电弧炉钢的生产与发展

电弧炉钢的生产与发展

近年来，电弧炉代替钢的产量迅速增加，超过了钢的总排放量。2000年全世界钢总产量为84115.4万t,其中电炉钢产量为28352万t,占钢总产量的33.7%,与1995年相比,电炉钢产量增长了16.8%,钢总产量增长13.2%。由于一些发达国家废钢资源丰富,电价低廉,电弧炉炼钢发展迅速。如美国和日本,2000年电炉钢占全国钢总产量分别为46.8%和28.8%。而我国由于废钢资源短缺,电价较高,2000年电炉钢产量为2020万t,占全国钢总产量的15.9%。20世纪90年代,大容量、超高功率电弧炉在我国仍获得了较快发展。表1所示为近年来我国电炉钢产量及所占比例。1国内超高功率电弧炉生产现状多年来,我国电弧炉以冶炼合金钢为主,多集中于特殊钢厂,一般容量小于50t。20世纪70年代至80年代末期,各地建了一些电弧炉容量小于10t的小钢厂,与小轧机配套,生产低档次的小型钢材。由于生产的钢质量差、能耗高,污染环境严重等原因,国家在制定行业政策时,强行关停这些小钢厂,据报道,2000年因关停小钢厂所挽回废钢资源达500万t。从20世纪90年代起,我国相继建设了多座大容量超高功率电弧炉,使我国电弧炉炼钢技术有了长足的进步,缩小了与先进国家的差距。据报道,1990年至1999年我国共建设60～150t高功率、超高功率电弧炉共19座,总容量为1645t。2000年以后,也有新建50t以上电弧炉投产,据不完全统计,目前我国在生产的50t以上电弧炉有39座,其中单炉出钢量100t以上的电弧炉有10座。为了提高电弧炉生产率和钢的质量以及与连铸机的有效配合,一些电弧炉钢厂在建设大型电弧炉的同时,全都建有钢包精炼装置(LF)并采取全连铸生产。一些钢厂还建有VD真空精炼装置,如上海宝钢、天津钢管公司、成都无缝钢管公司,为生产石油管、油气输送管、高压锅炉管等优质钢,均建有VD真空精炼装置,形成:UHP、HPEAF→LF(VD)→CCM的优化工艺,从而保证了钢的质量,满足了用户需求。2有害元素检测电弧炉传统炉料是全部以废钢为原料,由于废钢中残留有有害元素(Pb、Sn、As、Zn、Cu等),严重影响钢的质量。为此,在电弧炉炉料中配加部分铁水或DRI和HBI,以稀释废钢中残留的有害元素含量。2.1炉管、优质硬线、硬线等钢种的配合使用上海宝钢电炉厂150t直流电弧炉主要生产高强度油井管、高压锅炉管、优质硬线等钢种,由于对钢中残余元素要求严格,炉料中配加30%的高炉铁水,取得了良好的效果。2000年钢产量达82.95万t,冶炼电耗为321kWh/t,冶炼周期为76.33min。2.2天津钢管公司的研究天津钢管公司150t电弧炉炉料配加30%的DRI,有效降低了废钢原料中残留有害元素的含量,从而满足了高质量无缝钢管用钢的要求。由于配加30%的DRI,冶炼电耗有所上升。天津钢管公司采用100%废钢和70%废钢+30%DRI的配料方案,钢中残留元素含量比较如表2所示。由于天津钢管公司通过不断改善操作,完善工艺,目前已能成功冶炼[S]≤0.003%的超低硫钢和[N]≤70×10-6的低氮钢。2.3hbi的消除上海五钢公司在100t电弧炉炉料中配加10%～30%HBI,有效地稀释了废钢中残留有害元素。如轴承钢冶炼时,炉料中每增加1%的HBI,有害元素(Pb+Sb+As+Sn+Ti)降低0.0003%。每增加1%HBI,[Cu]降低0.0016%,[Ni]降低0.0005%,[Cr]降低0.0003%。使用HBI后冶炼电耗有所增加,当HBI加入量达到30%时,冶炼电耗由450kWh/t上升到480～500kWh/t。但加料方式和造渣制度对残余元素含量和电耗也有一定影响。3动态补偿装置直流电弧炉与三相交流电弧炉相比,具有以下优点:电极消耗可降低50%～60%;耐火材料消耗低;冶炼电耗低;冶炼时间短;电压闪烁程度小;对电网干扰小;不需采用动态补偿装置;噪声低。直流电弧炉的电流通过熔池传给底电极时产生很强的电磁力,可使熔池进行强烈搅拌,使熔池钢液成分和温度均匀。由于直流电弧炉具有上述优点,1995年后两三年中,上海浦钢、宝钢、五钢公司相继建设了100～150t直流电弧炉,冶炼周期指标为60～80min,电极消耗为1.2～1.5kg/t(见表3)。4提高电弧炉生产率以氧气、天然气为代表的氧燃烧嘴技术在世界范围内得到普遍推广应用,成为强化电弧炉冶炼进一步提高生产率的重要手段。高效氧枪技术的成熟发展,满足了超高功率电弧炉强化冶炼工艺的要求。我国一些电弧炉钢厂根据自己的具体条件,合理地选择了吹氧装置,优化组合相关工艺,从而缩短了冶炼时间,提高了电弧炉生产率。表4列出了2000年我国一些100t以上电弧炉的冶炼耗氧量和冶炼时间。5材料和炉衬的加工电弧炉由于功率水平的提高,使炉衬的热负荷急剧增加,致使炉衬寿命大幅度降低,20世纪80年代我国电弧炉炉衬寿命一般小于100炉,因此,开发研制了新的耐火材料。如电弧炉炉盖小炉顶部分采用高铝砖或刚玉质打结料;电弧炉炉门两侧采用镁铬砖;渣线部位采用镁碳砖和沥青结合镁砖;炉壁采用沥青结合镁碳砖,偏心炉底熔池采用沥青结合回火处理镁砖;偏心炉底采用镁质打结料,由于电弧炉炉衬采用优质耐火材料综合砌筑,使炉衬寿命大幅度提高。2000年我国大、中型电弧炉炉衬寿命如表5所示。6国产品件的国产化(1)我国电弧炉炼钢在20世纪90年代获得了迅速发展,从而提高了我国电弧炉炼钢技术和装备水平。但有些电弧炉钢厂的大容量电弧炉生产能力尚未充分发挥。由于我国大容量超高功率电弧炉从国外引进或部分设备进行合作制造。因此,关键设备和备品备件进行国产化的研制仍属必要。(2)目前由于废钢和电价偏高,使电弧炉钢生产成本较高,今后如何降低废钢价格和降低电能消耗是降低电弧炉