中国钢铁与大型电炉现状

冶金学—炼钢篇

——中国钢铁与大型电炉现状阎立懿东北大学钢铁冶金研究所2008年10月29～11月24日沈阳（No15）2023/2/3东北大学/阎立懿2主要内容电炉炼钢及其发展电炉炼钢设备及其电热特性电炉炼钢原料及冶炼工艺电炉新技术、新工艺炉外处理中国钢铁与大型电炉现状2023/2/3东北大学/阎立懿3

上次介绍炉外精炼技术的主要内容：最初RH主要是对钢水脱氢，后来增加了脱碳、脱氧、改善钢水纯净度及合金化等功能。当增加喷粉手段还可以脱磷，可生产超低磷钢。VD法主要具有脱氧、脱气及脱硫等功能，虽然由[C]＋[O]=CO↑真空有利于脱碳，但因之前的操作脱氧比较彻底，故忽略其脱碳量，而仅考虑碳脱氧。只有增设吹氧手段时，才具有真正的脱碳功能。

VOD法主要具有脱碳、脱氧、脱硫及脱气等功能。过程分三个阶段：低真空度真空吹氧脱碳、高真空度真空碳脱氧、真空脱气，后两个阶段类似于VD过程，只不过VD过程的碳脱氧不强烈！AOD法主要具有脱碳、脱气、脱氧、脱硫等功能。过程分二个阶段：氧化期进行脱碳、脱气，还原期进行脱氧、脱硫！比较AOD与VOD炉各自主要特点。2023/2/3东北大学/阎立懿4中国钢铁及大型电炉现状1中国钢铁工业ABC2中国大型电炉现状中国电炉炼钢概况大型电炉技术现状2023/2/3东北大学/阎立懿51中国钢铁工业ABC

从1890年张之洞创办汉阳铁厂到1949年的半个多世纪，产钢总量仅为760万t，不足现在一个大型钢铁联合企业的年产钢量；1949年全国产钢15.6万t，也就是现在两个多小时的钢产量（163万t/天）。

1978年中国实行改革开放以来，社会经济得到较快发展，对钢材的需来也在不断增加。在这一背景下，中国钢铁工业也进入持续增长时期，中国粗钢产量由1978年的0.318亿t，到1996年的1亿多t（世界第一），2007年的4.89亿t，占世界粗钢比例近38%；年初估计，2008年产钢量将达到5.4亿吨，目前分析，能够达到5.0亿吨，相当于美国或日本的五倍、世界2～10名的总和。

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钢铁冶金技术水平及技术指标呈现多层面，即有世界领先水平、先进水平，也有一般水平、落后水平。目前（2007年），全国重点冶金企业有70多家，其中年产钢在200万吨以上的企业有63家，500万吨以上的企业有23家，其中48家进入世界前100名，有10家超过1000万吨（进入世界前28名）。粗钢产量处于前十位钢铁企业见表1-1。其中沙钢2007年兼并淮钢与河南永钢；湖南华菱钢铁集团是由湘潭钢铁有限公司、涟源钢铁有限公司、湖南衡阳钢管有限公司、江苏锡钢有限公司等重组；济钢公司与莱钢公司组成山东钢铁集团公司。

2023/2/3东北大学/阎立懿7排序20062007传统十大企业产量/万吨企业产量/万吨1鞍本2255宝钢2858鞍钢2宝钢2253鞍本2359宝钢3唐钢1906沙钢2289本钢4沙钢1463唐钢2275武钢5武钢1376武钢2019包钢6济钢1124马钢1417唐钢7马钢1091首钢1286攀枝花8莱钢1079济钢1212首钢9首钢1055莱钢1170马钢10华菱钢铁991华菱钢铁1112太钢11包钢749太钢929表1-1粗钢产量处于前十位钢铁企业2023/2/3东北大学/阎立懿8

