电炉炼钢及其发展-2211315435

济源职业技术学院第四章电炉炼钢及其发展前言电炉炼钢发展历史电炉炼钢发展前景后语济源职业技术学院电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。按电能转换热能方式的差异，电炉可分为：电渣重熔炉—利用电阻热；感应熔炼炉—利用电磁感应；电子束炉—依靠电子碰撞；等离子炉—利用等离子弧；电弧炉—利用高温电弧，不包括加热炉、热处理炉等。4.1前言济源职业技术学院目前，世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的，因此电炉炼钢主要指电弧炉。电炉炼钢是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温，来加热、熔化炉料。它是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法(现在也用来生产普通钢)。济源职业技术学院4.2电炉炼钢发展历史回顾一下现代炼钢简史，见表1-1。时间国别发明者炼钢法发展与贡献1856英国Bessemer酸性底吹转炉解决大规模生产液态金属1865英国与法国SiemensandMartin平炉废钢得到利用1878英国Thomas碱性底吹转炉解决用高磷生铁炼钢1899法国Heroult电弧炉用电能、废钢济源职业技术学院电炉是在电发明之后的1899年，由法国的海劳尔特（Heroult）在LaPraz发明的。它被建在阿尔卑斯山（Alps）的峡谷中，原因是在距它不远处有一个火力发电厂。电炉的出现，开发了煤的替代能源，使得废钢开始了经济回收，这最终使得钢铁成为世界上最易于回收的材料，也为可持续发展做出巨大贡献。济源职业技术学院由炼钢方法百年兴衰看电炉发展电炉炼钢在这100多年中，其发展速度虽然不如二十世纪60年代前的平炉，也比不上60年代后转炉发展的那样快，但随着科技的进步，电炉钢产量及其比例始终在稳步增长。尤其二十世纪70年以来，电力工业的进步，科技对钢的质量和数量的要求提高，大型超高功率电炉技术的发展以及炉外精炼技术的采用，使电炉炼钢技术有了长足进步。济源职业技术学院图4-1炼钢方法百年兴衰济源职业技术学院由钢产量与产品结构变化看电炉发展1）钢产量1970～1999年（世界电炉炼钢发展期），世界粗钢总量一直徘徊在7.0～8.0亿吨之间。但电炉钢产量比例一直在稳步上升，世界粗钢产量的变化，分别见图1-2、1-3，表1-2。济源职业技术学院图4-2不同方法钢产量变化情况济源职业技术学院图4-32000年世界金属平衡情况济源职业技术学院表4-2世界粗钢总量与电炉钢产量时间1970198019902000200220032004总钢产/亿吨6.07.167.78.479.039.6310.6电炉钢比/%14.222.027.533.834.53536即2000前一直在7.0～8.5亿间徘徊，2002、2004年才分别突破9、10亿吨，2005年达到11.07亿吨。济源职业技术学院美国是世界上主要产钢国，其电炉钢比例也最高。原因是有丰富的废钢资源和充足廉价的电力，使得电炉发展迅速，见表1-3。时间1975199519992004电炉钢比/%20.039.546.153.0日本1985～1994年9年间，电炉生产能力增加了2074万吨（增加了73%），而高炉—转炉能力降低了2619万吨。电炉钢产量比例由29%提高31.6%，1996年达到33%。济源职业技术学院欧洲1978～1998年20年间转炉钢与电炉钢产量的变化如下：德国转炉钢增2%，电炉钢增102%；法国转炉钢减32%，电炉钢增138%；西班牙转炉钢减27%，电炉钢增119%；意大利转炉钢不变，电炉钢增24%。欧洲电炉钢产量变化见图1-4。济源职业技术学院图4-4欧洲电炉钢产量变化济源职业技术学院表4-4近年几个主要产钢国电炉钢的发展国名钢产量/万t电炉钢比例/%美国9010→989047.4→53.0德国4480→464029.3→30.7韩国4390→475043.6→43.9印度2730→318042.5→45.6济源职业技术学院表4-52004年各国钢产量与电炉钢比例国别世界中国欧共体日本美国俄罗斯韩国德国粗钢产量/亿吨10.62.7251.931.1270.9890.6560.4750.464电炉钢比/%3614.938.626.453.016.343.930.7济源职业技术学院表4-601~03年中国及世界电炉钢的增长速度区域年份200120022003世界钢产量/亿吨8.4539.0059.631电炉钢比/%35.033.933