电弧炉炼钢技术发展

电弧炉炼钢技术发展

摘要：本文主要介绍了电弧炉炼钢技术的发展历程，论述了其工艺改进和高效化技术发展，探讨了我国电弧炉炼钢技术的发展现状、存在的问题以及近年来取得的显著成果，分析了存在问题的原因，并提出了发展前瞻性建议。

关键词：电弧率；炼钢、发展

自20世纪60年代起，电炉炼钢技术取得了较大的发展和进步，电炉钢年产量逐年增长。通过电弧炉炼钢的发展历程可以看出，如何从高效率、高质量、低能耗、低排放、可持续发展的角度来对电弧炉炼钢技术进行改进和创新是电弧炉炼钢技术发展的关键。

一、电弧炉炼钢技术的现状

1、我国电弧炉炼钢技术的现状

电弧炉向大容量发展，并且形成了科学的现代化电弧炉冶炼流程；而且电弧炉炼钢技术经济指标明显提高，近几年又引进了国外先进的生产技术，在生产过程中的许多方面有所创新，我国现代化电弧炉炼钢技术及电弧炉炼钢技术取得了显著的成绩。

2、世界电弧炉炼钢技术的发展现状

（1）原料多样化

电弧炉炼钢原料种类多元化，例如铁水、碳化铁、DRI／HBI等，随着原料的增加和改进，极大地提高了电弧炉的适应性，废钢中的残余物更好地被稀释，大大提高了钢水的品质，此外电弧炉原料的多样化也拓展了电炉钢产品的范围。

（2）合理供电

如今的电弧炉炼钢已逐渐由交流炉向超高功率、高阻抗交流炉及直流炉方向发展，炼钢过程尽量实现低电流长弧操作，但是要注意尽量避免产生过多的电网污染，这样一来，输入功率得到了提高，冶炼速率加快，缩短周期，减少电极消耗，同时还能降低噪音的影响。

（3）能量多元化

炼钢过程中采用多种形式的能量可以有效降低电能消耗，目前通常采用的能量形式有机械式氧碳枪、二次燃烧、炉壁氧一燃烧嘴、底吹气等，增强了输入强度，同时冶炼效率得到进一步提高。

（4）余热利用

降低能量消耗是减少整体总能耗的关键，废气余热再利用是减少能耗的有效手段。多种炉型例如竖炉、Consteel炉、双炉壳、C0NARC炉、ECOARC炉等的相继出现，许多技术问题也不断涌现，在问题的解决过程中体现出了电弧炉炼钢技术的发展。

（5）绿色环保

电弧炉炼钢常用的环保措施有电弧炉除尘粉、三级除尘、炉渣再利用等，为乐控制烟尘的放散，冶炼过程采取全封闭方式进行，同时还要有针对性地采取专门的措施加以治理，如ECOARC炉，具有显著降低烟尘放散的功能。

二、现代电弧炉冶炼技术的发展

上世纪六、七十年代，电弧炉炼钢技术主要是发展超高功率供电以及其他相关技术，这一时期开始采用钢包精炼和强化用氧。到了八十年代，LF以及EBT技术得到了开发，电弧炉冶炼和炉外精炼的电弧炉炼钢技术已初步走向成熟，八十年代末高功率的直流电弧炉以其强大的优越性被广泛应用，占取了绝对的优势，同时强化用氧技术逐渐趋于成熟。随着化学能源不断输入，电弧炉冶炼周期得到明显缩短，并大大降低了电耗和电极消耗。到了九十年代，交流电弧炉与直流电弧炉的竞争越来越激烈，为了适应不同的预热方式，产生了不同类型的电弧炉，二次燃烧和烟气显热的利用引起了人们的普遍关注。

现代电弧炼钢技术发展的核心目标时冶炼周期的缩短，也就是冶炼速率的提高。以能量平衡的角度分析，电弧炉炼钢周期τ=τ1+τ

其中，τ1=（C×W×60）/（PeηcosΨ+Pc+Pp）

τ2=（Ce-CC-CP）×W×60/( PcηcosΨ)

C=（PeηcosΨ+Pc+Pp）×τ1/(W×60)