特殊钢生产厂家，主要有老的国企15家，如上海五钢、西宁钢厂、大冶钢厂、舞阳钢厂、大连钢厂、抚顺钢厂、北满钢厂、太原钢厂、本特钢、长城特钢、贵阳钢厂、天津钢管、成都钢管及陕钢，还有新兴企业，如兴澄钢厂、宁波宝新、张家港浦项、上海克虏伯、广州联众等，这些企业的生产规模一般在50～100多万吨，其中太原钢厂、兴澄、天津钢管200万吨以上。其中上海五钢并入宝钢集团；香港中信泰富1993年收购兴澄特钢后，近年又连续收购大冶钢厂、石家庄钢厂；以大连钢厂为核心，合并抚顺钢厂、北满钢厂成立东北特钢集团；长城特钢、成都钢管与攀枝花钢铁集团重组；陕钢～。此外，还有为数众多的中小型钢铁企业，这部分企业的钢和钢材生产能力约占全国的～20％，包括有独立的炼铁企业、轧钢企业和钢材深加工企业，如焊管、金属制品等。中国原十大（TopBigTen）与其他钢铁企业现在与将来（预测）分布情况，见图1-1、1-2、1-3。2023/2/3东北大学/阎立懿9

中国原十大（TopBigTen）与其他钢铁企业现在与将来（预测）分布情况，见图1-1、1-2、1-3。2023/2/3东北大学/阎立懿10图1-1中国十大钢铁联合企业2023/2/3东北大学/阎立懿11＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊图1-215家特钢与30几家地方企业＊＊2023/2/3东北大学/阎立懿12图1-3未来中国钢铁企业分布-预测2023/2/3东北大学/阎立懿132中国大型电炉现状中国电炉炼钢概况大型电炉技术现状2023/2/3东北大学/阎立懿142.1中国电炉炼钢概况

中国电炉炼钢技术的大发展应该是始于十五年前的1993年原冶金部和上海市在上海召开的“当代电炉流程和电炉工程研讨会”。由于各级政府的引导、支持，对现代电炉流程进行大量投资，依靠引进国外先进技术，在我国建成了一批“三位一体”或“四个一”的先进电炉流程。

1993年～2006年我国电炉钢产量及比例的变化情况，见图2-1。2023/2/3东北大学/阎立懿15我国现代电炉炼钢的发展情况2023/2/3东北大学/阎立懿16

由图可见，从1993年至今，电炉钢生产的发展可分为三个阶段：第一阶段：1993——2000年，产量在1800～2000万吨波动，比例在逐渐下降23%～15%。比例下降原因：

1）淘汰大量落后电炉，新上电炉还没有达产；

2）铁水过剩，转炉钢产量迅速增加；

3）电炉吨钢成本高于转炉钢。其中成本高的原因如下：

之一废钢暂时短缺，北科大黄务涤指出：印、韩国废钢存储量远不如中国，他们采取部分进口，以发展电炉，即废钢不足不是理由；

之二电价高不合理，宝钢周渝生指出：美国电炉用电价格合0.25元/kWh，韩国从中国内地运煤去发电，电炉用电价格却比我们低，这才是问题的症结所在。还有不少国家对电炉用电出于环保原因，还有优惠政策等。2023/2/3东北大学/阎立懿17

之三废钢铁价格高，国家应制定税收优惠政策，鼓励回收、加工和利用废钢铁资源。并大力开发国外资源，废钢铁进口实现零税制。

之四废钢税收政策调整增加成本：

2001年财政部、国家税务总局颁布《关于废旧物质回收经营业务有关增值税政策的通知》。对废旧物质经营单位销售其收购的废旧物质免征增值税。而对利用废旧物质生产加工的企业，购入废旧物质由供应商开具的增值税发票改为普通发票，抵扣进项税由17％降为10％。

国家调整该政策的出发点是想通过减免废旧物质回收单位税收，以降低废钢回收成本，增加社会废钢资源的回收量，促使废钢市场价格下降，起到鼓励回收和利用废钢的作用。通过几年的实际运行，该项政策的调整并未达到预期目的，反而使特殊钢企业税赋加重，生产成本急增，效益下降。废钢是电炉的主要原材料，约占生产成本的60%，由于抵扣进项税减少7％，使每吨电炉钢直接增加成本140～200元。2023/2/3东北大学/阎立懿18

第二阶段：

2000——2003年，在世界电炉钢比例有所下降的同时，我国电炉钢比例却走出低谷有所回升，由15%～17.6%（3906万吨）。电炉钢比例回升说明在这一阶段电炉钢的增长速度比钢总量增长速度更快，见表2-1。电炉钢比例回升快的原因：

