超高化学能电炉可将由烧嘴输入电炉的化学能利用率提高至40％。为适当地利用化学能，炉壳的设计需要改变，降低熔池和壁板表面对炉容的分配，以提高传热效率和废钢收得率，根据废气分析进行动态反馈控制。
为提高化学能的利用率、改进电炉的性能和提高生产率，最近有一种趋势，即建造新型超高化学能电炉(UHCPEAFs)。根据基准分析，评估运行结果，可以看出，目前的设计标准优于几年前的最好水平。影响该工艺的主要因素，一是高化学能的利用，二是炉容设计。
电炉烧嘴和超声波吹氧的能力大大提高。依据吨钢吹氧量，其性能已接近氧气转炉的水平。
高生产率电炉
三年来，电炉的性能出现了变化的趋势。土耳其Icdas钢厂电炉出钢量为175t，输入功率为168MVA，氧气为21000Nm3／h，天然气功率为39MW，配有废钢预热器的排气系统全部集中，已经提出创新性的设计、建设和操作实践的方案。
该厂电炉主要性能是：
(1)生产率：230t／h；
(2)电耗：325kWh／t钢(冷废钢)；
(3)电耗：290kWh／t钢(废钢预热至约200℃)；
(4)总氧耗：47Nm3／t钢；
(5)总天然气耗量：6Nm3／t钢；
(6)电极耗量：0．9kg／t钢。
该厂电炉的性能不高，需要进行改造，建设新一代电炉，即超高化学能电炉。
基准分析
为了对超高化学能电炉的基准特性进行比较分析，需要利用两套不同的数据，即历史数据和目前数据。
在分析的基础上，对4种超高化学能电炉的出钢量进行了比较：60t、80t、100t和175t。目前的倾向是采用大炉容，并改进单位生产率和消耗量。
改造小炉子的目的就是缩短出钢－出钢时间，降低单位消耗量。改造重点是大大增加电能和化学能的输入量。缩短出钢－出钢时间，意味着需要输入极高的电功率。
降低电耗，增加化学能，快速熔炼，导致新一代烧嘴和氧气喷嘴的产生。有两种不同的选择：
(1)增加烧嘴和喷嘴的总数量；
(2)加大烧嘴和喷嘴的功率。
Concast选择了第二种方法，以降低电炉的复杂性和减少维修，同时引入有效的工艺控制工具。超高化学能电炉烧嘴的输入功率约占输入电功率的40％，即高于总输入功率的30％。一般而言，改进电炉的性能、输入化学能的比率要高于输入的电能。
超高化学能电炉还需要选择不同的力学设计参数。其中之一是：容积指数(VI)＝表面／容积(m2／m3)，VI降低，通过增加炉壳内废气的停留时间，来提高传热效率。此外，加大炉容有利于多加废钢，有利于废钢在炉内的分布。炉顶打开时，熔池表面会辐射损失少量的能量。一般而言，新型的超高化学能电炉的指数比老式电炉低20％以上。
目前，采用两块用铜和钢制成的水冷却板，独立水循环，根据热负荷情况，每块板采用不同的流速。安装了喷嘴，超声波吹氧时，热负荷大大增加，在很短的时间内，冷却水的温度会提高一倍。水冷却板耐高温，其内面温度为1100℃，炉壳内气温更高，炉料热交换更好。
工艺控制工具
超高化学能电炉的主要工艺工具是：
(1)先进的电极调节系统，电弧稳定；
(2)渣控制系统，控制碳喷嘴，以降低过热时未覆盖电弧的风险；
(3)带高功率烧嘴的喷嘴和带高效喷嘴的超音速吹氧喷嘴；
(4)氧、碳喷嘴实时废气分析和反馈。
这些工艺控制工具是有效功率输入控制所必需的，可以为实现超高化学能电炉的最佳性能提供保障。这些工艺工具与化学热的传热效率密切相关，同时也影响着电极的消耗和耐火材料的寿命。
