現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐與電爐的共性問題

1 現(xiàn)代煉鋼流程冶煉工序的功能演變

隨著技術(shù)的進步，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐和電爐的功能在發(fā)生轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)爐的功能逐步演變?yōu)椋孩倏焖俑咝撎计?；②快速升溫器；③能量轉(zhuǎn)換器；④優(yōu)化脫磷器?，F(xiàn)代電爐的功能演變?yōu)椋孩購U鋼快速熔化器。現(xiàn)代電弧爐冶煉的一個重要特征是冶煉周期顯著縮短，已達到35～45min，與同容量轉(zhuǎn)爐冶煉周期相當，可滿足高效連鑄多爐連澆的節(jié)奏要求，成為一廢鋼快速熔化器。②快速升溫器。電弧爐原料中的廢鋼、生鐵和DRI熔化后，為滿足出鋼溫度要求，快速升溫，現(xiàn)代電弧爐成為了一個快速升溫器。③能量轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)代電弧爐的能源結(jié)構(gòu)包括電能、化學熱和物理熱。為縮短冶煉周期，必須充分利用變壓器功率，增加電能輸入；增加化學熱和物理熱。在一定的冶煉周期條件下，3種能量可互相轉(zhuǎn)換。目前，中國部分地區(qū)電力緊缺，價格高，可增加化學熱和物理熱的比例，爐料預熱可增加物理熱。采用廢氣預熱爐料技術(shù)可增加物理熱，減少電能的輸入。原料中高配碳，生鐵成為主要原料之一，加鐵水是最好的生鐵預熱方式，可增加化學熱和物理熱?，F(xiàn)代電弧爐成為一很好的能量轉(zhuǎn)換器。④高效脫碳脫磷器。為了縮短冶煉周期，以滿足高效連鑄節(jié)奏的要求，強化供氧，脫碳速度快，在廢鋼熔化和升溫過程中電弧爐冶煉具有良好的脫磷條件，現(xiàn)代電弧爐成為一高效脫碳脫磷器。⑤廢棄塑料、輪胎等的處理器?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)爐流程的焦爐、高爐工序可回收部分廢棄塑料；現(xiàn)代電弧爐流程也可能具有處理廢棄塑料、輪胎等增加化學熱的功能，且成本較低，但要注意環(huán)境保護。

如上所述，轉(zhuǎn)爐和電爐的功能已演變?yōu)榛鞠嘟?，只是由于爐型不同，原料成分(主要是C，P)不同，在脫碳量、脫碳速度和脫磷要求方面有所不同，從而工藝有所差別。

2 能源結(jié)構(gòu)

鋼鐵冶金工程包括轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐煉鋼，本質(zhì)上均屬于鐵煤化工工程。

轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵素原料主要來自鐵水(鐵礦石)及冷料(生鐵塊及廢鋼)，碳素原料亦來自鐵水及冷料。用于煉鋼的能源，主要是吹氧與碳反應生成的化學熱以及在高爐冶煉過程鼓入的熱空氣(可以是富氧的)與加入的焦炭和噴入的煤粉反應放熱而使鐵水帶入的物理熱，煉鋼過程中能源表現(xiàn)形式有化學熱和物理熱。

電弧爐煉鋼過程的鐵素原料主要來自廢鋼及生鐵，碳素原料亦主要來自廢鋼及生鐵(碳可用噴粉方式加入)。用于煉鋼的能源，主要來自由煤轉(zhuǎn)換出來的電能(火力發(fā)電)以及吹氧與碳反應生成的化學熱(包括廢鋼預熱過程煙氣中CO二次燃燒熱)以及從預熱廢鋼帶入的物理熱。煉鋼過程中能源表現(xiàn)形式有電能、化學熱和物理熱，它們比例有所不同，可以互相轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的電弧爐冶煉以電能為主，現(xiàn)代電弧爐冶煉過程中化學熱和物理熱占能耗的50%以上。物理熱可以由廢鋼顯熱，加部分鐵水代替生鐵帶來，也可像ECOARC技術(shù)一樣，由化學熱及電能轉(zhuǎn)變而來。轉(zhuǎn)爐主要是利用鐵水的化學熱和物理熱，傳統(tǒng)電弧爐主要是利用電能，現(xiàn)代電弧爐煉鋼增加了化學熱和物理熱，電耗只占總能耗的1/3左右。

3 現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)流程的原料結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)流程的主要原料是鐵水和冷料(包括廢鋼、生鐵)，鐵水主要取決于礦石、焦煤資源。

現(xiàn)代電爐鋼生產(chǎn)流程的主要原料是廢鋼和生鐵，加入生鐵是為了有效進行高配碳操作，為了進一步縮短冶煉周期，最好是加入部分鐵水。

因此現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐和電爐的主要原料均是鐵水和廢鋼只是二者比例不一。廢鋼由污染環(huán)境的廢棄物變?yōu)殇撋a(chǎn)的有用“資源”。

