'鋼鐵行業研究百問15:中國具備大規模發展電弧爐的條件了嗎?'

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本章節解決的難題是,電弧爐發展的條件問題。由於歷史上的各種原因,電弧爐發展受到抑制,在過去幾十年事件中並沒有能夠出現高速增長。


什麼是電弧爐?和中頻爐有什麼區別?

電弧爐鍊鋼是利用電弧的熱效應加熱爐料進行熔鍊的鍊鋼方法。交流電通過石墨電極輸入爐內,在電極下端與金屬料之間產生電弧,利用電弧的高溫直接加熱爐料,使鍊鋼過程得以進行。電弧爐鍊鋼以廢鋼為主要原料,根據爐襯材質和造渣材料不同,有鹼性法和酸性法之分。最常用的是鹼性法。電弧爐鍊鋼以電能作熱源,避免了氣體熱源所含硫分對鋼的汙染;操作工藝靈活,爐渣和爐氣均可調控成氧化性或還原性;強還原性可使爐料中所含的貴重元素鉻、鎳、鎢、鉬、釩、鈦等極少燒損;爐溫高、易控制;產品質量高。

電弧爐的發展歷史

電弧爐鍊鋼起源可上溯到1853年,法國人皮鬆(Pisson)用兩根水平電極在熔池上方發生電弧間接加熱熔池熔鍊金屬成功。1879 年西門子(K. W. Siemens)改用一根直立電極與金屬熔池直接產生電弧而加熱熔池。1899年,美國有人曾試用兩根直立電極直接加熱熔池的方法,但使用的仍是直流電源,功率不足以熔化廢鋼,未能用於生產。近代電弧爐鍊鋼 的雛型是 1907 年美國出現的埃魯(P.L.T.Heroult)式電弧爐—三相交流電弧爐。由於其功率大、工藝靈活、可用廢鋼為原料、產品質量高而贏得市場,隨後推廣到各國。

電弧爐鍊鋼是生產中、高合金鋼和優質鋼的主要方法。在電能和廢鋼資源多且便宜的工業發達地區,電弧爐生產的普通碳素鋼,已在市場佔有日益增大的份額。隨著工業和技術的發展對合金鋼、優質鋼需求量不斷增長,到20世紀80年代末,電弧爐鋼在世界粗鋼年總產量中已佔30%左右(見表1)。由於各國資源、技術及社會條件不同,電爐鋼產量偶有起伏,但增長勢頭不變。到20世紀末,世界電弧爐鋼所佔比例將達35%。到20世紀80~90年代電弧爐容量多為40~120t,200t電爐亦屬常見,最大的電弧爐容量為400t,然而世界電爐鋼75%的產量出自所謂“小鋼廠”,即年產鋼量為5~25萬t、帶有連鑄機和小型軋機的鋼廠。

電弧爐發展的趨勢

電弧爐鍊鋼是在與氧氣轉爐鍊鋼並立且競爭中取得其地位的。20世紀80年代初,氧氣轉爐已能煉出電弧爐能煉的多數鋼種,但它消耗的廢鋼量卻不高於廢鋼產量的30%,其餘的均為鍊鋼電弧爐耗用,隨著世界總體工業化程度的提高,必然伴以廢鋼資源增加,再加上核電的普及,使電弧爐鍊鋼具有長遠發展的物質保證。電弧爐鍊鋼技術發展的重點則隨各國電弧爐鍊鋼發展程度不同而異,總的方向是:繼續推廣高功率電弧爐和超高功率電弧爐,擴大爐容,提高生產率;採用水冷爐壁、水冷爐頂,減少爐襯費用;繼續發展爐外精煉,使電弧爐的功能變成單純的熔化廢鋼,從而充分利用變壓器功率;發展鐵礦石直接還原技術,以其產品代替廢鋼,擴大金屬料來源,全直接還原料冶煉可採用連續裝料而無須啟、閉爐頂,以節省電能;開發新的電爐鋼種以及在配料、供電、操作、爐前分析等方面採用電腦自動控制等技術。

中頻爐和電弧爐的區別

1、電弧爐 :體積大 一般都是3噸以上的,具備一定規模的企業才用的起電弧爐,它煉出的鋼比較純;中頻爐:鍊鋼相對電弧爐來說成本低些,適合中小型企業使用,煉出的鋼雜質多,含碳量高所以煉出的鋼不純。

2、電弧爐用的是工頻電;中頻電爐用的是中頻電。

3、電弧爐熱效率較低,生產率較低,操縱笨重,能耗高;中頻爐效率較高,熱效率高,從而達到生產效率高,而且操作靈活,能耗低。

4、二者加溫的方式不一樣,產生的溫度不一樣,效率不一樣。

5、電弧爐用的是工頻電。中頻爐採用的是中頻電。

電弧爐發展的條件

1、電力資源。電弧爐是以電為動力的鍊鋼方式,電弧爐中電價成本構成主要是:(1)電爐電 耗:384.7度/噸;(2)精煉爐電耗:36.65度/噸;(3)除塵電耗:20.63度/噸;(4)製氧站電耗:21.18度/噸;(5)水處理電耗:19.36度/噸;(6)其他輔助電耗:8.1度/噸;六項合計電耗:384.7+36.65+20.63+21.18+19.36+8.1=490.62度/噸*0.68元/度=333.62元。

中國的電力行業發展在2016年之前一直是處於緊缺的狀態,2016年之後電力行業才開始進入到過剩狀態。電力一直是限制中國電弧爐發展的原因之一,在往年用電高峰期,拉閘限電是常有的事情。隨著國內傳統獲利火力發電的發展以及太陽能、風能、核能、水力發電的應用,中國已經擺脫了電力緊缺的狀態,因此從能源結構上看,大力發展電弧爐條件已經具備。

2、廢鋼資源。電弧爐冶煉的原料是廢鋼鐵,廢鋼資源在2015年之前始終是處於緊缺狀態,為滿足國內鍊鋼需要從國外進口廢鋼。廢鋼是電弧爐冶煉的糧食,在沒有糧食的時候面臨吃不飽的問題,因此限制過去中國電弧爐發展的原因是廢鋼資源不足。

按其來源可分為自產廢鋼、加工廢鋼和折舊廢鋼三大類。一般情況下,在三類廢鋼中自產廢鋼和加工廢鋼所佔比例不大,分別在20%~25%,折舊廢鋼所佔比例較大,一般在50%~60%。因此,在進行廢鋼資源量預測時,折舊廢鋼資源量的預測顯得尤為重要。

關於廢鋼資源的計算會在後續進行詳細闡述。

3、技術儲備。在國外市場電弧爐主要應用於高檔鋼材的生產,而在中國電弧爐的發展一直處於較低水平,目前還只能應用於普碳鋼材的生產。中國由於在過去幾十年並未大力發展電弧爐鍊鋼,因此電弧爐鍊鋼的技術儲備和人才儲備一直較差,在2017年之後大量電弧爐的上馬也加劇了人才的緊缺。

電弧爐發展在未來幾年仍難以根本解決。

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