我国电弧炉炼钢发展现状Word格式.docx

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2017年我国电炉钢产量约7750万吨，2018年全国电炉钢产量将继续增加，具有明确计划投产的电弧炉产能合计1560万吨左右，再加上2017年新建和复产产能的完全释放、老电弧炉的技改、产能利用率的提升，增量有可能超过3000万吨。

据统计，2018年上半年中国电炉钢产量累计约为5183.2万吨，所占比例为11.9%，预计2018年全年产量有望达到1亿吨。

目前，还有56座电炉计划2018-2023年投产，产能约4700万吨。

预计2025年中国废钢产生量将达2.8亿吨，巨大的废钢资源量，必然促进以废钢为主要原料的电弧炉炼钢产量的提高和技术的发展，预计2025年电弧炉生产的粗钢产量占比将达到20%-25%。

2电弧炉所用原燃料结构

2.1电弧炉所用的金属料

废钢是电弧炉冶炼的最主要原料。

废钢资源不足是影响电弧炉炼钢发展的主要原因。

废钢来源一般有三个方面，即钢铁企业在生产过程中的自产废钢、工矿企业在生产过程中的加工废钢、社会（生产、生活、国防等）废弃钢铁材料（包括拆旧废钢如：

报废汽车、舰船、钢结构桥梁与建筑钢等）。

由于技术的进步，前两个原因产生的废钢量下降，社会废钢量不断增加。

由于社会废钢重复使用或含有较多量的Cu、Sn、As、Pb等不易去除的有害元素，造成一些有害元素在钢中富集，废钢质量下降。

为了解决废钢短缺及质量下降的问题，必须开发废钢替代品。

目前，主要的废钢替代品有：

铁水（生铁）、直接还原铁（DRI）、脱碳粒铁、碳化铁、复合金属料等。

2.1.1铁水（生铁）

现代电弧炉广泛采用碳氧枪、二次燃烧、氧燃烧嘴技术、炉气二次燃烧技术等，吸收融合了转炉强化冶炼技术，特别是供氧强度大大提高，用氧量高达30Nm3/t左右，有的甚至超过40Nm3/t，接近转炉用氧量。

与之相应的是配碳量提高，加铁水（生铁）是最有效的配碳方法。

当铁水加入量较大时，由于氧化钢液中的元素（主要是碳），产生大量的化学热，冶炼时可有一段时间不供电，即电炉转炉化冶炼，我国甚至出现了全铁水电炉转炉化冶炼方式。

长流程钢铁企业有电弧炉的基本都采用加铁水工艺，而且部分电弧炉流程钢厂新建高炉提供铁水，以解决废钢资源短缺及电炉流程生产成本高的问题。

新建高炉为电弧炉供给铁水的方法，从目前及今后的发展来说不可取。

电弧炉炼钢加铁水技术具有以下优点：

1）对非平熔池冶炼炉型，可以优化供电，提前形成熔池，增加大功率供电时间，缩短冶炼周期；

2）增加物理热和化学热，提高热效率；

3）可以稀释钢液中的有害金属杂质元素含量。

加铁水量不是越多越好，将铁水比控制在30%-50%是较为合适。

当供氧强度较低时，最佳铁水比约为30%左右；

供氧强度大时，铁水比可达50%。

德国普锐特公司开发的Quantum电弧炉，为了获得足够好的预热效益，提出废钢至少应当使用50%。

全铁水电炉转炉化冶炼方式，已使电弧炉失去了在可持续发展方面的优越性。

生铁主要是将铁水（液态铁）铸造成铸锭，全球生铁在电弧炉中的平均使用量为金属总量的5%-10%。

2.1.2直接还原铁

目前，95%的直接还原铁用于电弧炉生产。

直接还原是指铁矿石和含铁氧化物，在低于熔化温度之下，还原成金属产品的炼铁过程，一般在竖炉或回转窑中进行。

根据产品不同，分为海绵铁、金属化球团及热压块铁三类。

生产方法有气基直接还原法和煤基直接还原法。

国内某电炉厂使用直接还原铁的数据如表1所示。

由表1的数据可以得出电弧炉炼钢使用直接还原铁的优点：

1）化学成分稳定，有害杂质少，特别是P、S、N含量，有利于生产高附加值产品；

2）质量稳定和低残余类元素（如铜小于0.002%），可以很好地稀释废钢中有害元素，增加废钢供应的选择空间；

3）海绵铁和热压块铁可以连续地装入炉内，断电时间少、热损失小，有利于节电，也有利于缩短电炉的冶炼时间，提高产量；

4）有利于造泡沫渣，延长炉内耐材和电极使用寿命。

但由于脉石及氧化铁在直接还原铁中的含量较高，增加了冶炼难度，石灰、电耗、熔化时间等指标均受到影响，因此不宜大量使用，一般用量不超过20%，国内有研究表明，使用量控制在12%为最佳。