燃烧器的效率对熔毕阶段有很大影响，可使熔融金属很快地均匀。这与吹氧效率有直接联系，包括电极消耗、喷溅效应或耐火材料的消耗。
由于有废气的实时激光分析，就可能确定吹氧的效率，并进行有效地控制吹氧。
基准点
电炉性能的基准点是单位电耗。与Concast电炉相比，超高化学能电炉的性能更优异。第二个基准点是单位生产率与总输入能(化学能＋电能)之比。另一个重要参数是单位氧耗。超高化学能电炉的单位氧耗在35Nm3／t钢至40Nm3／t钢之间，比一般电炉高20％～30％。
在出钢到出钢时间约为30min时，必须提高氧气密度，采用目前的吹炼工艺，过热5min即可达到物理脱碳率。
化学能效率
化学能是持续测定的，类似于天然气(或液化石油气)的总贡献和可测算的碳，但不可能精确地估算氧气的贡献，这不包括气体和碳的燃烧。
化学能输入量的估算是将电耗与输入的气体和碳的总能耗相比较；其他化学能的贡献和余数是根据所产生的能(如氧化硅和氧化锰等)单独估算的。冶炼过程中化学能的贡献占总能耗的35％～45％。
由于新技术的开发，产生了表明化学能输入量的新方法。最近，Concast在近似红外线激光工艺的基础上开发了3种实时废气分析仪。应用这些系统，通过第四孔弯头可以不断地监测废气的化学成分。一氧化碳、氧气和气体的温度可不断地测量。采用这3种系统中的一种，还可以对水蒸汽进行分析。
根据来自这些系统的数据，有利于了解传热效率(一氧化碳含量)和耗氧量(废气中无氧)。水蒸汽不仅有利于提高烃气的燃烧效率，还可以了解电炉是否漏水，这对防止烃气爆炸是至关重要的信息。
实时废气分析仪系统创造了前所未有的新机遇，对废气的分析实时反馈给喷嘴以优化工艺，并能更好地了解电炉的热力学。
集成式过程控制仪(IPD)
所有相关任务和目标的集中是喷嘴和废气系统的全自动实时控制的真正的创新。集成式过程控制仪是一种创新和有力的过程控制工具，它是根据场参数的实时信息进行过程控制，尤其是实时激光废气分析仪。过程控制仪与电炉自动化系统的各种参数相关联。控制的重点是：
(1)激光废气分析仪；
(2)喷嘴系统阀座；
(3)电炉的炉压。
集成式过程控制仪的目标包括：
(1)提高传热效率，简化和降低电炉气氛中一氧化碳含量，增加二氧化碳；
(2)降低并优化氧气、碳和天然气的消耗；
(3)防止废气管道中一氧化碳引起爆炸；
(4)确定是否漏水，并防止炉壳内的氢气引起爆炸；
(5)在规定的操作范围内指导工艺过程。
基本的成套设备是实时废气分析仪和指导软件，基于模糊逻辑技术的设计，对烧嘴、氧气、碳的喷嘴进行反馈，并对第四孔弯头后的气缝进行滑套控制。集成式过程控制系统的主要输入数据来自第四孔弯头中的废气，并且利用以下数据：
(1)一氧化碳、氧气和水的含量(体积)；
(2)废气的温度；
(3)电炉的负压；
(4)废气管道滑套的位置。
根据所采用的措施，用氧、碳喷嘴的反馈信号来调节每个喷嘴的阀座和废气的滑套。检测废气中的水蒸汽含量是创新性的技术，水的平衡是由集成式过程控制软件完成的，不仅给出了天然气的燃烧效率，而且能告知操作人员是否有漏水的可能。在这种情况下，集成式过程控制系统能给向程序发警报，以改变信息并处理报警程序。这一安全周期少于30s，足以防止可能发生的严重危害
出处:中国电炉网
