Phased Optimization Process for Shaft Electric Arc Furnace Smelting with High Hot Metal Ratio

Han Shenghai; Wei Guangsheng; Zhang Yabin; Zhong Xiaodan; Zhang Youliang; Wang Jianzhong

doi:10.20057/j.1003-8620.N250558

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Phased Optimization Process for Shaft Electric Arc Furnace Smelting with High Hot Metal Ratio

Smelting and Solidification | 更新时间：2026-04-07

- Phased Optimization Process for Shaft Electric Arc Furnace Smelting with High Hot Metal Ratio
- Special Steel Pages: 1-7(2026)
- 作者机构：
  
  1.北京科技大学碳中和研究院，北京 100083
  2.天津钢管制造有限公司，天津 300000
  3.本钢集团有限公司特殊钢事业部，本溪 117000
  4.山东钢铁股份有限公司炼钢厂，济南 250000
  5.河钢集团张宣科技，张家口 0751002
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N250558
  CLC： TF741.5
- Received：11 October 2025，
  
  Revised：2025-11-30，
  
  Accepted：02 December 2025，
  
  Online First：09 January 2026，
- 稿件说明：
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韩生海,魏光升,张亚彬等.竖式电弧炉高铁水比冶炼分阶段工艺优化[J].特殊钢,

Han Shenghai,Wei Guangsheng,Zhang Yabin,et al.Phased Optimization Process for Shaft Electric Arc Furnace Smelting with High Hot Metal Ratio[J].Special Steel,
韩生海,魏光升,张亚彬等.竖式电弧炉高铁水比冶炼分阶段工艺优化[J].特殊钢, DOI：.

Han Shenghai,Wei Guangsheng,Zhang Yabin,et al.Phased Optimization Process for Shaft Electric Arc Furnace Smelting with High Hot Metal Ratio[J].Special Steel, DOI：.

摘要

本研究以新型竖式电弧炉配加铁水工艺为对象，针对实际生产中出现的吨钢电耗偏高、终点过氧化及冶炼周期较长等问题，开展了系统性的工艺分析与优化研究。通过深入分析加料节奏、供氧制度及能量输入等关键工艺参数，本文提出了一种分阶段调控的优化策略，该策略系统划分为废钢与铁水配比调整部分、氧枪操作策略优化部分和废钢预热强化部分。工业试验结果表明，经分阶段工艺优化后，吨钢电耗为188.7 kWh，下降了15.3 KWh，冶炼周期为38.45 min，下降了3.84 min，终点氧含量为5.19×10

-6

，过氧化现象得到改善，能耗效率与生产节奏均得到全面提升。本研究验证了分阶段调控策略的有效性，为高铁水比条件下竖式电弧炉的高效、稳定生产提供了系统性的技术方案与实践依据。

Abstract

Focusing on the novel vertical electric arc furnace （EAF） process coupled with hot metal charging， this study conducted a systematic analysis and optimization of the process to address practical production issues such as high electricity consumption per ton of steel， endpoint over-oxidation， and prolonged smelting cycles. Through in-depth analysis of key process parameters including charging rhythm， oxygen supply regime， and energy input， a phased optimization strategy was proposed. This strategy systematically divides the process into three components： adjustment of scrap steel and hot metal ratio， optimization of oxygen lance operation， and enhancement of scrap preheating.Industrial trials demonstrated that after implementing the phased optimization， the electricity consumption per ton of steel was reduced to 188.70 kWh，a decrease of 15.30 kWh， the smelting cycle was shortened to 38.45 min （a reduction of 3.84 min）， and the endpoint oxygen content reached 5.19×10⁻⁶， indicating significant mitigation of over-oxidation. Both energy efficiency and production rhythm were substantially improved. This study validates the effectiveness of the phased control strategy and provides a systematic technical solution along with practical evidence for achieving efficient and stable operation of vertical EAFs under high hot metal ratio conditions.

关键词

Keywords

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徐阿帆，杨俊峰，王小平，等 . 100 t电弧炉能效优化工艺实践［J］. 中国冶金， 2023 ， 33 （ 3 ）： 109 - 116 .

刘璐华 . 水平连续加料电弧炉废钢预热及能量结构优化的研究［D］. 赣州：江西理工大学， 2024 .

胡航 . 多元炉料条件下电弧炉炼钢过程炉体传热数值模拟研究［D］. 长沙：中南大学， 2022 .

