電爐鍊鋼

electric furnace steelmaking

以電為能源的鍊鋼過程。

此類鍊鋼爐即電爐種類有電弧爐、感應電爐、電渣爐、電子束爐、自耗電弧爐等。通常說的電爐鋼是用鹼性電弧爐生產的鋼。

電爐鋼多用來生產優質碳素結構鋼、工具鋼和合金鋼。這類鋼質量優良、性能均勻。在相同含碳量時，電爐鋼的強度和塑性優於平爐鋼。電爐鋼用相近鋼種廢鋼為主要原料，也有用海綿鐵代替部分廢鋼。通過加入鐵合金來調整化學成分、合金元素含量。

以廢鋼為原料的電爐鍊鋼，比之高爐轉爐法基建投資少，同時由於直接還原的發展，為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼，因此就大大地推動了電爐鍊鋼。世界上現有較大型的電爐約1400座，電爐正在向大型、超高功率以及電子計算機自動控制等方面發展，最大電爐容量為400噸。

國外150噸以上的電爐幾乎都用於冶鍊普通鋼，許多國家電爐鋼產量的60～80%均為低碳鋼。我國由於電力和廢鋼不足，主要用於冶鍊優質鋼和合金鋼。

由於大容量的爐子熱效率高，可使每噸鋼的電耗減少，同時，也使噸 鋼的平均設備投資也大大降低，鋼的成本下降，勞動生產率提高。如一個容量為320t的爐子與一個l．5t的小爐子相比，生產率相差l00倍以上。在某些特殊情況下，要求大量優質鋼水時，只有採用大容量電弧爐才能滿足要求。所以世界上許多國家採用大容量電弧爐。l80t以上的電弧爐有30座以上，其中最大的為400t。我國寶鋼的電弧爐容量最大，為150t。

短流程工藝是相對於傳統的長流程(學術上稱為傳統流程)而言的。傳統的長流程是指高爐—轉爐—連鑄(或模鑄)流程。

電爐短流程以20世紀90年代初美國的電爐—薄板坯連鑄流程為代表。自該流程投產以來，引起了世界鋼鐵界的重視。緊湊式電爐短流程是電爐短流程的典型代表。

與傳統流程相比，電爐短流程具有以下特點：

1)投資比高爐—轉爐流程減少l/2以上。如美國、日本等國的 薄板坯電爐短流程，實際費用約為傳統流程的l/4。

2)生產成本低，勞動生產率高。鋼鐵聯合企業從鐵—焦—燒開始到熱軋板卷為止，噸鋼能耗一般為23GJ/t，而以廢鋼為原料的電爐鋼廠短流程工藝生產的產品能耗接近10GJ/t，能耗降低60%左右。

3)在世界每年廢鋼產量為3億多噸的情況下，電爐短流程的發展對於促進環保，消化廢鋼，凈化冶金工廠的環境起到了良好的推動作用。因此，發達國家把發展緊湊式電爐短流程作為重點。

近些年，我國電爐流程的發展雖然受到重視，但發展電爐短流程應慎重一些，可以適當發展，不可盲目。因為在當前條件下，我國不具備電能和廢鋼方面的優勢，即不具備成本優勢。在江陰興澄鋼鐵有限公司，已建成我國第一條四位一體的特殊鋼短流程生產線，工藝流程為：100t直流電弧爐冶鍊—LF、VD精鍊—R=12m大方坯連鑄—熱送全連軋，全套全新設備從德國引進，能夠開發生產合金結構鋼、彈簧鋼、齒輪鋼、易切削鋼、軸承鋼、高壓鍋爐管坯鋼等品種，將成為全國優質鋼、特殊鋼裝備水平領先、能力超百萬噸的企業。

超高功率電弧爐是指單位時間輸入到電爐中的能量比普通電弧爐大2～3倍。主要優點是：大大縮短了熔化時間，提高了勞動生產率；改善了熱效率，進一步降低了電耗；使用大電流短電弧，熱量集中，電弧穩定，對電網的影響小等。配套設備和相關技術有：採用大容量變壓器，可在有載情況下變換電壓；在爐體上大面積使用水冷爐壁和水冷爐蓋；採用油一氧噴槍助熔死角冷區；使用計算機控制等。

電弧爐偏心爐底出鋼

1979年德國首先將傳統的50t超高功率電弧爐改為中心爐底出鋼，后又將其 改為更完善的偏心爐底出鋼。偏心爐底出鋼的最大特點是將出鋼口移到爐殼外邊，便於維修與檢修。偏心爐底出鋼與超高功率相匹配，在發達國家發展及推廣很快，特別是對於無渣操作的大型電弧爐，其優越性尤其明顯，主要為：

(1)熔池中可以保留98%以上的熔渣；

(2)耐火材料消耗可降低25%左右；

(3)出鋼時鋼水溫度一般只下降25℃左右；

(4)出鋼時間短，60t電弧爐的出鋼時間僅80s左右；

(5)每噸鋼電耗可下降20kW·h左右；

(6)每噸鋼電極消耗可降低0．5kg左右；

(7)出鋼口耐火材料內襯壽命可達250次左右。

偏心爐底出鋼的一個最大缺點是要求電弧爐為高架式結構。我國電弧爐結構多為地坑式，高架式較少，再加上爐容量較小、車間設備老化，改造困難，發展和推廣偏心爐底出鋼還將有一個長期的過程。

1982年，世界上第一台用於實際生產的直流電弧爐在德國製造，其中心石墨電極作為陰極接入電路，底電極是陽極，由兩塊水平金屬組成，金屬板上裝有導氣冷卻片，許多觸針附在金屬板上，觸針之間注入鎂砂填充。電流經爐底水平金屬板導入觸針，然後通入熔池。直流電弧爐的操作與交流電弧爐差別不大，只是為保證爐料與底電極之間保持良好接觸，出鋼時要保留一部分鋼水。若要更換鋼種，必須將爐內鋼水除凈。

對於直流電弧爐來說，偏心爐底出鋼、水冷爐壁、水冷爐蓋、氧-燃燒嘴、廢鋼預熱等新技術，均比較合適，且效果較好。

直流電弧爐主要優點是：電極消耗較低，只有三相交流電弧爐的一半左右；生產成本較低。但因其仍處於不斷完善過程中，也存在不少問題：底電極與爐料接觸不良；鋼棒式底電極產生氧化和產生沸騰；鋼銷式(針狀)底電極維修困難；石墨—鎂磚易增碳；爐內溫度不均勻；底電極散熱不良等。其缺點是電價較高時，地方成本較高。

我國超大型直流電弧爐鍊鋼生產線於l996年9月在上海浦東鋼鐵(集團)公司建成並投產。該生產線由兩台l00t超高功率電弧爐、兩台LF在線鋼包精鍊爐、一台雙工位真空冶鍊爐和一台300mm×2000mm大板坯連鑄機組成。並與該公司4200mm×3300mm雙機架寬厚鋼板生產線相匹配，組成一條國內外一流水平的電弧爐生產寬厚板短流程生產線，年生產能力80×104t。