电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析

电弧炉与中频炉工艺及成本分析

——关于地条钢泛滥的思考

目前生产螺纹钢常用的方法有几种，最普遍的是被称作长流程的“高炉+转炉+连铸”工艺，以及被称作短流程的“电弧炉+连铸”和“中频炉+连铸”工艺。这里暂不讨论长流程工艺，单说短流程工艺，即电弧炉和中频炉生产建筑用材工艺，看看这二者之间有什么区别，并借此聊一聊地条钢。

一、炼钢工艺简介

炼钢是严格的“熔化+精炼”过程，不是简单的“化铁水”，炼钢工艺及实际操作是保证成品钢材质量的关键，通过吹氧脱碳、造渣精炼、钢液脱氧、吹氩搅拌乃至真空脱气等手段，进行脱碳、脱磷、脱硫、去除气体和夹杂，调整成分和温度，保证钢材质量。

1、电弧炉炼钢

电弧炉炼钢是利用三相电极向炉内输送电能，通过电极端部与炉料之间的高温电弧形成3000℃以上的高温来熔化炉料。现在的超高功率电弧炉还配备有炉壁氧枪和炉门氧枪，为炉膛冷区提供辅助热源，进一步提高供热强度，加速熔化。一些有条件的工厂用高温铁水代替部分废钢，或利用余热对入炉废钢进行预热，提高入炉料温度，以加快熔炼速度，节能降耗。

传统电弧炉熔炼工艺有以下几个过程：装料→熔化→氧化→脱氧合金化→出钢→铸坯（锭），这种方法冶炼时间长，设备利用率不高，不能够确保生产节奏，现代电弧炉炼钢都把脱氧合金化工作放到炉后的钢包精炼炉进

行，并且在熔化炉料的过程中，通过提前造渣、大量用氧以及吹氧搅动熔池等，通过氧化脱碳和流渣换渣操作，迅速降低钢中的磷和气体、夹杂物含量，缩短冶炼时间。过去普通功率电弧炉熔炼时间多在4小时以上，而现在的超高功率电弧炉整个冶炼周期仅为70-90min。

电弧炉初炼出的钢液，含氧量很高，而且成分、温度都不符合要求，需要通过钢包精炼来脱氧、调整化学成分和温度，以及尽可能多地去除钢中的非金属夹杂物。钢包精炼炉简称LF炉，也是通过三相电极向钢包内的钢液通电加热，并且在钢包底部配有透气芯，可向钢液底部通入惰性气体氩气。通过补加合金调整化学成分，通过沉淀脱氧和造还原渣扩散脱氧不断地降低钢液含氧量和含硫量。连续的底部吹氩，可促进钢液内部的非金属夹杂上浮去除。

电弧炉和钢包炉所用炉衬材料都是碱性耐火材料，耐浸蚀性好，被卷入钢中形成夹杂物的数量也少。所以“电弧炉+钢包炉+连铸”（简称EBT+LF+CC）工艺生产的钢产品质量好，且稳定可靠。

电弧炉（EBT）和钢包精炼炉（LF）熔炼示意见图1、图2。

2、中频炉炼钢

中频炉全称中频感应电炉，中频炉炼钢又称感应熔炼，它是通过向炉体的感应线圈输入中频电源，在坩埚内形成一个强大的交变磁场，这个强交变磁场使得坩埚内的金属炉料产生感应电流，在自身电阻的作用下逐步发热发红直至熔化。这种熔炼的优点是金属挥发少，炉料收得率比电弧炉略高，烟气排放也相对较小。

感应熔炼理论上可以进行氧化、还原等各种操作，但这些工艺仅针对那些生产特殊材料、且以镁砂制作碱性坩埚的小炉子（一般3吨以下），而且一般只进行还原操作而不会选择氧化操作。对于建筑钢材，由于其价格低廉且要求不高，多以石英砂打结坩埚，这样的酸性炉衬，不能够造碱性渣脱硫，所以一般情况下中频炉熔炼仅仅只有一个“化铁水”的功能，没有任何的精炼手段，钢液质量好坏完全取决于炉料条件。

中频感应熔炼示意见图3.

