随着能源和环境问题越来越受到重视，具有低碳环保特点的电炉炼钢生产流程将不断发展，这也对电炉工作者提出了更高的要求。笔者认为，今后电炉炼钢装备技术主要是朝着信息化及智能化方向发展。与终点控制相关的电弧炉炉气在线分析系统、能源输入数据分析及集成节能优化控制将成为今后电炉装备技术发展的趋势。
信息化技术让电炉生产更精准
在电弧炉技术发展中，只凭借操作者经验来控制电弧炉生产将限制电弧炉生产力提高和冶炼过程优化。数据信息交流和过程优化控制，促进了电弧炉装备技术的进一步发展。
电弧炉钢水温度终点预报模型：电炉炼钢系统是一个复杂的非线性系统，精确建模比较难。由于神经网络具有很强的学习能力和非线性逼近能力，有一些学者研究用神经网络预报冶炼终点钢水温度，但是由于神经网络存在过学习、局部极小点、结构和类型设计依赖于专家经验等固有缺陷，这在一定程度上限制了其在电炉温度预报中的应用。近年来，有关研究者开发了基于支持向量机(SVM)的电炉温度预报模型和人工神经网络技术、遗传算法结合的电炉温度预报模型。前者利用从国内某钢厂的数据进行建模和预测，得到了预测温度与实际温度之间的误差在±10℃的命中率为87%，误差在±15℃的命中率为94%的效果；后者以某钢厂100吨电弧炉生产数据建模和预测，得到的电弧炉终点温度的精度范围为±2℃、±4℃、±6℃、±8℃时，混合遗传算法终点温度命中率分别为80%、88%、90%、96%的效果。
电弧炉漏水监控模型：电弧炉如有过多水分进入会引起爆炸，致使生产中断、设备损坏，甚至人员伤亡。因此，对电弧炉中水分的监控十分重要。传统对电弧炉漏水的监控主要靠人为观察。
现代电弧炉中水含量的监控有两种方式：第一种是利用EASOP在线烟气成分分析仪和在线露点探测仪检测出烟气CO、CO2、H2、O2和H2O的含量，利用H2O的含量监控为溶解的水含量，利用H2、H2/CO或H2、CO2/CO指标监控H2含量；第二种方法是利用烟气分析的成分和基础操作数据，通过物质守恒和能量守恒建立模型，监控电弧炉中水的渗入量。这两种方法都将利用实验和历史数据分析界定正常值与异常值的范围，设定警告、警报或采取自动处理措施避免造成危害。欧美已有15个生产企业正在或已经安装了基于EASOP的电弧炉水监控系统，并成功地监控了多起炉壁或炉盖的水渗漏事故。
iEAF动态控制技术：国外某公司注册的iEAF型智能电弧炉动态控制系统，是一种革新的自动化系统，它能实现连续、即时过程测量和在线动态过程控制。iEAF智能控制系统将电弧炉控制和它的辅助机械控制与自动化综合在一起，根据炉子上不同传感器提供的反馈信号(如电流、电压、烟气的温度和压力信号等)，以及控制参数(氧-燃烧嘴的氧气和天然气流量、碳粉喷射量等)和电极调节器工作状态等来管理和控制冶炼过程。目前，意大利某厂使用了iEAF动态过程模型技术。该技术可对电弧炉烟气的成分、温度进行测量，预测废钢熔化及熔池情况，提高了对电弧炉内冶炼过程的认识。
电弧炉冶炼过程控制成本优化系统：在传统电弧炉冶炼操作中，电弧炉技术指标受操作者熟练程度影响。现代计算机技术的发展，使利用计算机的记忆和计算功能优化电弧炉操作成为可能。国内某单位研发的电弧炉冶炼过程控制成本优化系统通过对电弧炉冶炼工艺历史数据的记录，建立数据库；根据成本、能耗最低或冶炼时间最短原则，选择与当前冶炼炉次炉料结构、冶炼环境等相近的最优历史数据，然后根据最优炉次的冶炼工艺进行冶炼，以达到最优的冶炼效果。该系统已在国内外电炉上进行试运行。
供氧设备优化降低生产成本
电弧炉辅助装置包括供氧设备、炉料上料装置、余热回收设备等。新装置电炉集束供氧及余热锅炉的使用大幅度降低了电弧炉炼钢流程的能耗，节约了生产成本。
