電弧爐底部結垢會(huì )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。

結垢是在使用電弧爐（EAF）生產(chǎn)不銹鋼和高合金鋼過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題。結垢由未熔化的廢鋼和鉻鐵合金形成，不斷沉積會(huì )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(wèn)題。

鑒于現代鋼廠(chǎng)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(huì )產(chǎn)生重大的影響，從而最終影響業(yè)績(jì)。因此，防止爐底結垢便成為了工廠(chǎng)性能優(yōu)化的重要環(huán)節。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)改善鋼水傳質(zhì)傳熱以消除冷熱點(diǎn)來(lái)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(huì )產(chǎn)生固體殘留沉積物。

除了通過(guò)全面而精確地控制整個(gè)爐內鋼水的混合效果來(lái)消除這一問(wèn)題外，電磁攪拌技術(shù)（EMS）還能在能耗、工藝穩定性和增強安全方面帶來(lái)額外的好處。

輝煌歷史開(kāi)創(chuàng )美好未來(lái)

ABB EAF-EMS技術(shù)最初由ABB冶金事業(yè)部發(fā)明并獲得專(zhuān)利，迄今已有80多年的應用歷史。如今，在此技術(shù)基礎上，ABB已向全球交付了1870套各類(lèi)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(guò)攪拌線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)穿透爐底的行波磁場(chǎng)，推動(dòng)鋼水流動(dòng)并形成攪拌效果。該電磁場(chǎng)穿透整個(gè)熔池深度，沿整個(gè)爐膛運動(dòng)，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，非常適合當今的大功率熔爐，并帶有自動(dòng)控制功能，可根據熔爐工藝來(lái)自定義攪拌力度。2014年，美國弗吉尼亞州的Steel Dynamics Roanoke鋼廠(chǎng)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，在熔池內產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，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(zhù)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，當地工廠(chǎng)安裝了ArcSave電磁攪拌器，旨在解決其90噸電弧爐底部結垢問(wèn)題，同時(shí)大幅縮短通電時(shí)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(mén)四槍機械手來(lái)分別噴吹氧、氮、硅鐵和碳，并結合電能和三個(gè)燃氣噴嘴來(lái)熔化廢料，專(zhuān)門(mén)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，由此導致了底部結垢問(wèn)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，從而解決了結垢問(wèn)題并帶來(lái)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(shí)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(shí)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，以解決厚達1000mm的嚴重爐垢堆積。該電弧爐配備了一套72MVA變壓器和一套爐門(mén)四槍機械手來(lái)分別噴吹氧、鋁和碳。此外還采用三個(gè)燃氣噴嘴來(lái)額外加熱，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(lèi)似，均采用配置三個(gè)透氣磚的底吹攪拌裝置，但結果并不理想。最終只能用耐火材料移除機將渣殼破碎，然后用起重機將其吊出熔爐。不得不說(shuō)，此舉艱難又耗時(shí)。安裝ABB ArcSave后，電弧爐實(shí)現爐溫均質(zhì)化，使渣結垢厚度減少到200mm以下，還帶來(lái)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；

• 降低爐內耐火材料的維護量。

ArcSave電磁攪拌系統可以全面精確地控制整個(gè)爐內的鋼水均勻性

世亞鋼鐵節能約3~4%，而通電時(shí)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%

結論

從上述案例中可見(jiàn)，EMS在不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中意義重大，除了減輕令人困擾的底部結垢外，還能提升一系列生產(chǎn)參數，如提高5~7%的產(chǎn)量，降低3~5%的能耗，同時(shí)可提高工藝穩定性和可重復性，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，ABB ArcSave所帶來(lái)的優(yōu)勢為那些愿意通過(guò)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(shuō)明了冶金專(zhuān)家和不銹鋼制造商正在積極探索新道路。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年12月刊