电炉冶炼时废钢水平输送段的可加料时间为T3=T1-5=30-5=26 min。

2.1.2 废钢水平输送段输送速度

废钢水平输送段输送速度V3=(Q1/T3)×1.1=(152.17/26)×1.1=6.44 t/min，1.1是系数。

输送速度V3是废钢供应能力的重要参数之一，是整个废钢水平输送段设备设计的基础数据。此参数结合料槽内料层高度0.7m、废钢堆比重0.7t/m3等，即可确定水平输送段料槽的断面尺寸，进而确定输送段其他设备设计的参数。

2.2 废钢配料间起重机配料能力确定

给废钢水平输送段上加废钢的设备主要有：电磁盘起重机、履带输送机等。其中电磁盘起重机配料能力核算是关键，关系到电炉产能能否充分发挥，也是确定废钢配料间布置、是否设置履带输送机等的重要依据。

常规设计时废钢配料间起重机配料能力仅核算其作业率，作业率在80%以内即可。但给废钢水平输送段上废钢的电磁盘起重机，如果仅计算作业率是不够的，因为作业率是按日平均来计算的，而废钢水平输送段要求起重机在一个电炉冶炼周期内满足其废钢输送速度才能满足连续生产需要，这时电磁盘起重机已经类似于线上设备。

2.2.1 电磁盘起重机可配料时间

与废钢水平输送段可加料时间T3不同的是，电磁盘起重机可以在废钢水平输送段停止给电炉输送废钢时继续进行配料作业，直至将水平输送段加满废钢。

电磁盘起重机可配料时间T4=T3+(T-T3)×50%=26+(42-26)×50%=34 min。

上式计算中考虑取50%的废钢水平输送段停工时间可以配料。

2.2.2 电磁盘起重机配料能力及起重机数量

电磁盘起重机配料能力V4=(Q1/T4)=152.17/34=4.48 t/min。配料能力V4是废钢供应能力的重要参数之一，是确定废钢配料间数量及工艺布置、电磁盘起重机数量、是否设置履带机等辅助上料手段等的关键参数。

电磁盘起重机的主要参数选择见表1。

表1 电磁盘起重机主要参数

根据电磁盘起重机主要参数，结合废钢配料间废钢运输形式和典型的工艺布置等，计算出电磁盘起重机不同作业的周期见表2。

表2 电磁盘起重机作业周期

根据电磁盘起重机作业周期、电磁盘每次吸料量，要满足V4=4.48 t/min配料能力，计算得到单台起重机配料速度和需要的起重机数量见表3。

表3 电磁盘起重机配料速度和数量

电磁盘起重机的磁盘每次吸取废钢量一般仅与废钢密度大小相关，起重机吨位增加并不能显著增加磁盘每次吸取废钢量。因此电炉吨位大小与电磁盘起重机数量之间基本是线性关系。经计算，考虑落地废钢向纵向输送带配料的工况下，冶炼周期T=42 min不变时，不同电炉吨位需要的电磁盘起重机数量见表4。

表4 不同吨位电炉电磁盘起重机数量

3 计算结果分析及总结

对以上计算结果分析如下：

(1) 废钢水平输送段能力V3需达到6.44 t/min才能满足要求，V3比车间废钢平均供应速度V1(3.0 6 t/min)、最大供应速度V2(3.80 t/min)的数值都大，比值达到169%～209%。V3数据选择不当是一些电炉炼钢厂废钢水平输送段能力跟不上电炉生产的主要原因之一。

(2) 电磁盘起重机配料能力V4需要达到4.48 t/min才能满足要求，同时V4也比V1、V2值大，比值达到118%～146%。废钢配料间电磁盘起重机数量需要按V4进行核算。按V1(V2)计算起重机数量是一些电炉炼钢厂电磁盘起重机配料速度跟不上电炉生产的另一主要原因。

(3)从表2、表3中可以看出，从挂车上直接用电磁盘吸取废钢配料，也就是废钢不落地，电磁盘起重机作业周期(1.5 min)最短，需要起重机数量最少，对提高配料效率很有效。

(4)从表3、表4可以看出，采用双磁盘起重机可以提高单台起重机配料速度，减少起重机数量。

(5)从表4可以看出，对典型两个废钢配料间的工艺布置(每个跨间设置3台起重机，其中2台配料、1台卸料和倒料)来说，如果采用单磁盘起重机，70 t电炉可以满足要求，70 t以上的电炉必须考虑增加履带机等废钢上料手段。如果采用双磁盘起重机，110 t电炉可以满足要求，110 t以上电炉必须考虑增加履带机等废钢上料手段。

需要注意的是，电炉的冶炼周期T、电炉平均出钢量(140 t)、废钢堆比重(0.7 t/m3)、废钢比(100%)等参数的变化对以上计算结果影响很大。这些参数在具体项目设计时要了解清楚，根据具体情况可以考虑一定的富裕量。

在实际生产中，采用履带机等废钢上料的厂家比较多。主要原因是冶炼周期更短(35 min左右)、废钢堆比重低造成电磁盘一次吸取废钢量少、旧厂改造项目原来的起重机是单磁盘、采用抓钢机给履带上料效率比较高等。

阶梯槽专利技术(CISDI-AutoARC)，具有将堆高废钢快速自动分料摊薄输送的能力，可采用自卸汽车直接卸料至阶梯槽，废钢不需要落地，也不需要电磁盘起重机进行配料作业。采用CISDI-AutoARC阶梯槽给废钢水平输送段加废钢，可以显著提高废钢供应能力，满足电炉快节奏连续生产的要求，同时显著降低了电磁盘起重机的数量，减少了废钢落地倒运作业的时间和费用，减少了废钢配料间需要的堆存面积等。

4 结 论

(1)废钢水平输送段输送速度V3、电磁盘起重机配料能力V4是带废钢水平输送段预热型电炉废钢供应能力的两个重要参数。

(2)对于平均出钢量140 t、冶炼周期42 min、采用100%废钢生产的带水平输送段的预热型电炉，废钢水平输送段能力V3需达到6.44 t/min、电磁盘起重机配料能力V4需要达到4.48 t/min才能满足生产要求。

(3)公称容量110 t及以下的电炉，采用电磁盘起重机可以满足配料要求。公称容量110 t以上的电炉一般需要采用履带机等来补充废钢供应能力。

(4)采用CISDI-AutoARC阶梯槽给废钢水平输送段加废钢，可以满足电炉快节奏连续生产的要求，是非常值得在实际项目中进行尝试的废钢配料技术。