我国电弧炉炼钢发展现状

我国电弧炉炼钢发展现状

1 中国电弧炉炼钢产量持续增长

2003年我国电炉钢产量占比最高达17.6%，2016年占比下滑到最低点7.3%，产量仅为5884万吨。2003年我国粗钢产量为2.22亿吨，2016年增加到8.08亿吨，主要是由于转炉钢产量的提高。

造成电炉钢产量比例低的原因是电炉炼钢成本方面的竞争力低于转炉炼钢。主要原因是2003-2016年间，①国内废钢资源的供应紧张，废钢使用成本高；②工业电价偏高，造成电炉炼钢铁水兑入比例持续升高，甚至出现了不用废钢的全铁水电炉转炉化冶炼方式，不能充分发挥电弧炉炼钢在资源能源节约、环境友好方面的优势；③由于炉外精炼技术的完善，一些原来由电炉流程生产的轴承钢、齿轮钢以及不锈钢等传统特钢产品，转炉流程占了大部分产量，电炉炼钢除在铸造行业及高合金钢生产领域仍占一定地位外，生产特钢的优势明显下降，严重阻碍了电弧炉炼钢产量及技术在中国的发展。

2017年国家大力淘汰中频炉“地条钢”产能1.2亿吨，落后钢铁产能500

0万吨，废钢量达1.4亿吨，废钢资源以及电力供应情况得到改善。同时，对钢铁行业节能减排及加强环保督察等工作的日益重视，不少电炉生产企业积极复产或部分企业新上电弧炉，为中国电炉炼钢的发展提供了机遇。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、CO

2、CH

4

、H

2

、H

2

O蒸汽）与其发生反应生成

碳化铁，其反应式为：