Purpose: To review an advanced solutions to improve the energy efficiency of electric arc furnace (EAF), and presentation of own new efficient low-cost solutions with regard to needs of electrometallurgical complex of Ukraine. Design/methodology/approach: Numerical simulation and industrial experiment is used. The patterns and parameters of heat and mass transfer processes, hydromechanics in a steelmaking bath of an arc furnace, thermal operation of water-cooled elements and gas dynamics in EAF workspace, are the subject scope of the paper. Findings: Energy-efficient solutions for steelmaking: bath geometry, design features of water-cooled elements (WCE), distributed aspiration system, and the mid-temperature scrap preheating. Research limitations/implications: Influence of the bath depth on heat and mass transfer and heat loss by radiation; influence of the spatial structure of WCE on heat loss by radiation; the dispersion of aspiration on the amount of fugitive emissions through electrode gaps are established. Practical implications: Grounds to improve EAF melting space, water-cooled elements, aspiration system and utilization of energy loss are obtained. Use of the set of solutions in 120-ton EAF can reduce energy consumption by 56-68 kWh/ton. Originality/value: The new concepts of deep steelmaking bath, WCE with spatial structure and system of dispersed aspiration of the EAF are elaborated.

Для зниження втрат теплоти випромінюванням провідні компанії «Siemens-VAI» (ФРН, Австрія) і «Danieli» (Італія) використовують теплоакумулюючі і теплоізоляційні властивості гарнісажу, що утворюється завдяки конструктивним особливостям водоохолоджуваних панелей [5, 6]. Проблеми засвоєння енергії в ДСП надвисокої потужності (≥1,2 МВА/т) актуалізують задачі зниження і утилізації втрат теплоти, диверсифікації енергозабезпечення. Компанії «Tenova» (Італія), «Siemens-VAI», «JP Steel Plantech» (Японія), «SMS Siemag» (ФРН) розвивають концепцію FAF (fuel arc furnace) з широким (до 40-50 % потрібної енергії) використанням в ДСП більш дешевих первинних джерел енергії [7-9]. Інноваційні «flat bath» процеси «Consteel», «EcoArc», «COSS», «Quantum» передбачають утилізацію теплоти відхідних газів ДСП для попереднього нагріву скрапу [7, 10, 11]. Поширення технологій стримує емісія парникових газів та PCDD/F. В ступ. Дугові сталеплавильні печі (ДСП) забезпечують близько третини світового виробництва сталі, головним чином, завдяки гнучкості щодо вихідної шихти, відносної незалежності окислювального потенціалу в робочому просторі від енергогенерації і можливості диверсифікаціі джерел енергозабезпечення. Низький тепловий коефіцієнт корисної дії (ККД) на рівні 70-75 % при ритмічній роботі ДСП, і значно менший-в печах ливарного класу через тривалі простої обумовлює актуальність зменшення теплових втрат і, таким чином, підвищення енергоефективності. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Постановка проблеми. Згідно з дослідженнями Ю. Тулуєвського і І. Зінурова [1, 2], H. Pfeifer і M. Kirschen [3, 4], до 90 % втрат енергії в ДСП «великої» металургії відбувається з відхідними газами і випромінюванням, що поглинається водоохолоджуваними елементами робочого простору.

A mathematical model of an electric arc furnace off-gas removal system, aimed at improving the energy efficiency of the smelting process, was created and verified by methods of physical modelling and numerical simulations. For an industrial-scale furnace, equipped with annular distributing off-gas suction system, the possibility to reduce fugitive emissions by 40%, air inflow by 24%, total emissions by 13% and the melting dust removal by 33% was shown. The obtained data will allow, according to estimations, specific energy consumption to reduce by at least 16-20 kW h t 21 and increase the environmental performance of the furnace.

No abstract

No abstract