随着全球对节能减排的关注日益增加，钢铁行业在低碳生产方面的需求愈发迫切。电弧炉短流程炼钢工艺作为一种碳排放较低的生产方式，受到广泛重视。该技术通过灵活使用废钢、直接还原铁（DRI）和氢能等清洁原料，不仅降低了对传统碳源的依赖，还为实现钢铁行业的碳达峰和碳中和提供了有效路径。然而，电弧炉的进一步优化仍需在能量效率、冶金反应和智能化控制等方面进行创新提升，以适应未来更高效和可持续的钢铁生产需求。
尽管电弧炉短流程炼钢具备显著的低碳潜力，但现有技术依然面临多个瓶颈。传统电弧炉生产中，能量利用效率偏低、熔池内化学反应控制不足、以及难以实现关键冶金参数的精准在线监控等问题，导致工艺稳定性和生产效率受限。此外，在实现废钢高效熔化、提升炉渣发泡性和改进供能效率等方面，电弧炉技术尚未达到预期水平。
最近，宝山钢铁股份有限公司的田博涵博士及所在团队对电弧炉低碳高效智能冶炼相关工作进行了总结，展示其技术现状，并对电弧炉炼钢技术的未来发展方向进行了展望。论文涵盖了从绿色能源的应用到智能监测和控制模型优化等多个方面。例如，通过使用绿电和氢能，显著降低了电弧炉的碳排放，并设计了专门的泡沫渣控制系统，提升了炉渣发泡的稳定性。此外，通过深度学习和AI大数据技术实现的废钢分类系统，有效提升了原料管理效率。这一系列技术进步不仅提升了宝钢湛江钢铁等示范项目的生产效率，还为高品质钢的智能化生产打下了基础。
相关研究成果以“电弧炉低碳高效智能冶炼技术进步及展望”为题目发表于《钢铁》期刊2024年第59卷第9期。论文作者为：陈兆平，田博涵*，蒋晓放，武文合，魏光升，朱荣。
该论文的主要研究结果与结论如下：
通过使用氢基DRI和绿电供应，实现了电弧炉的低碳化生产，降低碳排放比例高达60%。
开发了以AI为核心的废钢分类系统，使废钢分类准确性和效率显著提升，为绿色生产提供了良好基础。
提高了泡沫渣的控制精度和稳定性，使得电弧炉内热效率更高，能量利用效率提升至40%以上。
针对电弧炉冶炼过程，开发了多项监控与智能控制技术，包括炉温监控、冶炼终点控制等，为未来大型电弧炉的高效生产奠定了基础。
宝钢湛江钢铁等多个示范项目已利用该项技术体系，成功生产出高强度、低碳排的高品质钢材。
论文中的主要图片和表格如下：
图1. 绿电供能及电弧炉电气系统
图2. 含氢等离子电炉炼钢装置
图3. DRI炉料比例与熔清钢液氮质量分数的关系
图4. 钢液氮质量分数随熔清后时间的变化
图6. 解决方案示意
图7. 电弧炉技术进步对降低钢铁工业能耗的效果
图8. 抗氧化涂层对石墨电极的影响
图9. 炉渣碱度温度对发泡性能的影响
图10. 电弧炉喷碳与供氧工艺导致的增碳与氧化现象
图11. 铁水加料对电弧炉生产指标的影响
图12. 使用DRI 作为原料的电弧炉中炉渣碱度与磷容量的关系
图13. 埋入式喷粉技术脱磷技术原理
图14. 电弧炉熔池搅拌驱动力的来源
图15. 德国GMH钢厂炉气实时监测系统
图16. 电弧炉有效反应区模型
图17. Simental EAF Heatop（Holistic process control）整体控制方案
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