电冶金专题
钢铁行业的生产有三个流程即：高炉-转炉流程、电弧炉流程及特种熔炼。高炉-转炉流程又称为长流程，生产的钢被称为转炉钢，它是以铁矿石和焦炭为主要原料冶炼成铁水，再由转炉冶炼成钢；电弧炉流程被称为短流程，生产的钢称为电炉钢，它以废钢为主要原料冶炼成钢。
1工艺技术的比较分析
转炉流程和电弧炉流程是钢铁冶金行业两个主要生产工艺，其在炼钢方面的主要差别体现在以下几个方面：
1）所用主要钢铁料不同。转炉炼钢主要以铁水为原料，还有15%左右的废钢，近一年多时间，由于废钢价格较低，吨钢利润较高，为转炉炼钢用高比例废钢提供了条件，废钢消耗比例大幅提高，有的甚至高达40%，但存在转炉内热量不足的问题，解决转炉内热量问题是提高废钢比的关键。电弧炉炼钢主要以废钢为原料，还有铁水（生铁）、直接还原铁，脱碳粒铁、碳化铁及复合金属料等废钢替代品。
2）主要能源不同。转炉炼钢主要是铁水的物理热和化学热，电弧炉炼钢主要是电弧的物理热、原料物理热和化学热、辅助化学热及回收的烟气余能。辅助化学热主要指吹氧喷碳粉和燃气烧嘴，烟气余能包括物理热和烟气中的化学热。
3）主要操作目标不同。转炉炼钢是在给定的时间内完成脱碳、脱磷及温度控制的冶金操作，实现成分（碳、磷）及温度的命中；电弧炉炼钢是在全废钢的条件下，在给定的时间内，完成废钢的升温、熔化和过热等，在加铁水等废钢替代品的情况下，也有部分脱碳的要求。另外，电弧炉炼钢可分别控制成分和温度。
4）工艺发展方向不同。转炉炼钢主要是通过包括提高供氧强度的高效吹炼技术、碳及温度命中率的全自动化吹炼技术、不倒炉出钢的快速出钢技术、采用炉外处理和铁水预处理减轻转炉冶金负荷等措施，实现转炉生产高效化，通过接近平衡的冶炼工艺、高效脱磷工艺、出钢挡渣技术，实现产品的洁净化，通过少渣冶炼与炉渣返回，使用合金元素熔融还原（Cr、Mn）矿，干法除尘用水减量化，煤气余热回收等技术，实现低成本及负能炼钢。电弧炉炼钢主要是通过强化供能（包括强化供电和辅助能源），采用“环境友好型”废钢预热系统，预热废钢和加铁水工艺，增加物理热和化学热。采用不开炉盖及出钢时仍能通电的连续冶炼技术，有效减少非通电时间，50%左右或更高的大留钢量平熔池冶炼技术，减少冶炼过程电弧辐射对耐火材料的损害，降低电极消耗。以上技术的应用，缩短了冶炼周期，实现了炼钢高效化生产，降低了吨钢能耗。
5）冶金质量方面的差异。钢中的残余元素（Cu、Ni、Mo、As、Sb、Bi、Sn）不同，电弧炉炼钢由于废钢多次循环使用，造成钢中残余元素含量高；钢中氮含量不同，电弧炉炼钢由于电弧区空气电离增氮及原料中氮含量高，造成钢中氮含量较高。虽然电弧炉采用大留钢量平熔池操作及密封冶炼，有利于降低氮含量，但还是无法与转炉炼钢利用CO汽泡携带脱氮能力相比。
2长流程与短流程炼钢成本比较分析
2.1炼钢工序成本分析
对于冶炼棒线材，转炉 LF、电弧炉 LF和电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本构成包括两部分，即差别费用项和相同费用项。差别费用项比较如表1所示，相同费用项如表2所示。
由表1可知，不同炼钢工艺成本中的差别费用，主要表现在钢铁料、电弧炉电能、电极、耐火材料、石灰等辅料、燃气、冷却水等消耗及能源回收方面，特别是钢铁料、电弧炉电能、电极三方面的消耗。转炉 LF、电弧炉 LF和电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢差别成本分别为2216.96元/t、3049.84元/t及2819.30元/t。
由表2可知，不同炼钢工艺成本中的相同费用为346.77元/t，包括合金消耗、LF精炼成本（电耗、辅料、钢包耐材、冷却水、燃汽）、连铸成本、人员工资及福利、制造费用（折旧、维修费、运费及其他）及备品备件。
通过以上分析，在废钢价格为2400元/t、铁水价格为1948元/t的条件下，转炉 LF、电弧炉 LF和电弧炉（兑30%铁水） LF三种工艺炼钢成本（差别费用 相同费用）分别为2563.73元/t、3396.61元/t及3166.07元/t。
与转炉炼钢总成本相比，在全废钢及兑30%铁水两种情况下，电弧炉炼钢总成本分别增加了832.88元/t和602.34元/t，电弧炉炼钢各部分成本增加值占总成本增加值的比例如图1所示。
由图1可知，与转炉炼钢总成本相比，在全废钢及兑30%铁水两种情况下，钢铁料成本分别占总成本增加量的54.58%和50.72%；电弧炉冶炼电耗分别占总成本增加量的25.93%和27.44%；电极消耗分别占总成本增加量的17.17%和16.44%，剩余为其他费用。成本增加主要为钢铁料成本和冶炼电耗成本，其次为电极消耗成本。钢铁料成本起主导作用的是废钢价格，在电耗和电极消耗基本不变的情况下，电价及电极价格是影响成本增加的主要因素。因此，降低电弧炉炼钢成本，应主要从废钢成本（收得率和单价匹配）、用电费用和电极价格三个方面进行控制。
