我国电弧炉炼钢发展现状及前景(电弧炉炼钢的发展)

近年来，世界粗钢年产量在16亿吨至18亿吨之间，其中电炉钢占4亿吨以上，占比约25%。不包括中国，电炉钢占全球钢铁行业的40%以上。美国电炉钢比例达到67%，是发达国家电炉钢比例最高的。 2020年，我国粗钢产量达到10.65亿吨，其中电炉粗钢约9600万吨，占比约9%。还有很大的改进空间。截至2020年底，我国拥有30吨以上电炉约420座，产能18225万吨。

与长流程相比，电炉短流程的CO2排放量仅为25%，固体废物排放量仅为1/30，能耗约50%，优势明显。短流程还具有即时启停、生产高效灵活、能够吸收城市垃圾等优点。随着我国废钢资源逐步释放，电炉在未来10至15年将有巨大的发展潜力。国家鼓励利用废钢炼钢和短流程炼钢，鼓励企业在不新增产能的情况下置换电炉工艺产能，鼓励环境压力大、产能严重过剩地区向环境压力相对较大的地区置换产能。废钢充足，钢材供应不足。区域。

随着世界钢铁总产量的增加，电炉炼钢的总产量也逐年增加。除中国外，电炉钢目前已占全球钢铁行业的40%以上，中国电炉钢仍有很大的增长空间。今后电炉应选择能满足高效、节能、连续送料、废钢预热、绿色环保、余热回收等要求的炉型，工艺技术应选择与炉型相对应的完成相应的冶金功能，实现可持续发展。同时，电炉发展还应重点发展高效低耗的节能低成本生产技术、绿色工艺关键技术、智能制造技术、高附加值特钢冶金技术等。

电炉炼钢技术围绕生产高效、功能简化、环境友好、控制智能、原料多元化的目标不断发展。电炉冶炼高效率追求的目标是尽可能缩短冶炼周期和通电时间，减少冶炼电耗。围绕以下六个方面开展工作：采取提高吨钢输入电功率的方法，具体表现在技术水平上设备尺寸更大、功率更高；提高钢中元素氧化的化学热和氧气燃烧器提供的化学热；通过废钢预热后提高废钢的显热；提高电效率和功率因数，如合理化供电系统、采用智能电弧炉、优化短网结构等；缩短热停炉时间，如废钢装载时间、电极连接时间、出钢时间、修炉时间等；组织整条生产线单一品种的生产比组织多品种的生产效率更高。

选择先进炉型，实现废钢充分预热、连续投料、不开盖、熔池平坦、噪音低、烟尘少、二恶英微量、除尘灰回收等目标。在技术开发过程中、电炉经历了传统开盖电炉、Fuchs电炉（立式预热废钢）、Consteel电炉（水平连续加料）、Quantum电炉（量子电炉）、Ecoarc电炉（环保生态电弧）炉）、Sharc电炉（竖式电弧炉）、CISDI-Green电炉（赛迪绿色智能电炉）、CERI-s1-Arc电炉（中冶京诚新型废钢预热电炉）等不同类型的开发。

传统常规敞顶电炉的优点是设备故障少，稳定可靠。但其缺点是几乎无法很好地达到上述目的，且生产效率较低。 20世纪90年代，福克斯电炉和Consteel电炉几乎同时引入中国。由于福克斯电炉设备故障率较高，在无法抵消废钢成本的背景下，基本被淘汰。康钢电炉设备国产化后，在“中国向电力化转型”的背景下，以其高效、低成本、稳定可靠的优势而迅速发展。 2017年之前，全国95%的电炉为开顶装料类型； 2017年以来，公司新增电炉设备85%以上为连续水平加料系统。然而，Consteel电炉也有明显的缺点。主要原因是水平烟道尾气预热废钢的设计温度为400摄氏度至600摄氏度，而废钢温度一般只能达到200摄氏度至300摄氏度；预热废钢槽钢中的废气温度处于呋喃和二恶英的峰值范围内，难以解决有害气体造成的环境污染问题；大量“野风”进入预热通道，给除尘和余热回收带来困难。

