電弧爐鋼的生產(chǎn)與發(fā)展

電弧爐鋼的生產(chǎn)與發(fā)展

近年來，電弧爐代替鋼的產(chǎn)量迅速增加，超過了鋼的總排放量。2000年全世界鋼總產(chǎn)量為84115.4萬t,其中電爐鋼產(chǎn)量為28352萬t,占鋼總產(chǎn)量的33.7%,與1995年相比,電爐鋼產(chǎn)量增長了16.8%,鋼總產(chǎn)量增長13.2%。由于一些發(fā)達(dá)國家廢鋼資源豐富,電價(jià)低廉,電弧爐煉鋼發(fā)展迅速。如美國和日本,2000年電爐鋼占全國鋼總產(chǎn)量分別為46.8%和28.8%。而我國由于廢鋼資源短缺,電價(jià)較高,2000年電爐鋼產(chǎn)量為2020萬t,占全國鋼總產(chǎn)量的15.9%。20世紀(jì)90年代,大容量、超高功率電弧爐在我國仍獲得了較快發(fā)展。表1所示為近年來我國電爐鋼產(chǎn)量及所占比例。1國內(nèi)超高功率電弧爐生產(chǎn)現(xiàn)狀多年來,我國電弧爐以冶煉合金鋼為主,多集中于特殊鋼廠,一般容量小于50t。20世紀(jì)70年代至80年代末期,各地建了一些電弧爐容量小于10t的小鋼廠,與小軋機(jī)配套,生產(chǎn)低檔次的小型鋼材。由于生產(chǎn)的鋼質(zhì)量差、能耗高,污染環(huán)境嚴(yán)重等原因,國家在制定行業(yè)政策時(shí),強(qiáng)行關(guān)停這些小鋼廠,據(jù)報(bào)道,2000年因關(guān)停小鋼廠所挽回廢鋼資源達(dá)500萬t。從20世紀(jì)90年代起,我國相繼建設(shè)了多座大容量超高功率電弧爐,使我國電弧爐煉鋼技術(shù)有了長足的進(jìn)步,縮小了與先進(jìn)國家的差距。據(jù)報(bào)道,1990年至1999年我國共建設(shè)60～150t高功率、超高功率電弧爐共19座,總?cè)萘繛?645t。2000年以后,也有新建50t以上電弧爐投產(chǎn),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國在生產(chǎn)的50t以上電弧爐有39座,其中單爐出鋼量100t以上的電弧爐有10座。為了提高電弧爐生產(chǎn)率和鋼的質(zhì)量以及與連鑄機(jī)的有效配合,一些電弧爐鋼廠在建設(shè)大型電弧爐的同時(shí),全都建有鋼包精煉裝置(LF)并采取全連鑄生產(chǎn)。一些鋼廠還建有VD真空精煉裝置,如上海寶鋼、天津鋼管公司、成都無縫鋼管公司,為生產(chǎn)石油管、油氣輸送管、高壓鍋爐管等優(yōu)質(zhì)鋼,均建有VD真空精煉裝置,形成:UHP、HPEAF→LF(VD)→CCM的優(yōu)化工藝,從而保證了鋼的質(zhì)量,滿足了用戶需求。2有害元素檢測電弧爐傳統(tǒng)爐料是全部以廢鋼為原料,由于廢鋼中殘留有有害元素(Pb、Sn、As、Zn、Cu等),嚴(yán)重影響鋼的質(zhì)量。為此,在電弧爐爐料中配加部分鐵水或DRI和HBI,以稀釋廢鋼中殘留的有害元素含量。2.1爐管、優(yōu)質(zhì)硬線、硬線等鋼種的配合使用上海寶鋼電爐廠150t直流電弧爐主要生產(chǎn)高強(qiáng)度油井管、高壓鍋爐管、優(yōu)質(zhì)硬線等鋼種,由于對鋼中殘余元素要求嚴(yán)格,爐料中配加30%的高爐鐵水,取得了良好的效果。2000年鋼產(chǎn)量達(dá)82.95萬t,冶煉電耗為321kWh/t,冶煉周期為76.33min。2.2天津鋼管公司的研究天津鋼管公司150t電弧爐爐料配加30%的DRI,有效降低了廢鋼原料中殘留有害元素的含量,從而滿足了高質(zhì)量無縫鋼管用鋼的要求。由于配加30%的DRI,冶煉電耗有所上升。天津鋼管公司采用100%廢鋼和70%廢鋼+30%DRI的配料方案,鋼中殘留元素含量比較如表2所示。