1. 概要

JP Steel Plantech（以下简称“SPCO”）为了对应近年来越来越严格的节能、环保规定，开发了ECOARC。这是一种高效率电弧炉，也是通过废钢连续预热技术与其炉体的密封性实现很高的节能效果与环保指标的，最先进的电炉技术。ECOARC具有利用在炉内产生的废气热量而预热废钢的预热装置（竖井），抑制二恶英、白烟、恶臭排放的燃烧室与急冷室。

在日本、韩国、泰国与中国已经有8套ECOARC工业应用，并长期稳定运行，能耗可减少大约30%。

2. ECOARC设备与工艺

ECOARC本体是由电炉炉体、与炉体连接的预热室（竖井）构成的，后部具有为了分解废气中二恶英类物质的燃烧室与为了防止二恶英热分解后重新组合的急冷室。

2-1　ECOARC本体设备

ECOARC炉体与废钢预热室是直接连接的，预热室会与炉体一起倾动。因此在炉体与预热室的连接处没有空气渗透。同时，电炉中的各个水冷板等之间的间隙最小化也实现了整个炉体的密封结构。炉体装有为了投入电力的电极、作为辅助热源的吹氧装置与喷碳装置。ECOARC的另一个重要特征是在预热室内没有支撑废钢的机械机构如手指（Finger），预热室底部的废钢由推料装置连续推入到熔池里。由于没有手指机构，冶炼产生的废气直接预热废钢，预热温度高，同时ECOARC不用担心过高的温度对竖井设备造成的，如手指与废钢之间的粘附、漏水等有关手指在维护上的难度，整个系统设备的稳定性高，有一家用户达到将近7600小时的年生产时间。

2-2　废气处理系统

在电炉炉内产生的废气通过预热室后会产生二恶英等，经过为了充分进行二恶英类的热分解满足必要温度与停留时间的燃烧室、为了抑制二恶英重新组合降低废气温度的直接喷淋式的急冷室与集尘装置后，再排放到大气中。

2-3　废钢冶炼工艺

废钢冶炼是在平熔池（Flat Bath）状态下进行的，也保证废钢从预热室内到电炉炉体的各部位连续存在的状态。在冶炼期间，被预热的废钢由装在预热室底部的推料装置来连续装入到熔池里。随着利用电极对电炉炉内的废钢电加热冶炼，预热室内的废钢位也下降。下一批废钢是从预热室顶部间断装入，以保持预热室内一直在预热废钢的状态。冶炼一炉量的废钢后，进行钢水的升温，再倾动炉体进行出钢。出钢后，炉体内正常留钢并倾动炉体到水平位置，再开始下一炉冶炼。

2-4　废钢输送系统

图1显示ECOARC的废钢输送系统。废钢输送工作是全自动过程，一般每炉分成8-10次（全废钢冶炼）半连续投入到预热室内。为了实现提前通过HMI或炼钢计算系统设定的废钢混合（废钢种类、量、装入顺序），在废钢跨出废钢混合指示。安装在废钢跨的废钢料斗（Weighing Hopper）进行废钢的称量。废钢输送台车（Scrap Transfer Car）接收在料斗测量过的废钢，再把废钢输送到斜坡小车（Skip Car）。斜坡小车把废钢送到预热室顶部，并把废钢装入到预热室顶部的废钢室。随着电炉炉内的废钢冶炼，预热室内的废钢位也下降，有了空间后，打开废钢室底部的下闸门把废钢装入到预热室内。废钢室里没有废钢并关闭下闸门后，下一批废钢可供给到废钢室。

图1 ECOARC与废钢输送系统

3. ECOARC的特征

3-1 节能

图2显示ECOARC的概念图。在电炉炉内喷入氧气与碳材料产生的CO与被控制的二次燃烧空气反应而得到的高温CO与CO2气体直接接触预热室底部的废钢进行热交换。因此实现很高的热效率。在氧气量30Nm3/t、废气氧化度（CO2/(CO+CO2)）为0.7的条件下，废钢预热温度达850度，耗电量为280kWh/t。没有废钢预热的传统炉的耗电量大概为350-400kWh/t。