量子电炉、Ecoarc电炉和Sharc电炉希望通过垂直烟道预热废钢来解决上述问题。量子电炉采用废料槽提升小车代替篮式上料，采用虹吸式无渣出钢系统。仍采用指式系统对废钢进行维护预热，预热温度高，有害气体少。目前，全球在产和在建的量子电炉共有11座，其中墨西哥1座、土耳其1座、孟加拉国1座、中国8座。 2020年底，我国两台量子电炉投产，综合效果有待观察。 Ecoarc电炉的主体部分由用于熔化废钢的熔化室和与熔化室直接相连的预热竖炉组成。炉体密封与废钢预热相结合。它在平坦的熔池中运行，并且高度自动化。废钢预热温度可调节至800摄氏度，可避免污染物的产生，二恶英排放量小于0.1ng-TEQ/m3（纳克毒性当量值每标准立方米，下同）。

目前在产和在建的Ecoarc电炉共有9座，其中日本5座、韩国1座、泰国1座、中国2座（在建）。 Sharc电炉均为直流电炉，噪音低、粉尘少。它们采用双轴设计，利用废气预热废钢。二恶英低于0.1ng-TEQ/m3。应用方面，除了土耳其已投运的100吨Sharc电炉外，河钢石钢还引进了两台130吨Sharc电炉。总之，这三类电炉的应用数量较少，其前景还有待进一步观察。

目前，国产电炉设备占国内电炉产能的85%，进口电炉占15%。虽然国内厂家在单台设备上已经具备了一定的实力，100吨以下的电炉设备也基本实现了国产化，但中国科技工作者也一直致力于开发具有自主知识产权的成套电炉设备。为了尝试结合卧式装料和立式电炉的优点，国内设备制造商推出了CISDI-Green电炉。该电炉采用阶梯式连续封闭废钢喂料的思路，形成了独特的阶梯式喂料专利技术。已获得中国和欧盟专利授权，并形成国内团体标准。技术指标也比较先进，有多台电炉在国内及东南亚投入使用。另一家设备制造商推出了CERI-s1-Arc电炉。废钢通过小车添加到轴上。轴下的推钢机构将废钢推入水平通道。水平通道将废钢振动进入平坦的熔池，从而实现废钢的连续加料；通过烟气快速冷却、活性炭吸附和余热锅炉，降低二恶英含量并实现余热利用。这种电炉集成了许多先进技术，目前还处于推广阶段。

总体而言，国内电炉生产企业在设计和制造先进炉型方面还需要在多方面下功夫。电炉类型未来的发展方向将是能够实现连续加料、废钢预热、绿色环保、低二恶英排放、余热回收和智能炼钢的电炉。

先进炉型采用多种高效生产技术。目前，国内Consteel的部分电炉在全废钢的情况下，可以像转炉一样实现30分钟的冶炼周期。其他技术经济指标可达到金属回收率90%~92%，废钢总电耗小于300千瓦时/吨，电极消耗小于1.0公斤/吨，单位名义产能年产量可达到10000吨钢/吨。多于。目前，电炉钢成本比长流程高出500元/吨钢至600元/吨钢。区别主要在于原料铁矿石、焦炭、废钢、电耗、电极消耗、耐火材料消耗等。短流程降低了成本。出路就在于上述因素。鉴于国内钢铁企业成本长期居高不下，扩大废钢进口、减少对铁矿石的依赖是现实的选择。

此外，电炉钢低生产成本的过程管理和控制还包括：降低原材料成本，加强废钢和含铁原材料的分类、加工和管理，广泛使用各种含铁材料，例如：如热压铁块、提钒铁等。降低能耗，开展电炉供电技术优化研究，降低电耗和电极消耗，回收物理热，如热装海绵铁、混炼等热金属；加强化学热能回收，如废钢预热技术和实行连续供料装置。错峰用电、利用错峰电费折扣、运行过程的连续性和自动化、缩短热停机时间等。

钢铁企业以“高效、低耗、绿色、智能”为目标，需要选择合适的电炉类型和生产工艺。转炉工艺的原料主要是液态铁水，而电炉工艺的原料主要是固态废钢，最终产品形式是钢水。物理和化学形态的不同转变决定了不同的控制方法。因此，电炉的控制比转炉的控制困难得多。电炉炼钢必须充分考虑这一差异。未来发展方向主要包括短流程高效低能耗低成本生产技术、绿色关键工艺技术、新型生态电炉短流程智能制造、高附加值特钢冶金技术等。