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1 引言 钢铁生产可分为“从铁矿石到钢材”和“从废钢到钢材”两大流程。相对于钢铁联合企业中以高炉-转炉为代表的常规流程而言，以废钢为主原料的 电弧炉炼钢生产具有工序少、投资低和建设周期短 的 特 点 ，因 而 被 称 为 短 流 程 。 近 年 来 ，我 国 废 钢 资源产生量增多，电力条件改善，国家政策导向支持 为电炉钢的发展创造了一定的条件，但电炉钢的发 展仍存在一些制约因素，一是废钢资源质量参差不 齐，二是电炉钢成本竞争力不强，废钢与铁水价差不 能长期支撑电炉钢成本竞争力，国内总体电价水平 较高，石墨电极价格高且波动较大，造成电炉钢成本 控制难度大。钢铁企业排放指标要求越来越严，钢 铁企业排放的污染物 80%来自焦化、烧结等环节，长流程炼钢的弊端日渐明显。系统的比较电炉 钢和转炉钢成本，以及长短流程能耗与排放，可供发 展电炉钢企业参考，具有重要意义。 电炉炼钢新技术主要有铁水+废钢冶炼技术、强化用氧技术、伸缩炉盖电炉技术、新型康斯迪电炉 炼钢技术、新型量子电炉炼钢技术等。未来电炉炉 型的发展方向是能实现连续加料、废钢预热、绿色环 保、余热回收及人工智能型炼钢的电炉。目前，我国 康斯迪电炉占总电炉数量 70%左右，建设较早的电 炉企业一般为非连续加料的普通电炉。德国福克斯技术公司为实现电炉一篮料操作，开发了伸缩炉盖技术，在普通电炉基础上增加炉壳 高度、增加炉盖的升降行程，有利于缩短非通电时 间、提高生产率。运行效果: 吨钢吹氧小于 30Nm3 /t，天然气 4 Nm3 /t; 电耗 369 kWh/t，电极消耗0.91 kg/t，一篮料加料次数由 40%增加至 54%。新型康斯迪电炉，其主要特点及优越性: 炉体称 量装置安装位置，由倾动平台下四个滚轮内，改为安装在倾动平台上方的四个角，依四个称量单元来测 量 工 作 状 态 的 炉 体 重 量 ，该 方 式 安 装 、维 护 方 便 ，故 障率小; 缩短废钢预热段的长度，提高烟气出口温 度; 控制野风的混入，强化预热段内的二次燃烧，保 证出口温度在 800 ~ 900 °C ，抑制二噁英的产生; 电 炉炉底设置底吹装置，在废钢下料区炉底设置底吹 装置，改善熔池钢水温度偏差，缩短冶炼周期; 在废 钢预热段设置挡板，防止电极极心圆偏位。新型量子电弧炉优越性: 过程基本不停电，非通电时间1~2 min，高生产率，冶炼周期可实现33~36min; 变压器功率利用率高，约等于 1，减小变压器功 率的匹配; 电耗可以达到 280 kWh/t( 废钢预热 600 °C)，电极消耗可以达到0.9kg/t;平熔池操作，电压 闪烁、噪音水平低，可以免用屋顶烟罩; 节能、环保、新型。这种新型电炉结构复杂，国外有部分钢企投 用 ，但 国 内 目 前 无 新 型 量 子 电 炉 投 产。据相关介绍，量子电炉电耗可达到 280 kWh / t，电极消耗可达到 0.9 kg / t。电 极 消 耗 与 原 料 结 构 、强 化 用 氧 、废 钢 预 热 、连 续加料有关。目前国内外电炉电极消耗 0.91 ~ 4.0 kg/t，配加铁水冶炼时电极消耗低于全废钢冶炼电 炉。35%铁水+65%废钢，电极消耗取国内先进水平2 kg/t。50%铁水+50%废钢，电极消耗取国内先进水平1.8 kg/t。石墨电极价格 10.5~14.5 万元/t，电极直径越大价格越高，电炉钢企业电极直径一般为 400 ~ 550m m ，以 1 4 . 5 万 元 / t 测 算 。电炉钢电耗取决于原料结构、装备水平、用氧强 度、废钢预热温度、加料方式等因素。目前国内外电 炉电耗 200~480 kWh/t，加部分铁水冶炼在缩短冶 炼周期，降低电耗方面具有显著效果。全废钢冶炼，电耗以 400 kWh / t 测算。35%铁水+65%废钢，电耗以国内先进水平250 kWh/t 测算。50%铁水+50%废钢，电耗以国内先进水平200kWh/t测算。(4)电价。电价因电力类型、直供电优惠政策等有所差异，按0.45元/kWh测算。电炉钢企业废钢价格 2000 ~ 2200 元/t，以2100元/t测算。(7)废钢通过转炉冶炼转化成的钢坯，测算成本的数据选取。转炉使用废钢冶炼时金属收得率因废钢料型、质量等有所差异，在 60% ~ 93%之间，取 80%。石灰消耗按废钢中 Si 含量 0.20%及炉渣碱度 3.0 确定，取 15 kg/t。氧气消耗按废钢中 C、Si、Mn 元素氧化所需氧气确定，取 15 m3 /t。