2.2废钢价格对不同工艺炼钢成本的影响
在其他指标和价格不变的条件下，研究废钢价格对三种不同冶炼工艺炼钢成本的影响。从表1和表2中所示的不同冶炼工艺的炼钢总成本中减去废钢所占成本，将废钢价格设定为变量x，计算出炼钢成本随废钢价格变化的关系，如图2所示。由图2可知：
1）当废钢价格低于1373.73元/t时，电弧炉（全废钢） LF炼钢工艺炼钢成本低于转炉 LF工艺炼钢成本，电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本更低；
2）当废钢价格为1373.73-1494.95元/t时，电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本低，电弧炉（全废钢） LF工艺炼钢成本略高于转炉 LF工艺炼钢成本；
3）当废钢价格大于1494.95元/t时，转炉 LF工艺炼钢成本更低；
4）当废钢价格大于1707.07元/t时，电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本低；废钢价格低于1707.07元/t时，电弧炉（全废钢） LF工艺炼钢成本低，也就是说加铁水不利于炼钢成本的降低。因此，采用何种炼钢工艺成本最低，主要依赖于废钢价格。
2.3电费价格对不同工序炼钢成本的影响
依据表1和表2中的数据，当废钢价格比铁水价格低100、200、300、400、500、600元/t时，全废钢与兑30%铁水冶炼的成本与转炉炼钢工艺成本相同，电弧炉所用电价如表3所示。由表3可知，当废钢价格高于1648.00元/t时，电弧炉炼钢的成本必然超过转炉炼钢成本。当废钢价格为1548.00元/t时，用电价格为0.44元/kWh，全废钢电弧炉炼钢成本与转炉炼钢成本相当；用电价格为0.23元/kWh，兑30%铁水电弧炉炼钢成本与转炉炼钢成本相当。废钢价格进一步降低，相应电价可以稍高些，就可以保证转炉钢与电弧炉钢的成本相当。
在废钢价格等于铁水价格的前提下，即废钢价格为1948元/t时，电弧炉炼钢成本高于转炉炼钢成本。从表1和表2中不同冶炼工序炼钢总成本中，减去各工艺中用电消耗所占的成本，然后将电价设定为变量x，按废钢价格比铁水价格低500元/t，即废钢价格为1448元/t时，计算出炼钢成本与电价的关系（如图3），由图3可知，当电费价格高于0.68元/kWh时，转炉 LF工艺炼钢成本最低，电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本最高；当电费价格降低到0.68元/kWh且高于0.43元/kWh时，电弧炉（全废钢） LF工艺炼钢成本最低，其次为转炉 LF，而电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本仍为最高；当电费价格低于0.43元/kWh时，转炉 LF工艺炼钢成本最高，其次为电弧炉（兑30%铁水） LF工艺炼钢成本最低，而电弧炉（全废钢） LF工艺炼钢成本最低。
2.4电极价格对炼钢成本的影响
与转炉炼钢总成本相比，电弧炉炼钢（全废钢、电弧炉兑30%铁水）总成本分别增加了832.88元/t及602.34元/t。以表1和表2中的数据为依据，分析电弧炉炼钢总成本增加值（与转炉炼钢相比）与电极价格的关系，如图4所示。由图4可知，对于电弧炉全废钢和兑30%铁水冶炼，电极价格每增加1万元，成本分别增加13.00元/t和9元/t。
3长流程与短流程炼钢能耗比较分析
明确高炉-转炉长流程炼钢能耗与电炉短流程炼钢能耗之间的区别。
1）电炉短流程炼钢能耗。
不同条件下，电炉短流程炼钢能耗如图5所示。
图5表明，随着热装铁水比例的增加，电弧炉炼钢工序能耗明显降低。同等情况下，无预热、无蒸汽回收电弧炉工序能耗高，废钢预热式炉次之，有蒸汽回收的最低。
采用加入85%废钢 15%生铁且无预热、无蒸汽回收，电弧炉冶炼工序能耗最大为90kgce/t；采用50%铁水热装且无预热、有蒸汽回收的电弧炉冶炼工序能耗最小为41kgce/t。
2）高炉-转炉长流程炼钢能耗。
铁前各工序能耗情况如表4所示。
转炉工序能耗限值如表5所示。
仅考虑高炉工序能耗为390.63（kgce/t）。
对于100t转炉，取转炉工序能耗最大值为-23.9 kgce/t。
电炉工序能耗最大值为 90 kgce/t。
因此，高炉-转炉长流程炼钢能耗远高于电炉短流程炼钢能耗。（李晶 王新江 潘宏涛）
联系客服