1）国民经济发展的拉动；

2）电炉钢流程进行的新一轮投资，新增大型电炉生产能力得到发挥，并迅速投产、达产、超产；

3）在消化国外技术基础上自主创新，开发有中国特色的电炉炼钢技术。2004年4167万吨（15.7％）第三阶段：2004年至今，由于房地产业大发展及对转炉流程进行大量投资导致转炉钢生产能力的释放，使得转炉钢产量大幅度增加，与此同时，电炉钢第一轮投资的潜能基本饱和，使得电炉钢比例较大幅度回落，但电炉钢产量不会降低，2006、07年接近5000万吨。这些原因使得电炉的生产及电炉的发展，在一定时期受到限制。2023/2/3东北大学/阎立懿192.2中国大型电炉技术状况

从二十世纪90年代初期至今，随着国民经济持续高速发展、钢材需求量日益增长形势的推动下，中国先后建设40多个现代化的电炉车间，均选择UHP电炉。

UHP电炉及其相关的主要设备均从国外引进，电炉容量为50～150吨，到2003年约十年间，引进的UHP电炉达到40几座，其中约30多座为国际水平，≥100吨的电炉有13座，年产80～120万吨钢的有16座，同时淘汰近1400座小电炉。这些大型UHP电炉将发展成为中国电炉钢生产的主流。2023/2/3东北大学/阎立懿202.2.1交流超高功率电弧炉

因UHP电炉高效、节能的效果，到2003年（不到十年时间）中国已建成一批大型交流UHP电炉。这些UHP电炉容量在50～150t，主体设备均为引进，同时引进或部分引进一些配套技木，包括废钢预热、水冷炉壁和水冷炉盖、氧-燃烧咀、偏心炉底出钢、高阻抗技术、泡沫渣长弧冶炼、排烟除尘、炉底吹氩搅拌、计算机控制以及炉外精炼技术等，使其今天的电炉更加完善。

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淮阴钢铁公司在引进全新70tUHP电炉同时，引进了70t钢包精炼炉、五机五流小方坯连铸机、连续轧钢生产线，建成了具有“电炉初炼+炉外精炼+连铸+连轧”的这一代表当代电炉炼钢发展方向的现代化的“四位一体”式的短流程生产线。其中多项技术经济指标达到或超过设计水平，在国内同类型生产线中居领先地位。近几年，中国又引进及自产80～150吨炼钢电炉10余座，如太原钢铁公司、联众（广州）不锈钢公司于2007年初由奥钢联引进投产的150吨UHP电炉，年产80万吨不锈钢板；天津钢管100吨，衡阳钢管与德阳重型（二重）由意大利引进的80吨电炉，以及宝钢特钢的60吨；还有国产的舞阳100吨，天津钢管90吨，营口、天重、上重、齐重100吨，洛矿80吨；还有一批待上的，如宝通、唐海及沧州100吨电炉。引进投产的UHP电炉情况见表2-1。2023/2/3东北大学/阎立懿22序厂

名电炉容量t/MVA电炉炉型炉外精炼连铸机投日期1张家港永新公司70/54AC4流方坯19912舞阳钢铁公司90/60ACLF/VD单流板坯19913福建马尾钢厂50/48ACLF4流方坯19924天津钢管公司150/100ACLF/VD4流圆坯19925抚顺特钢公司50/35ACLF/VD模铸19926成都钢管公司90/54ACLF圆坯19947张家港润忠公司90/65AC竖炉LF/VD5流方坯19958淮阴钢铁公司70/60高阻抗LF5流方坯19959南京钢铁公司70/60高阻抗LF/VOD5流方坯199610江苏锡钢公司70/54ACLF4流方坯199611安阳钢铁公司100/72高阻抗LF/VD单流板坯200012张家港沙景公司100/65AC竖炉LF/VD200113抚顺特钢公司60/40ACLF/VOD4流方坯200214北满特钢公司90/85ACLF/VD200215天津钢管公司100/100ACLF/VD4流圆坯200516衡阳钢管公司80/70ACLF/VD4流圆坯200517宝钢特钢公司60/54ACLF/AOD200618广州不锈钢公司150/140ACLF/AOD板坯200619太原钢铁公司150/140ACLF/AOD板坯2006202023/2/3东北大学/阎立懿23