另外，其他方式的废钢预热电炉，由于被预热的废钢与炉体之间有距离和低温空气渗入的空间，废气达到废钢之前有热损失，废钢预热效果较差，所以冶炼的耗电量水平在310-330kWh/t左右。

图2 ECOARC概念图与预热原理

3-2 降低电极消耗量

通过连续的平熔池生产，不需要像传统电炉那样的电极频繁扎入废钢中，因此废钢滑落造成的电极损坏情况大大减少，而且在钢水与电极之间通电时的电弧变得稳定。加上，因为炉体的气密性保持很低的炉内氧气量水平，可以抑制电极的表面氧化。由于这些原因，电极正常消耗也大大降低。

3-3 抑制废钢氧化度与提高钢水收得率

由于ECOARC的炉体与预热室是连接的，很少有空气渗入到预热室内。因此可以保持预热室内的氧气浓度在5%以下，预热室内没有废钢氧化的问题。在其他方式的废钢预热电炉，电炉炉体与废钢预热系统是分离式的，也不是一起倾动的。所以炉体与预热系统之间存在一定的间隙，该间隙导致空气渗入，就会导致废钢的过度氧化与粘附的问题。

另外，ECOARC通过推料装置的连续废钢装入方式可以保持稳定的钢水面，就可以保证钢渣与钢水之间很长的还原反应时间，能提高钢水收得率。据用户的生产业绩，ECOARC的钢水收得率比传统炉高1-1.5%。

3-4 抑制二恶英、白烟与恶臭排放

在传统炉中，大型燃烧器安装在废气处理系统里以提高废气温度、热分解二恶英类。随着环保要求变高，会提高燃料成本，这是无法忽略的。

在ECOARC工艺，保持炉内的废气氧化度在0.6-0.7左右的水平，炉内产生的大约30%的CO气体可以不燃烧而直接送到废气处理系统。未燃烧的CO气体在燃烧室里与空气混合燃烧，提高温度到900度以上，以便分解二恶英、白烟与恶臭。因为ECOARC是半气密炉，可以抑制空气渗入到炉内与预热室内，其废气量只约为具有相同生产量的传统炉的60％。

3-5提高生产率

由于耗电量的大幅度降低与电力投入水平的平均化，新建ECOARC的电源设备容量是相同生产量的传统炉的大约50-60%。如果把现有传统炉更换为ECOARC并留用电源设备的话，其生产率会提高50%左右。

另外，因为ECOARC是连续熔解炉，装入废钢时的停电时间短，这也有助于提高生产率。

3-6减少粉尘产生量

在预热室内的废钢层具有粉尘捕集效果。而且因为其炉体、预热室的半气密结构废气量少，废气流速降低，粉尘产生量减少到传统炉的大约50%。因此，粉尘处理费用会降低，有助于降低整个生产成本。

3-7改善炉前工作环境

由于ECOARC生产是在具有充分的泡沫渣的平熔池/埋弧冶炼，而且没有像传统炉的打开炉盖方式的废钢装入，没有电弧与废钢之间发生的闪电声音，操作过程中的噪音大大降低。

另外，ECOARC装入废钢不需要像传统炉打开、旋转炉盖，飞散到炉外的粉尘很少，炼钢厂房内的环境也会保持更清洁。

3-8电源质量

ECOARC没有像传统炉中的很大的功率波动，可以在整个冶炼过程中保持高功率因数、低闪烁和较低的高次谐波。因此，可以大大降低SVC、高次谐波过滤器等电源设备投资，甚至在有些条件下有可能根本不需要这些设备。

3-9固体废弃物的处理

另外，ECOARC也适于处理废轮胎、废塑料、医疗废物等在城市发生的各种废弃物。这些废弃物可以与废钢一起装入到废钢预热室内。因为ECOARC的废钢预热室顶部与其他方式炉不同，是双层结构，所以不会在厂房内直接接触到炉内产生的高温气体而发生烟尘。在日本的ECOARC用户生产钢铁的同时，也在通过废物处理的方式为当地社会做贡献。

4. 运转业绩

表1显示SPCO供货的ECOARC业绩。在所有项目中，都实现降低100kWh/t以上的耗电量。