.1钢增长速度/%6.536.95中国钢产量/亿吨1.5091.8232.224电炉钢比/%15.816.717.6钢增长速度/%17.420.822.0转炉钢增长速度/%16.320.320.1电炉钢增长速度/%18.927.028.1济源职业技术学院表4-601~03年中国及世界电炉钢的增长速度200120022003钢产量，亿t8.4539.0059.631电炉钢比例，%35.033.933.1钢增长速度，%6.536.95钢产量，亿t1.5091.8232.224电炉钢比例，%15.816.717.6钢增长速度，%17.420.822.0转炉钢增长速度，%16.320.320.1电炉钢增长速度，%18.927.028.1年份世界中国济源职业技术学院表4-7中国粗钢产量与电炉钢比年份1993199619992002200320042005总钢产/亿t0.8951.0121.241.8232.2252.8283.523电炉产及其钢比/万t/%2075/23.21893/18.71947/15.73049/16.73906/17.64210/14.9由上表：1）中国钢产量1996年超过1亿吨（铁是1995年），2003年超过2亿吨，2005年超过3亿吨（达到3.5亿吨），预计2006年将超过4亿吨（达到4.24亿吨）。济源职业技术学院2）电炉钢产比例1993年达到最高的23.2%（2075万吨），之后大幅度降低，并徘徊在15～18%。但电炉钢产量在一直增加，且近年增加很快，1999～2004年的五年间增加了2000万吨，2004年超过4200万吨（14.9%），这接近美国1999年的水平。3）预计到2020年中国总钢产量达到4.7亿吨，其中电炉钢产量要达到1.2亿吨；与2004年相比分别增加了约68%与200%。济源职业技术学院图4-5中国电炉炼钢的发展情况1993~2004年我国电炉钢产量及电炉钢比例的变化济源职业技术学院2）钢的品种结构—实现“全方位竞争”电炉钢不但在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势，而且正在普钢领域表现出强劲的竞争态势。在产品结构上，电炉钢几乎覆盖了整个长材生产领域，诸如圆钢、钢筋、线材、小型钢、无缝管，甚至部分中型钢材等。并且正在与转炉钢争夺板材（热轧板）市场。总之，电炉的发展使得平炉完成它的使命，并与转炉形成竞争，此格局将在较长时期内存在。济源职业技术学院4.3电炉炼钢的发展前景电弧炉从诞生至今已超过100年了，在这百年中，电炉的设备工艺技术在不断发展，产量不断地提高，其原因是电炉炼钢的经济效益与环境优势。正是由于废钢—电炉炼钢流程具有经济效益与环境优势，有利于钢铁工业的可持续发展，所以电炉炼钢的发展前景一片光明。济源职业技术学院4.3.1能源供应电炉用电能炼钢，除废钢原料外，电能占炼钢成本比例最大。随着电力工业的发展，对电炉尤为有利。美国电炉发展速度快的原因是与电力充足、电价便宜分不开的。另外，废钢铁为非氧化物，相比铁氧化物来说属于一种化学能的载能体——载能原料，几乎可以无限再生利用。使用废钢代替生铁炼钢，可以节约生产生铁过程所需的能源消耗，每吨生铁大约需消耗700kg标煤，所以多用废钢可以降低能源消耗。这使得“废钢—电炉炼钢流程”比“高炉—转炉炼钢流程”的吨钢能耗减少一半以上。济源职业技术学院4.3.2电炉生产流程当今钢铁工业所采用的炼钢流程，经150年来的发展竞争，目前基本形成了两类流程：以铁矿石、煤炭为源头的“高炉—转炉炼钢流程”；以废钢、电力为源头的“废钢—电炉炼钢流程”。废钢—电炉炼钢流程，具有流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称其为“短流程”。“短流程”的特征：该流程必须是高效、节能，是世界上流行的“三位一体”或者“四个一”。也正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电炉炼钢强大的生命力。济源职业技术学院“短流程”的优越性：投资省1/3～1/2：每吨钢的投资长流程为1000～1500美元/t，短流程为500～800美元/t；建设周期短1/2：长流程为2～4年，短流程为1～2年；生产能耗低1/2；操作成本低1/4；济源职业技术学院“短流程”的优越性：劳动生产率高1～3倍：长流程为500～900t/a.p，短流程为1000～3000t/a.p；占地面积小1/2～3/5；环境污染少：可减少冶金渣40%、减少废弃物97%、减少废气86%、减轻水污染76%，在人类生存环境日益恶化的今天，使用废钢炼钢意义深远。—J