迄今为止，全世界已经投产的50t以上的直流电弧炉已超过100台，中国有近15台。其中，宝山钢铁公司、上海五钢及上海浦东钢铁公司分别从法国的克莱西姆公司（CLECIM）引进150t、从德国的好希望公司（GHH）引进100t及从ABB集团引进100t×2座直流电弧炉。这几台直流电弧炉不但吨位大，而且炉底电极形式各亦。炉底电极的形式分别为钢棒水冷式，触针风冷式及导电耐火材料风冷式炉底电极。就直流电弧炉的运行情况来看，排除我们缺乏驾驭大型电弧炉的技术水平、操作经验与管理经验外，应该说比较正常。2.2.2直流电弧炉的发展2023/2/3东北大学/阎立懿24

其中效果最佳的当属江阴兴澄钢铁公司于1997年建成国内第一条电炉“四位一体”短流程合金钢生产线，即100tUHP直流电炉+LF/VD炉外精炼+R12m五机五流合金钢连铸机+十六机架高刚度连轧机等主要工艺装备，全部从德国德马克公司（DEMAG）引进，具有当代世界领先水平。实现连铸100%、精炼100%及人均产钢量1000t/a·p，年产钢60万t（现在年产＞100/276万吨）。引进投产的DC电炉情况见表2-2。2023/2/3东北大学/阎立懿25序厂

名电炉容量t/MVA电炉炉型炉外精炼连铸机投产日期1上海浦东钢铁公司100/76DCLF/VD单板坯19952上海浦东钢铁公司100/76DCLF/VD单板坯19953沿山钢厂60/60DCLF/VD5流方坯19964苏州苏兴特钢公司100/100DCLF/VD5流方坯19965宝山钢铁公司150/99DC双壳炉LF/VD圆方坯19976上海五钢公司100/76DCLF/VD5流方坯19977江阴兴澄钢铁公司100/100DCLF/VD5流方坯19978大冶特钢公司60/56DCLF/VD4流方坯19979广州钢铁公司60/52DCLF4流方坯1998.810珠江钢铁公司150/120DC指竖炉LF/VOD单板坯199811杭州钢铁公司80/80DCLF3流方坯1999.312新疆八一钢厂70/60DCLF4流方坯1999.10132023/2/3东北大学/阎立懿262.2.3电炉废钢预热技术

1）料篮预热法天津钢管公司、抚顺特钢公司等在引进了超高功率电炉的同时，配备了料篮式废钢预热装置。但是，实际操作结果并不理想，TG公司150t的预热温度效果极差（废钢入炉温度只有100多度），FG公司的50t预热装置从安装后就一直没用，而且现在已经拆除。近两年，料篮预热法有了新的发展，由意大利达涅利公司开发的DANARCPLUS2000料篮预热装置。南钢在引进投产了达涅利的70t高阻抗电弧炉后，2000年后又安装了达涅利新式料篮预热装置，但因车间空间小操作不畅及预热效果等问题，现已拆除。珠江也引进达涅利这种新式料篮预热装置的高阻抗电弧炉，效果有待考察。新式料篮预热装置见图2-2～2-4。2023/2/3东北大学/阎立懿272023/2/3东北大学/阎立懿282023/2/3东北大学/阎立懿292023/2/3东北大学/阎立懿30

新式料篮预热装置装置结构及特点：该系统包括一个水冷的蛤壳式预热料篮（预热料篮），它是由提升和旋转装置操纵的。车间的桥式起重机吊常规的废钢料篮给预热料篮加废钢。预热料篮通过烟气管道和可移动顶盖与电弧炉排烟弯管相连。在预热位置，预热料篮在沉降室侧，用活动烟管的方法密封。当往预热料篮加废钢或预热装置维修时，可采用旁通管维持电炉生产。该法的特点：预热料篮寿命高；高温烟气路径短，废钢预热直接，运输距离短，废钢预热温度高、效果好。2023/2/3东北大学/阎立懿312）双壳电炉