由于天津鋼管公司通過不斷改善操作,完善工藝,目前已能成功冶煉[S]≤0.003%的超低硫鋼和[N]≤70×10-6的低氮鋼。2.3hbi的消除上海五鋼公司在100t電弧爐爐料中配加10%～30%HBI,有效地稀釋了廢鋼中殘留有害元素。如軸承鋼冶煉時(shí),爐料中每增加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后冶煉電耗有所增加,當(dāng)HBI加入量達(dá)到30%時(shí),冶煉電耗由450kWh/t上升到480～500kWh/t。但加料方式和造渣制度對殘余元素含量和電耗也有一定影響。3動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置直流電弧爐與三相交流電弧爐相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):電極消耗可降低50%～60%;耐火材料消耗低;冶煉電耗低;冶煉時(shí)間短;電壓閃爍程度小;對電網(wǎng)干擾小;不需采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置;噪聲低。直流電弧爐的電流通過熔池傳給底電極時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁力,可使熔池進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌,使熔池鋼液成分和溫度均勻。由于直流電弧爐具有上述優(yōu)點(diǎn),1995年后兩三年中,上海浦鋼、寶鋼、五鋼公司相繼建設(shè)了100～150t直流電弧爐,冶煉周期指標(biāo)為60～80min,電極消耗為1.2～1.5kg/t(見表3)。4提高電弧爐生產(chǎn)率以氧氣、天然氣為代表的氧燃燒嘴技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到普遍推廣應(yīng)用,成為強(qiáng)化電弧爐冶煉進(jìn)一步提高生產(chǎn)率的重要手段。高效氧槍技術(shù)的成熟發(fā)展,滿足了超高功率電弧爐強(qiáng)化冶煉工藝的要求。我國一些電弧爐鋼廠根據(jù)自己的具體條件,合理地選擇了吹氧裝置,優(yōu)化組合相關(guān)工藝,從而縮短了冶煉時(shí)間,提高了電弧爐生產(chǎn)率。表4列出了2000年我國一些100t以上電弧爐的冶煉耗氧量和冶煉時(shí)間。5材料和爐襯的加工電弧爐由于功率水平的提高,使?fàn)t襯的熱負(fù)荷急劇增加,致使?fàn)t襯壽命大幅度降低,20世紀(jì)80年代我國電弧爐爐襯壽命一般小于100爐,因此,開發(fā)研制了新的耐火材料。如電弧爐爐蓋小爐頂部分采用高鋁磚或剛玉質(zhì)打結(jié)料;電弧爐爐門兩側(cè)采用鎂鉻磚;渣線部位采用鎂碳磚和瀝青結(jié)合鎂磚;爐壁采用瀝青結(jié)合鎂碳磚,偏心爐底熔池采用瀝青結(jié)合回火處理鎂磚;偏心爐底采用鎂質(zhì)打結(jié)料,由于電弧爐爐襯采用優(yōu)質(zhì)耐火材料綜合砌筑,使?fàn)t襯壽命大幅度提高。2000年我國大、中型電弧爐爐襯壽命如表5所示。6國產(chǎn)品件的國產(chǎn)化(1)我國電弧爐煉鋼在20世紀(jì)90年代獲得了迅速發(fā)展,從而提高了我國電弧爐煉鋼技術(shù)和裝備水平。但有些電弧爐鋼廠的大容量電弧爐生產(chǎn)能力尚未充分發(fā)揮。由于我國大容量超高功率電弧爐從國外引進(jìn)或部分設(shè)備進(jìn)行合作制造。因此,關(guān)鍵設(shè)備和備品備件進(jìn)行國產(chǎn)化的研制仍屬必要。(2)目前由于廢鋼和電價(jià)偏高,使電弧爐鋼生產(chǎn)成本較高,今后如何降低廢鋼價(jià)格和降低電能消耗是降低電弧爐