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電弧爐底部結(jié)垢會影響生產(chǎn)加工效率，成為困擾全球不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)的一道難題。但如ABB資深冶金學(xué)家滕立東所言，成熟的ArcSave電磁攪拌解決方案一舉攻克了這一難題。

結(jié)垢是在使用電弧爐（EAF）生產(chǎn)不銹鋼和高合金鋼過程中的常見問題。結(jié)垢由未熔化的廢鋼和鉻鐵合金形成，不斷沉積會造成減少有效的熔池容積、降低出鋼重量命中率、廢鋼收得率以及生產(chǎn)力等諸多問題。

鑒于現(xiàn)代鋼廠對生產(chǎn)力水平的追求不斷提升，即便是微小的低效，都有可能會產(chǎn)生重大的影響，從而最終影響業(yè)績。因此，防止?fàn)t底結(jié)垢便成為了工廠性能優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。這個問題可以通過改善鋼水傳質(zhì)傳熱以消除冷熱點來有效地予以解決，最終可以加快廢鋼和鉻鐵的熔化速度而不會產(chǎn)生固體殘留沉積物。

除了通過全面而精確地控制整個爐內(nèi)鋼水的混合效果來消除這一問題外，電磁攪拌技術(shù)（EMS）還能在能耗、工藝穩(wěn)定性和增強(qiáng)安全方面帶來額外的好處。

輝煌歷史開創(chuàng)美好未來

ABB EAF-EMS技術(shù)最初由ABB冶金事業(yè)部發(fā)明并獲得專利，迄今已有80多年的應(yīng)用歷史。如今，在此技術(shù)基礎(chǔ)上，ABB已向全球交付了1870套各類電磁冶金產(chǎn)品，其中包括153套EAF-EMS裝置。該電磁攪拌器安置在爐底殼底部，但不與爐底接觸，通過攪拌線圈產(chǎn)生一個穿透爐底的行波磁場，推動鋼水流動并形成攪拌效果。該電磁場穿透整個熔池深度，沿整個爐膛運動，確保鋼水徹底均勻化。作為ABB新一代EAF-EMS技術(shù)，ArcSave電磁攪拌器攪拌力更強(qiáng)，非常適合當(dāng)今的大功率熔爐，并帶有自動控制功能，可根據(jù)熔爐工藝來自定義攪拌力度。2014年，美國弗吉尼亞州的Steel Dynamics Roanoke鋼廠率先將ArcSave安裝在生產(chǎn)碳鋼電弧爐上，并取得非常好的效果，此后不少不銹鋼和特種鋼生產(chǎn)商紛紛效仿。

ArcSave安置在爐底殼底部，但不接觸爐殼，在熔池內(nèi)產(chǎn)生行波磁場，并在鋼水中產(chǎn)生對流攪拌

奧托昆普不銹鋼公司的成功案例

奧托昆普不銹鋼公司坐落于瑞典阿沃斯塔市，是一家行業(yè)領(lǐng)先的不銹鋼制造商，有著悠久的創(chuàng)新歷史。該公司于1930年發(fā)明了雙相不銹鋼。2014年，當(dāng)?shù)毓S安裝了ArcSave電磁攪拌器，旨在解決其90噸電弧爐底部結(jié)垢問題，同時大幅縮短通電時間并改善氬氧脫碳（AOD）的工藝條件。該電弧爐配備一套110MVA變壓器和一套爐門四槍機(jī)械手來分別噴吹氧、氮、硅鐵和碳，并結(jié)合電能和三個燃?xì)鈬娮靵砣刍瘡U料，專門生產(chǎn)高鉻含量的特種鋼。為了生產(chǎn)這種鋼，電弧爐中需要投入大量的鉻鐵合金，由此導(dǎo)致了底部結(jié)垢問題。該公司曾嘗試使用底吹攪拌裝置（BGS），但因堅硬的殘留物和爐渣而未果。

安裝ABB ArcSave后，廢鋼和鉻鐵熔化狀態(tài)得以改善，從而解決了結(jié)垢問題并帶來了一些其他好處，例如提高金屬收得率、改善出鋼重量和出鋼溫度的準(zhǔn)確率，使得下游工序AOD操作更加順利。出鋼溫度降低了20~30°C，同時出鋼溫度命中率由30%提高到100%，出鋼重量命中率也從69%提高到了93%。此外，生產(chǎn)能耗降低3~4%，電極消耗降低8~10%，啟弧時間縮短4~5%。

世亞鋼鐵鏟除龐大爐垢

作為韓國唯一的不銹鋼管材生產(chǎn)商，世亞鋼鐵為其70噸電弧爐安裝了ABB ArcSave電磁攪拌系統(tǒng)，以解決厚達(dá)1000mm的嚴(yán)重爐垢堆積。該電弧爐配備了一套72MVA變壓器和一套爐門四槍機(jī)械手來分別噴吹氧、鋁和碳。此外還采用三個燃?xì)鈬娮靵眍~外加熱，以熔化90%的廢鋼和10%的鐵合金。

該公司與奧托昆普不銹鋼公司情況類似，均采用配置三個透氣磚的底吹攪拌裝置，但結(jié)果并不理想。最終只能用耐火材料移除機(jī)將渣殼破碎，然后用起重機(jī)將其吊出熔爐。不得不說，此舉艱難又耗時。安裝ABB ArcSave后，電弧爐實現(xiàn)爐溫均質(zhì)化，使渣結(jié)垢厚度減少到200mm以下，還帶來以下生產(chǎn)便利：

• 更易于廢鋼加料；

• 改善熔池液面控制；

• 提高出鋼重量命中率；

• 提升金屬收得率；

• 降低爐內(nèi)耐火材料的維護(hù)量。

ArcSave電磁攪拌系統(tǒng)可以全面精確地控制整個爐內(nèi)的鋼水均勻性

世亞鋼鐵節(jié)能約3~4%，而通電時間縮短4~5%。值得注意的是，由于熔化大塊廢鋼能力的提高（最多可達(dá)4噸），廢料處理成本降低了70~80%。在安裝ABB EAF-EMS之前，世亞鋼鐵電弧爐只能使用較小的廢鋼，才能保證其完全熔化。

ArcSave使出鋼重量命中率提高24%

結(jié)論

從上述案例中可見，EMS在不銹鋼生產(chǎn)過程中意義重大，除了減輕令人困擾的底部結(jié)垢外，還能提升一系列生產(chǎn)參數(shù)，如提高5~7%的產(chǎn)量，降低3~5%的能耗，同時可提高工藝穩(wěn)定性和可重復(fù)性，減少合金、石灰、電極和其他工藝添加劑的使用。

從成本壓力到競爭日益加劇和環(huán)保顧慮，冶金行業(yè)正面臨一系列顛覆性的挑戰(zhàn)，ABB ArcSave所帶來的優(yōu)勢為那些愿意通過創(chuàng)新技術(shù)通往成功的鋼鐵制造商提供了重要的幫助。迄今為止，ABB ArcSave的大量安裝也正說明了冶金專家和不銹鋼制造商正在積極探索新道路。

摘自《自動化博覽》2020年12月刊