新式双壳炉自1992年的第一座，到目前为止年已有20多座投产，大部分为直流双壳炉。日本首先开发出这种双壳炉并率先采用，日本制造业占据了大部分市场。中国宝山钢铁公司从克莱西姆公司引进150t双壳炉，从运行情况看，废钢的堆比重与废钢在炉中的布置对废钢预热效果影响很大。2023/2/3东北大学/阎立懿32

3）竖窑式电炉中国最早使用的竖炉是张家港润忠公司从德国的福克斯公司引进的，1995年10月投产，炉子为超高功率交流单壳90t/65MVA，同期引进了90t钢包炉与瑞士康卡斯特公司（CONCAST）RFM5流小方坯连铸机，1996年又投产了26机架高速线材轧机（132m/s），形成了具有当代国际水平的“四个一”短流程生产线。这台竖炉的1999年运行结果：冶炼周期58min，电耗402kWh/t，电极消耗为2.27kg/t，年产连铸坯65万吨，人均年产钢量超过1000t等指标均达到国际先进水平。2023/2/3东北大学/阎立懿33

为了实现100%废钢预热，福克斯公司又开发了第二代竖炉（手指式竖炉）。珠江钢铁公司与安阳钢铁公司分别于1998年和1999年引进投产了年产100万吨的150t与年产70万吨的100t手指式竖炉，生产板材。张家港沙景钢铁公司2000年引进投产了100t/70MVA手指式竖炉；2002年又引进同样容量的手指式竖炉。抚顺钢铁公司引进的60t/35MVA手指式竖炉，2001年9月投产。引进投产的竖炉情况见表2-3。2023/2/3东北大学/阎立懿34序厂

名电炉容量t/MVA电炉炉型炉外精炼连铸机投产日期1张家港润忠公司90/65竖炉LF/VD5流方坯19952珠江钢铁公司150/120DC指竖炉LF/VOD单薄板坯19983安阳钢铁公司100/72指式竖炉高阻抗LF/VD单流板坯19994张家港沙景公司100/65指式竖炉LF/VD20015张家港沙景公司100/65指式竖炉LF/VD20026抚顺特钢公司60/35指式竖炉LF/VOD4流方坯2002782023/2/3东北大学/阎立懿354）炉料连续预热电炉

国内投产的超过十座，情况见表2-1。西宁特钢公司与贵阳特钢公司最早从意大利德兴公司（TECHINT）引进了相同容量的康斯迪电炉，均于2000年上半年建设投产。西宁特钢公司康斯迪电弧炉设备主要技术性能参数见表2-4。另外，国内自己制造类似的炉料连续预热电炉，舞阳钢厂有三座100吨已运行；冀南特钢有一座70吨已投入生产；鞍钢重型的70吨正在设计、制造；福州福泰60吨电炉预留连续加料预热；还有几家有意向。引进投产及国内消化的炉料连续预热电炉情况见表2-5。2023/2/3东北大学/阎立懿36表2-460t康斯迪电炉主要技术参数技术参数数值经济指标数值电炉出钢量/t60冶炼周期/min60变压器容量/MVA36电耗/kWh/t325炉壳高度／mm4650电极消耗/kg/t1.7电极直径/mm550氧气消耗/m3/t35～37输料带能力/t/min0.6～2.0碳粉消耗/kg/t182023/2/3东北大学/阎立懿37序号公司出钢量/t变压器容量/MVA投产日期备注1青海西宁特钢60362000-02康斯迪2贵州贵阳钢厂60362000-06〃3广东韶关钢铁公司90602000-12〃4江苏无锡雪丰钢厂70362001-09〃5山东石横特钢65362002-02〃6湖北鄂城钢铁公司60362002-09〃7吉林通化钢铁公司65362003-01〃8宁夏恒力钢铁公司75452004-06〃9浙江嘉兴钢铁公司75452004-12康斯迪10舞阳钢铁公司75改－水平进料11舞阳钢铁公司10060改－水平进料12舞阳钢铁公司100902007-01水平进料13河北冀南特钢公司70452007-05炉料连续预热14鞍钢重型公司75362008配康斯迪15福州福泰公司60322008预留炉料连续预热16山东西王钢铁公司80602009连续加料表2-5国内康斯迪电炉引进投产情况2023/2/3东北大学/阎立懿382.2.4强化用氧技术