电弧炉供氧装置：提高电炉吨钢用氧量、增加电炉内化学能输入是强化电炉冶炼、提高电炉节奏的最有效手段之一。在熔池碳源充分时，每喷吹1m3氧气相当于向炉内供应3kWh～4kWh的电能。因此，高效地将氧气输入到电炉炉内，对加快电炉炼钢的冶炼节奏、大幅度降低生产成本是非常重要的。
电炉炼钢氧气产生的化学能在电炉能量输入中已占了较大的比例，达到30%～40%。特别是电炉大量采用生铁及热装铁水后，化学能的比例达到总能量的40%以上，相当于电炉增加了近一倍的能量输入，大量输入氧气已成为现代电弧炉炼钢工艺的一个重要特点。
电炉的炉型决定了其供氧的多样性。目前供氧设备主要包括炉门氧枪、炉壁氧枪等，同一电弧炉上可以同时使用多种供氧设备。这些供氧装置的使用使电弧炉炼钢的生产成本逐步下降，钢产量大幅度提高。
炉壁氧枪：电弧炉炉壁氧枪有多种形式，主要为固定式超声速氧枪及移动式氧枪两种。固定式氧枪的主要缺陷是存在氧气射流不足，而移动式氧枪因粘钢不易移动。目前，国内外采用最多的集束射流氧枪是利用气体力学原理，在传统氧枪的主氧周围设置伴随流，伴随流由燃气及氧气的燃烧火焰组成，在主氧流周围形成了等压圈，使氧气速度衰减放慢，形成类似与激光束的氧气射流流股，因此超音速射流的长度和熔池搅拌能力都得到增强。
集束氧枪强化用氧技术给现代电弧炉炼钢带来明显的经济效益。但这些集束氧枪控制系统基本上属于半闭环控制系统，冶炼过程中的用氧操作是按炼钢的经验大体确定一个用氧规则，不能保证冶炼操作中能达到优化用氧。有研究者运用数据挖掘技术中的模糊聚类思想，根据电弧炉的冶炼历史数据，针对不同钢种和铁液比，找出最优的用氧组合，并建立相应的规则，实现最优控制。
测温定碳设备应用完善自动控制
电弧炉生产普遍使用的取样和测温方式是通过人工将取样器或热电偶从炉门插入钢水中来完成的。国外某企业设计的SIMETAL LiquiRob自动测温取样机器人，外层涂有特殊防尘隔热纤维，具有6个自由度的运动、自动更换取样器和测温探头、检测无效测温探头等功能，可以通过人机界面全自动控制。与机械手取样相比，其使用寿命更长，维修成本更低。自动取样测温机器人的使用有力地改善了电弧炉生产的工作环境，提高了测温取样的精度。
对熔池中碳含量的测定除了通过取样分析的方法外，还可以通过气相定碳技术来完成。气相定碳技术是根据炉内物料平衡，利用质谱分析仪或红外烟气分析仪连续测定电弧炉排放烟气量及CO、CO2含量，结合炉原材料成分、质量等数据，连续计算出吹炼过程中熔池碳含量的技术。国外开发的EASOP系统由第四孔烟气取样器、静压传感器、气体高温计、红外烟气分析仪组成，通过PLC和PC机连接，计算出电弧炉中碳含量，在欧美等地得到了使用。
对熔池温度的测定主要是通过热电偶测定，但利用红外测温技术测定熔池温度是今后发展的趋势。国外一些企业正致力于红外测温技术应用于电弧炉熔池连续测温的研究。可以预见，电弧炉连续测温技术的成功使用，将给电弧炉炼钢自动化控制和模型优化带来深远的影响。
余热锅炉利用实现节能降耗
电炉烟气余热回收设备在近年来得到研究和应用。余热锅炉利用烟气热产生水蒸气，用于电弧炉后续工序VD生产或生活使用。余热锅炉热效率可达到75%，回收热量约为预热废钢回收热量的2.5倍。
莱钢50吨电弧炉第四孔除尘系统应用了余热利用技术，在炉料中铁水占50%的情况下，热管式余热锅炉小时产蒸汽量为20吨～22吨，蒸汽用于VD炉真空泵及炼钢生产区域采暖、浴室等。余热蒸汽锅炉代替原柴油蒸汽锅炉后，每吨电弧炉初炼钢水减少柴油蒸汽锅炉耗油约11千克，折合能耗16.5千克标煤/吨；余热锅炉回收烟气的余热约18.7千瓦时/吨，烟气余热的回收效率达38%。江苏淮钢采用余热锅炉回收电弧炉烟气余热后，新改造的除尘系统吨钢能耗成本从传统的20.51元/吨降低为-1.56元/吨，实现了负能除尘。
信息来源：《中国冶金报》