C= Ce-CC-CP

τ代表电弧炉冶炼周期；τ1代表通电时间，单位min；τ2代表热停工时间，

单位min；W代表钢液重量,单位t；Pe代表表观输入电功率，单位Kw；η代表点

效率；cosΨ表示功率因数；Pc代表通过化学热换算得到的电功率，单位kW；Pp代表通过物理热换算得到的电功率，单位kW；C代表电能消耗，单位kW·h/t；Ce代表CC与CP的值为零时的电能消耗，单位kW·h/t； 2

CC代表化学热导致的电能节约量，单位kW·h/t；Cp代表物理热导致的电能

节约量，单位kW·h/t。

通过以上式子可以看出，提高吨钢的输入电功率值是缩短生产周期的关键，变压器额定功率大小直接影响化学热换算得到的电功率，也就是Pc的值，并且

Pc的值随着输入功率的增大而增大；冶炼周期与PC值密切相关，PC主要来源于氧

化和燃烧过程产生的化学热，碳氧化所产生的化学热达到炼钢所需能量的三分之一左右；物理热换算得到的电功率越高也越有利于缩短冶炼周期，此部分电功率主要来源于废钢预热和铁水操作产生的显热；提高ηcosΨ值可以减短冶炼周期，通过优化供电曲线和短网结构等方式均可以提高ηcosΨ值；通过增加物理热和化学热能够有效节约电能消耗，据研究调查表明，如果增加1立方米的氧，每冶炼1吨钢就可以节约4千瓦的电能，每增加百分之一的铁水，可节约点鞥4–5 kW·h/t；在τ1、W、C、ηcosΨ固定不变的前提下，增加化学热或物理热都能

够降低变压器的额定功率，τ1、C、ηcosΨ固定不变时，增加W可有效提高生

产率；减小停工时间τ2可以缩短电弧炉冶炼周期在物理热。

三、我国现代电弧炉炼钢技术的发展以及存在的问题

近年来我国电弧炉冶炼技术取得了突破性的进展，冶炼周期已经达到60min以下，最短可达35min,而早在1965年电弧炉冶炼周期为180min。在电耗方面，已由从前的630kW·h/t减少到200kW·h/t。上世纪八十年代我国的电弧炉数量急剧增长，但大部分是技术水平较低的小炉子，最近几年，我国电弧炉冶炼设备和工艺技术取得了飞跃性的发展，电弧炉数量、容量增长较快，其生产率能够满足连铸要求，电炉钢产量逐年上升；在借鉴国外先进技术的基础上，许多新的电弧炉冶炼技术研发问世，如地毯电炉钢生产技术、电弧炉以氮带氩全程底吹技术、电弧炉优化用电技术、电弧炉终点碳在线控制技术等；技术经济指标得到明显提高，目前已得到国际领先水平。尽管如此，我国的电弧炉炼钢技术还存在诸多问题：首先，废钢资源紧缺。虽然我国钢年产量居于世界前列，但是由于废钢消耗较多，而且没有形成合理的废钢回收管理机制，废钢积累量有限，导致废钢价格居高不下，这在一定程度上制约了电炉钢比的提高。第二，缺乏一个科学的发电能源结构，随着电量需求的日益增长，电力紧张，火力发电比例较大，风能、水能等清洁能源发电尚未全面普及，电力需求仍然依靠石化能源。第三，电弧炉炼

钢企业规模较小，市场竞争力较差，有些电弧炉厂家亏损现象严重，甚至倒闭。第四，我国电弧炉炼钢的环保技术有待加强，与国外相比存在一定差距。这就需要积极采取措施，减少对铁矿和焦煤等不可再生资源的实用，建立一套完整的废钢回收、管理机制；大力开发清洁能源，减少石化能源的使用，形成合理的发电能源结构；生产高附加值产品、降低生产成本；生产过程中关注环保问题，加强绿色环保技术的研发，减轻环境的负荷。

结束语

电弧炉炼钢有广阔的发展前景，我国要加强技术研发力度，不断引进国际先进技术，使我国的电弧炉冶炼技术向高效率、高质量、低能耗、低排放、可持续的方向发展。

参考文献

[1]李士琦，孙华，郁健，等． 我国电弧炉炼钢技术的进展讨论[J]． 特殊钢， 2010，31( 6) : 21 － 25．

[2] 冯胜山，杨太平，严加孟．电弧炉熔炼节能技术应用现状与发展[J]．铸造设备与工艺，2012( 01) : 41 － 49．