4 現(xiàn)代煉鋼流程的冶煉周期

從技術(shù)上考慮，轉(zhuǎn)爐存在一合理的冷料(廢鋼或生鐵)加入比，電爐存在一合理的鐵水加入比。目前，現(xiàn)代電爐冶煉周期與轉(zhuǎn)爐的冶煉周期基本相當。

5 現(xiàn)代煉鋼流程以氮代氬底吹問題

為均勻成分和溫度，現(xiàn)代大型轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖痛?，現(xiàn)代大型電爐也采用底吹技術(shù)，吹氣采用氮氬切換方式，前期吹氮，后期吹氬。根據(jù)碳氧反應可以脫氮和在煉鋼溫度及氧化性條件下氧硫表面活性作用對鋼液吸氮具有阻礙作用的原理，采用冶煉過程中全程吹氮，電爐出鋼氮可<30×10-6，頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐全程底吹氮出鋼時氮含量可在10×10-6左右。

鋼材中的氮取決于現(xiàn)代煉鋼流程冶煉工序出鋼后增氮量，應注意加強出鋼后鋼液的保護，防止鋼液直接與大氣接觸。

6 轉(zhuǎn)爐電爐冶煉工序的終點控制

對轉(zhuǎn)爐的終點成分、溫度控制已做了大量的研究，開發(fā)了許多終點控制技術(shù)，現(xiàn)代電爐工序冶金過程與轉(zhuǎn)爐相近，也開發(fā)了自己的終點控制技術(shù)，特別是根據(jù)碳氧、鐵氧競爭氧化的原理，開發(fā)了低碳鋼的終點控制技術(shù)，并成功地用于生產(chǎn)。

7 對鋼種的適用性

隨著轉(zhuǎn)爐爐外精煉技術(shù)的發(fā)展及電爐冶煉周期的縮短，兩種流程對絕大部分鋼種冶煉的適應性相當，選擇何種冶煉工序已演變?yōu)椋阂蝗Q于工序經(jīng)濟效益，二取決于可持續(xù)發(fā)展，即取決于資源、能源支撐條件和環(huán)保要求。

綜上所述，現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐冶煉與現(xiàn)代電爐冶煉具有越來越多的共性。

共性對鋼生產(chǎn)率的影響

由于兩種流程對鋼種適應性基本相當，使得企業(yè)家對選擇何種冶煉工序主要考慮企業(yè)的經(jīng)濟效益，而企業(yè)的經(jīng)濟效益又主要取決于冶煉工序金屬原料的價格。

目前，中國廢鋼遠遠不能滿足煉鋼生產(chǎn)的需求。廢鋼價格不斷上漲且短缺，高價位還將維持一相當長的時間；當前電力也緊張、電價高。為此，對于同一鋼種，一般企業(yè)家均會選擇冶煉成本低、利潤高的轉(zhuǎn)爐流程，并投資增加轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力，這也是國內(nèi)近年來轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量迅猛增長的一個重要原因。

但是，煉鋼用原料的價格存在不穩(wěn)定性，例如，廢鋼的價格會隨著可用于煉鋼的廢鋼的生成量增加以及理性利用廢鋼資源而降低：生鐵(鐵水)的價格會隨著資源不斷消耗、環(huán)保成本的提高而增加；電價會由于裝機容量的增加而降低；這就使得兩種流程冶煉工序成本將發(fā)生變化：即在一定條件下，對于同一鋼種，電爐鋼的成本(冶煉成本、總成本)可能低于轉(zhuǎn)爐鋼，這就會促進電爐鋼的發(fā)展。

綜上所述，在相當一段時間內(nèi)，電爐流程與轉(zhuǎn)爐流程將會長期共存，當轉(zhuǎn)爐鋼的成本低于電爐鋼的成本條件下，電爐可采取生產(chǎn)高附加值鋼和加部分鐵水冶煉等縮短冶煉周期的措施降低成本；當鐵礦、焦煤資源短缺，廢鋼資源增長時，高爐會加入部分廢鋼，轉(zhuǎn)爐可采取生產(chǎn)高附加值鋼(特別是對金屬雜質(zhì)有嚴格要求的鋼種)和提高入爐鐵水溫度，降低出鋼溫度等措施多加廢鋼，降低成本。中國電爐鋼比例，盡管很難達到發(fā)達國家的水平，但會逐步增長，2010年可望超過20%，到2020年預計會達到25%左右。

從以上分析可知，現(xiàn)代電爐冶煉與現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐冶煉具有越來越多的共性。根據(jù)兩個現(xiàn)代煉鋼流程的共性，可認為中國轉(zhuǎn)爐鋼與電爐鋼產(chǎn)量在不同時期、不同地區(qū)，比例會有所變化；轉(zhuǎn)爐流程與電爐流程在相當長的歷史時期內(nèi)將會共存；電爐鋼的比例雖很難達到發(fā)達國家的水平，但將會逐步增加。