为了改善钢液质量，中频炉熔化后必须配套钢包精炼炉（LF），进行还原精炼，充分脱氧、脱硫和去除夹杂物。

综上所述，电弧炉炼钢与中频炉炼钢所用的设备不一样，冶炼工艺不一样，冶金效果也大不相同。

3、钢材实际生产工艺

电弧炉、中频炉、精炼炉这三种炉子搭配，再配备一些其它精炼设备，如：真空脱气（VD），氩氧炉（AOD），真空氩氧炉（VOD），电渣重熔炉等，可以生产出不同品种，不同性能的各类钢材，绝大部分结构钢、不锈钢、工模具钢和特殊钢都是通过这些工艺组合实现的。商家会根据产品需要选择炉型、设备组合和工艺路线。

对于建筑钢材，由于要求不高，一般采用“电弧炉+精炼”（EBT+LF+CC）工艺，或“中频炉+精炼”（IF+LF）工艺，通过连铸轧材来实现的，不需要配备其它的精炼手段。

实际生产中，由于电弧炉熔炼材料消耗大、成本高，企业多选择中频炉熔炼。

问题在于很多生产商在利益驱使下，连钢包精炼也省却了，结果炼钢变成了化钢，钢材质量根本没法保证，这种钢材被归入“地条钢”行列。

4、地条钢

地条钢原是在九十年代生产力低下、经济条件相对落后的情况下诞生的一种土法生产工艺，产品起先多为小规格圆钢和线材，后来也生产螺纹、型材。

基本生产工艺是用中频炉熔化废钢，但起先因条件所限，炉容量很小，多在几十到几百公斤，上吨的炉子很少，没有连铸机，采取模铸或砂铸浇铸成长条坯，然后轧制成螺纹、线材、圆钢等垃圾材料。

不论模铸还是砂铸，都不能保证铸坯质量。

首先，本身钢液质量就很差，如此小作坊，既不具备检验手段，也不具备质量意识，原料条件很差，生产中偷工减料，成品化学成分是什么只有天知道！

其次，根本不按照模铸要求来设计模型，无论铁模或砂模，都是一条细长的直槽，浇出的铸坯，疏松、缩孔、夹渣、翻皮、气孔等缺陷极为严重，砂铸的坯子更夹杂有大量砂粒。

这样的铸坯掉地上就能断，生产出来的钢材又能保证啥性能？

下面看一组地条钢的图片：

除了上述情况以外，还有一种形式的地条钢。这种地条钢没有熔炼设备，直接从一些生产铸锭的钢厂购买铸锭产生的汤道、中铸管等废料，或者用废旧钢板边角料剪成条作为坯料，轧制成线棒材，甚至有用废旧钢轨为原料轧材的……这类钢材比上述的地条钢好不到哪去。

随着不断的资本积累和社会进步，地条钢生产也逐步走向了规模化，炉子越来越大，从几百公斤→几吨→十几吨→几十吨，逐步从工艺4进化到工

艺3—“IF+CC”，产能也一跃超过亿吨！

尽管这样的状态比原先的地条钢质量好了不少，但总体上质量还是没有保障，性能也不稳定，使用这样的材料建成的设施，隐患多，危害大，所以这种钢材只能称为“地条钢”。

二、不同熔炼工艺的冶金效果

1、“电弧炉+精炼”工艺

采用“EBT+LF+CC”（电弧炉+钢包精炼炉+连铸）的工艺，有全套的吹氧脱碳、二次精炼等手段，可以充分去除钢中的气体和非金属夹杂物，一般情况下，可以把H、O、N分别控制到5.5ppm、50ppm和80ppm以下，钢中的S、P更可以很轻松地降到100ppm、150ppm以下，钢中非金属夹杂物总量可控制到70ppm以下。

2、“中频炉+精炼”工艺

“IF+LF+CC”（中频炉+钢包精炼炉+连铸）的工艺，有钢包精炼炉进行二次精炼，能够实现钢液脱氧及去除部分钢中夹杂物的功能，可以将硫控制到较低水平，钢中N含量甚至可略好于电弧炉钢，但由于原料条件差，缺乏氧化脱碳的过程，对于危害更大的P和H却完全无能力控制，成品P的高低完全取决于原料条件，成品H往往高于6ppm至十几ppm，夹杂物含量比电弧炉钢也要高出很多。

3、中频炉工艺

“IF+CC”（中频炉+连铸）工艺，直接将废钢熔化后连铸成坯，完全没