但是，在国外DRI的使用量已超过50%。

2.1.3脱碳粒铁

脱碳粒铁的全称为脱碳粒化生铁，是在高炉出铁时，经过高压水淬火，制取不同粒度的粒化生铁（3-10mm）。

然后将其装入回转窑，通入一定量的混合气体，加热至一定温度，进行生铁脱碳，得到可供电弧炉炼钢所用的原料。

脱碳粒铁的成分如表2所示。

电弧炉使用脱碳粒铁具有以下优点：

1）脉石含量较直接还原铁低1%-3%，可降低电耗约10%；

2）S、P含量低，杂质元素也较直接还原铁低；

3）粒铁表面少量的FeO，有利于电弧炉造泡沫渣。

2.1.4碳化铁

生产碳化铁的基本原理是将铁矿石送进具有一定温度、压力的流化床反应器中，通入预热的工业气体（CO、CO2、CH4、H2、H2O蒸汽）与其发生反应生成碳化铁，其反应式为：

3Fe2O3+H2+CH4=2Fe3C+9H2O

碳化铁成分如表3所示。

由表3可见，碳化铁中含碳量高达6%，可满足现代电弧炉炼钢高配碳的要求，并且具有以下优点：

1）有利于电炉低氮钢的生产，电弧炉喷吹碳化铁炼钢时，钢中的氮含量从0.007%降低到0.003%-0.004%；

2）有利于造泡沫渣，使用碳化铁作原料时，即使不向熔池喷吹碳粉，也能很好地造泡沫渣；

3）有利于降低脱硫成本。

碳化铁洁净，硫、磷含量低，一些扁平材生产厂使用部分碳化铁取代炉料中铁水，很容易降低吨钢脱硫成本；

4）有利于节能。

碳化铁可在电弧炉炉顶加入，无需开启炉盖，减少了温度损失。

2.1.5复合金属料

复合金属料是俄罗斯研制成功的一种用于替代炼钢生铁、球团矿、合格炉料坯及废钢的新型炉料。

它是通过铸铁机，利用熔融的铁水和一定的配加工艺，填加15%-25%的填加料（烧结矿或球团矿），经冷却固结后而形成的。

主要由炼钢生铁和内封的氧化铁组成。

开发的复合金属料成分如表4所示。

在电弧炉上应用时，较低温度下（1150-1200℃）即可形成泡沫渣。

复合金属料块熔化时，“封存”于其中的填加料铁氧化物温度高于1100℃时，即开始与铁中的杂质进行化学反应，并形成渣相和CO；

温度高于1200℃的情况下（低于废钢的熔化温度），电弧炉内就已经形成了可流动的起泡液体渣，连续地释放出一氧化碳气泡。

实践表明：

应用复合金属料，减少了氧气的消耗量，降低了电耗，缩短了冶炼时间。

综上所述，电弧炉配加一部分废钢替代品，不仅弥补了低残余元素废钢的不足，而且提高了钢水的纯净度，但也存在增加环境污染（主要是CO排放量）、提高生产成本以及浪费某些金属元素的缺点，尤其当大量配入时，废钢利用率下降。