近代电炉炼钢大量使用氧气，有的已经达到45～50Nm3/t以上。电炉强化用氧技术包括炉壁氧-燃烧咀助熔、炉门水冷氧枪脱碳及碳-氧枪造泡沫渣以及二次燃烧节能降耗。

1）氧-燃烧咀西欧、日本及北美几乎所有电炉都采用氧-燃烧咀进行强化冶炼。近年来，国内许多电炉均采用，如张家港润忠公司引进的90吨竖炉上采用8个氧-油烧咀进行助熔，使用效果较好。另外，南京钢铁公司、淮阴钢铁公司、安阳钢铁公司、抚顺特钢公司、成都无缝钢管公司及莱芜钢铁公司等也都采用氧-燃烧咀技术。图2-5。2023/2/3东北大学/阎立懿392023/2/3东北大学/阎立懿402）炉门氧枪机械手

炉门氧枪机械手分为水冷式（非消耗）与自耗式氧枪，中国大多数为前者，开始关注自耗式氧枪。德国福克斯等公司开发的水冷氧枪与美国Berry公司、德国BSE工程公司等开发的水冷碳-氧枪，在强化用氧、促进炉渣的泡沫化以及缩短熔氧期的冶炼时间等方面起到了积极的作用。国内大型电炉多采用水冷碳-氧枪，如舞钢、成都钢管、张家港润忠公司、南钢及宝钢等均引进水冷氧枪，收到了较好的效果。无锡锡兴钢铁公司引进德国BSE工程公司的水冷碳-氧枪效果明显，电耗降低40～50kWh/t，冶炼时间缩短15～25min。西宁特钢公司与贵阳特钢公司的CONSTEEL电炉也均配备了水冷碳-氧枪。2023/2/3东北大学/阎立懿413）二次燃烧氧枪

二次燃烧虽然是最近几年的技术，但发展很快，美国、日本、德国、法国及意大利等均达到工业应用水平。国内有部分采用。宝山钢铁公司为150t双壳炉的每一个炉体配备了一支用于水冷二次燃烧的氧枪，由炉门插入向熔池面吹氧，但目前尚未达到预期的效果。西宁特钢公司将二次燃烧由CONSTEEL电炉炉内移到炉外的废钢预热的通道中进行，使废钢在回收废气显热的同时，还回收化学潜热，平均温度高达600～650℃，吨钢节约95kWh。

2023/2/3东北大学/阎立懿424）炉壁多功能氧枪

前述炉门碳-氧枪，因其增加开炉门的热损失、增加现场劳动强度，以及因开门泡沫渣的埋弧效果较差，因而受到挑战。美国、意大利、德国开发的炉壁多功能氧枪（模块），即将氧-燃烧咀助熔、碳-氧造泡沫渣、吹氧脱碳以及二次燃烧熔为一体——模块，实现强化用氧过程自动控制。国内，淮阴、南钢、广钢、大冶、八一、西宁等几十座电炉采取或改造成该种炉壁多功能氧枪，并达到非常好的效果。2023/2/3东北大学/阎立懿432.2.5存在的问题及今后的课题

进入90年代以来，相继引进了约40多座50～150吨的超高功率电炉，并淘汰近1400座小电炉，这改变了中国电炉容量小，功率水平低、生产率低的落后局面，其整体装备水平已与国际接轨。但是，与世界先进水平相比仍有很大差距：

1）高水平的装备，低水平运行主要包括：废钢预热效率低，炉衬寿命低，偏心底出钢自然开浇率低，连续浇注的炉数低及钢坯热送比例低等等。

2）工艺技术不够重视

由于对UHP电炉这一条短流程生产线认识不足，匆忙投产后形成一流的装备，二流的工艺，三流的原料及四流的人员素质等被动局面，也就不可能达到高产、优质、低耗的效果。主要：废钢炉料质量差，装料次数多、时间长；熔氧结合工艺效果差，跟不上UHP电炉的节奏；泡沫渣操作不稳定，发泡厚度低、维持时间短，难以实现长弧操作等，也就是说投入UHP没有得到超高的效率。2023/2/3东北大学/阎立懿44

3）配套技术不完善主要在强化用