电炉钢企业耐材成本 68~98 元/t，以 85 元/t 测 算。(9)合金、辅材及电以外的能源单价均以酒钢集 团 3 月份价格为准。以国内电炉钢企业为参照，在现有装备条件和 生产水平下，原料结构选取全废钢模式、35%铁水+ 65%废钢模式、50%铁水+50%废钢模式电炉钢成本 分别与转炉钢成本进行比较; 假设国内电炉钢企业 采用最先进的新型量子电炉后，测算电炉钢成本，与 转炉钢成本进行比较。全废钢冶炼模式电炉钢与转 炉钢成本比较见表 1。由表 1 可以看出，全废钢冶炼模式电炉钢成本较转炉钢成本高 349.65 元 / t。35%铁水+65%废钢模式电炉钢成本与转炉钢 成本比较见表 2。由表2 可以看出，35%铁水+65%废钢模式电炉 钢成本较转炉钢成本高 249.48 元 / t。50%铁水+50%废钢电炉流程与转炉流程成本 比较见表 3。由表 3 可以看出，50%铁水+50%废钢流程电炉 钢成本较转炉钢成本高 224.82 元 / t。由表 4 可以看出，指标先进电炉钢成本较转炉钢 成本高 6.34 元/t。若量子电炉采取铁水+废钢工艺，成 本 将 进 一 步 降 低 ，与 之 相 比 转 炉 钢 基 本 无 优 势 。综合以上测算，全废钢、35%铁水+65%废钢、50%铁水+50%废钢电炉钢成本均高于转炉钢成本，波动范围在 224.82 ~ 349.65 元/t，转炉钢在成本方面更有优势; 若在转炉出钢后加部分废钢，转炉流程 使用废钢的成本更有优势; 新型量子电炉钢成本较 转炉钢成本高 6.34 元/t，综合考虑长流程碳排放税 以及国家鼓励废钢消费等政策，量子电炉钢成本优 于转炉钢成本。钢铁的主流生产工艺可分为两种: 高炉-转炉 长流程和电炉短流程。钢铁企业排放的污染物80%来自焦化、烧结等环节，电炉短流程炼钢工艺由 于直接使用废钢作原料，省去了造成污染的诸多环 节，受到许多钢铁企业的青睐。用废钢直接炼钢比 用铁矿石炼铁炼钢可减少废气 80%、废水 76%和废 渣 97%，有利于清洁生产和排废减量化。2005 年以来，中国是世界最大能源消费国和碳 排放国，面临着严峻的碳减排任务，其中 2016 年，全 球 CO2排放量 361.83 亿吨( 石油、天然气和煤炭等 化石燃料的排放量) ，中国碳排放量高达 105.06 亿 吨，总量超过欧美之和。高炉-转炉长流程与电炉 短流程能耗及排放比较见表 5。由表 5 可以看出，高炉-转炉长流程生产吨钢CO2 排放为 2.2 t 左右，电弧炉生产吨钢 CO2 排放量 为 0.5 t 左右，电炉短流程排放的 CO2 约为长流程的1/4; 高炉-转炉长流程生产吨钢消耗标煤 15.8 左 右，电弧炉生产吨钢消耗标煤为 9.48 左右，吨钢消 耗标煤约为长流程的 1 /2。经估算，我国重点钢厂的碳排放占到全国碳排 放总量的 13.5%，我国碳排放量依然居多，钢铁行业 碳排放量不仅占全国碳排放量的比重增加，而且钢 铁行业碳排放量也在持续增加，而电炉炼钢碳排放 明显低于转炉炼钢碳排放量。工信部 2015 年 3 月20 日发布的《钢铁产业调整政策( 2015 年修订) ( 征 求意见稿) 》，明确要求: “鼓励推广以废钢铁为原料的短流程炼钢工艺及装备应用，到 2025 年，我国钢 铁企业炼钢废钢比不低于 30%，废钢铁加工配送体 系 基 本 建 立 ”。 此 项 工 作 实 际 推 进 比 较 缓 慢 ，预 计国家将出台强有力的措施支持电炉钢发展。(1)决定电炉钢成本竞争力的主要因素为废钢价 格。以全废钢电炉流程测算的电炉钢成本为例，电 炉钢成本中钢铁料成本占总成本的 68.53%，石墨电 极成本占总成本的 12.79%，电力成本占总成本的5 . 2 9 % ，因 此 ，钢 铁 料 、石 墨 电 极 及 电 力 三 者 中 ，决 定 电炉钢成本竞争力的主要因素为废钢价格，其次为 石墨电极消耗及价格，最后为电耗及电价。(2)环保政策倾向电炉短流程，随着全国碳排放 权交易市场逐步完善，电炉短流程炼钢竞争力将增 强。随着全国碳排放权交易市场逐步完善，电炉短 流程工艺将迎来发展机遇期，需持续关注国家碳排 放相关政策。(3)从降低电炉钢成本的角度看，电炉发展方向 将是融合转炉部分功能的电转炉工艺。随着近年电 炉炼钢技术的推陈出新，电炉生产电耗、电极消耗及 冶炼周期都有长足进步，电炉转炉化趋势日益明显，无论是配加铁水冶炼、强化供氧，还是增加底吹功能 等强力降低能耗的措施，都已融合转炉工艺技术。
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