电弧炉所用造渣料与转炉类似。

2.2电弧炉所用的燃料

电弧炉所用的主要燃料包括氧气、天然气及碳粉。

强化用氧技术的发展和应用，对电弧炉炼钢经济指标的改善起到了重要的作用。

其中氧燃烧嘴、炉门氧枪和二次燃烧是主要的用氧方式，将它们结合使用，可起到改善熔池搅拌效果、促进冶金反应、降低电耗以及提高生产率等作用。

氧燃烧嘴可以保证冷区的温度，强化二次燃烧，因此，能有效地缩短冶炼时间，提高电弧炉的生产效率。

炉门碳氧枪的氧气以超音速离开喷头，穿透炉渣进入钢液进行冶金反应，碳粉则通过压缩空气载体喷入炉内造泡沫渣，并还原钢渣中的氧化铁。

炉门碳氧枪具有提高热源、脱碳和形成泡沫渣的作用。

侧壁碳枪所用碳粉，通过压缩空气载体喷入，为造泡沫渣提供碳源，保证泡沫渣质量的改善。

目前，国内主要电弧炉燃料的消耗情况如表5所示。

3电弧炉炼钢装备的发展

现代电弧炉炼钢技术的发展与LF精炼技术的出现和发展有着密切的关系，它使电弧炉的冶炼功能简单化。

如图1所示，电弧炉炼钢功能的演变过程包括以下三个阶段：

第一阶段：

包括熔化、氧化、还原的传统型电弧炉。

第二阶段：

由于出钢槽式电弧炉炉型的原因，电弧炉必须造好还原渣才能出钢，钢渣混出，还原精炼的任务由LF来完成。

第三阶段：

无渣出钢技术的成功开发，还原期全部由LF精炼完成，形成了电弧炉（EAF）+钢包精炼（LF）+连铸（CC）的现代电弧炉炼钢流程。

电弧炉炼钢技术的发展是围绕缩短冶炼周期和降低能耗，与此相应促进了电弧炉装备的发展。

20世纪60-70年代，主要是发展超高功率供电及其相关技术，包括高压长弧操作、水冷炉壁、水冷炉盖、泡沫渣技术等，并开始采用钢包精炼及强化用氧技术。

但这一阶段，电弧炉容量较小，采用炉体倾动还原渣出钢方式，仅是部分还原期移至炉外进行。

20世纪80年代初，钢包精炼（LF）技术及偏心炉底出钢（EBT）技术的应用，将全部还原期移至炉外进行；

应用超高功率供电，充分利用变压器功率，提高熔化速度，缩短冶炼周期。

20世纪80年代末，大型超高功率直流电弧炉问世，由于其对电网冲击小、石墨电极消耗低的原因，占据绝对的优势。

与此同时，高配碳、强化用氧技术（包括超音速氧枪、碳氧枪、氧燃烧嘴、底风口、二次燃烧技术）趋于成熟，奥钢联将其称之为K-ES技术，达涅利公司将其称之为Danarc技术，德马克公司将其称之为Korfarc技术。

这一阶段废钢预热开始，大量化学能和物理热的输入增加了新能源，使得冶炼周期大大缩短，电极消耗进一步降低。

20世纪90年代中期，由于连铸单流产量提高，一机多流、多炉连浇技术的发展以及薄板坯厚度的增加，要求进一步缩短冶炼周期，交流电弧炉与直流电弧炉形成竞争发展的趋势。

这时更加关注废钢预热，即二次燃烧和烟气显热的利用问题，不同的废钢预热方式产生了不同类型的电弧炉，它们分别是Consteel电弧炉、烟道竖炉电弧炉、Comelt中心废钢预热竖炉电弧炉、带手指烟道竖炉电弧炉、MSP多级废钢预热电弧炉、DanarcPlus电弧炉、Conarc电转炉、Contiarc电弧炉。

废钢预热必须考虑排放废气中有害气体CO、二恶英（Dioxin）和呋喃（Furan）等的含量，料篮废钢预热因二恶英及呋喃等有害气体含量超标被淘汰。

进入2000年，出现了Ecoarc技术，它不仅具有废钢预热的优势，还可使二恶英和呋喃排放量降低到0.1ngTEQ/Nm3以下，可满足日本和欧洲有关环保要求，成为对环境友好的电弧炉技术。

2003-2016年间，由于国内废钢短缺及电力价格高的原因，严重阻碍了电弧炉炼钢技术及装备在中国的发展。

2017年国家大力淘汰中频炉“地条钢”及落后产能，对钢铁行业节能减排及环保更加重视，促进了电弧炉炼钢的发展。

为顺应中国电弧炉发展的需求，国外纷纷推出高效节能、环保型电弧炉。

除Consteel电弧炉和ECOARC电弧炉外，还有达涅利公司开发的EAFECS、西马克公司开发的ShArc