Schubert C ， Büschgens D ， Eickhoff M ， et al . Development of a fast modeling approach for the prediction of scrap preheating in continuously charged metallurgical recycling processes ［J］. Metals ， 2021 ， 11 （ 8 ）： 1280 .

Xiao P C ， Jin Y X ， Zhu L G ， et al . Comparative study of heat transfer simulation and effects of different scrap steel preheating methods ［J］. Metals ， 2024 ， 14 （ 8 ）： 913 .

王少强，操龙虎 . 电炉废钢预热技术及其节能效益分析［J］. 工业加热， 2022 ， 51 （ 7 ）： 41 - 45 .

姚聪林 . 全废钢连续加料电弧炉快速熔炼的基础研究［D］. 沈阳：东北大学， 2023 .

习小军 . 电弧炉熔池内废钢快速熔化机理［D］. 北京：北京科技大学， 2021 .

张雷，王小平，蔺学浩 . 100 t电弧炉提高铁水比生产实践与讨论［J］. 河南冶金， 2020 ， 28 （ 6 ）： 51 - 53 .

张海霞，杨密平，杨波，等 . 莱钢50 t电弧炉最佳铁水比的研究［J］. 冶金丛刊， 2010 ，（ 3 ）： 4 - 6 .

田博涵，魏光升，朱荣，等 . 电弧炉电能需求的生产实践与评价［J］. 中国冶金， 2023 ， 33 （ 1 ）： 131 - 138 .

吴耀光，肖步庆，朱立光，等 . 电炉炼钢钢铁原料的现状分析与展望［J］. 钢铁， 2021 ， 56 （ 11 ）： 55 - 62 .

朱薛辉，朱庆桂，周旋，等 . 90吨电弧炉高效化研究与生产实践［J］. 工业加热， 2023 ， 52 （ 5 ）： 7 - 10+20 .

刘征，张文怡，花皑 . 铁水热装电弧炉的运行优势［J］. 冶金设备， 2015 ，（ 3 ）： 53 - 57 .

谢孝容，陈代兵，钟文根 . 45 t电弧炉转炉化改造与生产实践［J］. 工业加热， 2023 ， 52 （ 5 ）： 15 - 20 .

吴红广，王新志，蔺学浩 . 安钢100 t电弧炉高效冶炼技术的研究与应用［J］. 河南冶金， 2021 ， 29 （ 6 ）： 38 - 41 .

Irawan A ， Kurniawan T ， Alwan H ， et al . An energy optimization study of the electric arc furnace from the steelmaking process with hot metal charging ［J］. Heliyon ， 2022 ， 8 （ 11 ）： e11448 .

Yang L Z ， Hu H ， Yang S ， et al . Life cycle carbon footprint of electric arc furnace steelmaking processes under different smelting modes in China ［J］. Sustainable Materials and Technologies ， 2023 ， 35 ： e00564 .

邹安华，王新华 . 150 t Fuchs竖式电弧炉的炉料配比对生产效率和产品质量的影响［J］. 特殊钢， 2010 ， 31 （ 2 ）： 35 - 37 .

朱　荣，王新江，牛重军，等 . 安钢100 t竖式电弧炉高热装铁水比的工艺实践［J］. 特殊钢， 2008 ， 29 （ 1 ）： 40 - 42 .

Xiao P C ， Jin Y X ， Zhu L G ， et al . Comparative study of heat transfer simulation and effects of different scrap steel preheating methods ［J］. Metals ， 2024 ， 14 （ 8 ）： 913 .

潘涛 . 连续加料电弧炉废钢预热效率的研究［D］. 沈阳：东北大学， 2019 .

方昕玥，王斌，喻敏，等 . 交流电弧炉的间谐波检测及状态判断［J］. 电测与仪表， 2020 ， 57 （ 13 ）： 137 - 143 .

张殿军，梁世勇，吴红广 . 竖式电弧炉节能降耗技术研究［J］. 中国冶金， 2005 ， 15 （ 12 ）： 34 - 36 .

杨春梅，颜慧成 . 电弧炉炼钢中碳氧二次燃烧的影响因素和应用［J］. 特殊钢， 2004 ， 25 （ 6 ）： 36 - 38 .

赵舸，胡砚斌，王雪明，等 . 电炉铁水比对供氧量及其利用系数的影响研究［J］. 山东冶金， 2023 ， 45 （ 4 ）： 22 - 24 .

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