电炉炼钢法

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1、冶金学炼钢篇 阎立懿 东北大学钢铁冶金研究所 2009年6月/沈阳 （No10） *1东北大学/阎立懿 主 要 内 容 n概述 n炼钢基础理论 n炼钢用原材料 n转炉炼钢法 n电炉炼钢法 Date2东北大学/阎立懿 上回结束了第四章的内容 氧气底吹转炉炼钢法（在空气底吹转 炉的基础上发展起来的） n发展OBM/德国、LMS/法国、Q-BOP/ 美国，以及设备结构特点。 n底吹过程钢水及炉渣成分的变化见趋 势图 n底吹与顶吹特点比较：熔池搅拌充分 ，吹炼过程平稳，渣中氧化铁低，氧 气利用率高、脱碳速度快，脱硫能力 强、氮低等。炉龄低，钢中H含量高 。 Date3东北大学/阎立懿 氧气复吹转炉炼钢

2、法（复吹是顶吹和底吹技术发展的必然结果） n复吹法有：LBE/法钢研，LD-OTB/神户，LD-OB/新日铁，STB-P / 住友， K-BOP/川崎等。 复吹的特点如下： n熔池搅拌充分：底吹复吹顶吹 n渣中(FeO)含量：顶吹复吹底吹 nC-O曲线位置高低：顶吹的高，复吹的低，并接近底吹的（顶吹 复吹底吹）；钢水中含氧量高低：顶吹复吹底吹。 n硫的分配系数：复吹底吹顶吹。 n磷的分配系数：复吹底吹顶吹。 Date4东北大学/阎立懿 第五章 电炉炼钢法 n电炉炼钢及其发展 n电炉设备及其电热特性 n电炉炼钢冶炼工艺 n超高功率电炉相关技术 Date5东北大学/阎立懿 5.1.1 何谓炼钢电炉

3、 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： n电渣重熔炉利用炉渣的电阻热； n感应熔炼炉利用电磁感应； n电 子束 炉依靠电子碰撞； n等 离子 炉利用等离子弧； n电弧炉利用高温电弧，不含加热炉、热处理炉等。 5.1 电炉炼钢及其发展 Date6东北大学/阎立懿 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）。 Date7东北大学

4、/阎立懿 5.1.2 电炉炼钢发展历史 回顾一下现代炼钢简史，见下表： 时间国别发明者炼钢法发展与贡献 1856英国Henry Bessemer 酸性底吹转 炉 解决大规模 钢水的生产 1865/7法国-英国Martin -Siemens 酸性平炉废钢得到利用 1878英国Sidney Thomas 碱性底吹转 炉 解决用高磷 铁水炼钢 1899法国Heroult电弧炉用电能、废钢 1952奥地利 Linz and Donawitz LD法氧气炼钢 Date8东北大学/阎立懿 电炉是在电发明之后的1899年，由法国的海劳尔特 （Heroult）在La Praz发明的。它被建在阿尔卑斯山（ Al

5、ps）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。 Date9东北大学/阎立懿 1）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，世 界电炉钢产量及其比例始终在稳步增长。 尤其二十世纪70年代以来，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。 Date10东北大学/阎立懿

6、 2）由钢产量与产品结构变化看电炉发展 n 钢产量 Date11东北大学/阎立懿 世界粗钢总量与电炉钢比的变化情况 时间1970198019902000200220042005 总钢产/亿吨6.07.167.78.489.0410.611.1 电炉钢比/%14.222.027.533.834.53535 世界粗钢产量，2000年前的20多年一直在7.08.0亿吨间徘徊，电 炉钢产量比例一直在稳步上升，由十几增至三十几。 之后2002、2004、2005、2006、2007年以每年1亿吨的速度，由 9.04亿增加到13.28亿吨（中国/4.95、日本/1.2、美国/0.97亿吨三家之和 达到53

7、%）电炉钢产量比例维持在30以上（31）。 Date12东北大学/阎立懿 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的廉价电力，使得电炉发展迅速，见表： 日本 19851994年9年间，电炉生产能力增加了2074万吨（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%，2007年达到3100万吨。 时间时间19751995199920042006 电电炉钢钢比 /% 20.039.546.15356.9 Date13东北大学/阎立懿 n德国转炉钢增2%，电炉钢 增102%； n法国转炉钢减32%，电炉 钢

8、增138%； n西班牙转炉钢减27%，电 炉钢增119%； n意大利转炉钢不变，电炉 钢增 24%。 欧洲 1978 1998年20年间转炉钢与电炉钢产量的变 化如下： Date14东北大学/阎立懿 其他国家的情况： 从1995至2001年，韩国从37.8%增加到43.6%、印度从29.7% 增长到42.5%，2006年美国电炉钢比例为56.9%、韩国45.7%、德 国33.1%、印度50.5%，我国台湾地区也达到了45.7%，而我国大 陆的电炉钢比例却逐年下降，目前下降到10%左右。 Date15东北大学/阎立懿 中国近年电炉钢比例情况 时间时间20002001200220032004200

9、520062007 中国总钢总钢 产产/亿亿吨 1.291.521.822.222.833.524.234.95 电电炉钢钢比例 / 15.715.916.717.615.211.910.511.8 时间时间19931996 中国总钢产总钢产 /亿亿 吨 0.901.01 电电炉钢钢/比例2318.7 Date16东北大学/阎立懿 2）但电炉钢产量19932000年一直维持2000万吨，2000年后一直 在增加，200011002005年五年间增加了2700万吨，20042006年均 约为4200万吨，2007年达到5840万吨，这超过美国1999年的水平。 比例低的主要原因：进入21世纪以来

10、，由于我国大陆地区建筑用 钢材需求增加，使粗钢总产量增加过快，高炉转炉流程的产能和钢 产量粗犷扩张，使得中国电炉钢比例有较大幅度地降低，同时也使得 世界电炉钢比例有所降低，但目前仍在30%以上。 上表、右图给出： 1）电炉钢比例1993年达到最高 23.2%，之后大幅度降低，1996 2003年间一直徘徊在15%18%；从 20032007年降至12。 Date17东北大学/阎立懿 为什么世界各国及我国台湾地区的电炉钢比例均较高？因为 提高电炉钢比例有利于循环经济，是实现钢铁工业可持续发展的 重要措施。 北科大傅杰教授最近指出：中国钢铁产业调整和振兴，不能用本次 经济危机以前那种模式恢复生产，

11、重新启动过剩产能。我国本轮钢铁产 业振兴的正确途径，一是 要控制总量增长，进行产品结构调整，使产品 升级；二是 要调整转炉钢和电炉钢的比例，提高电炉钢的比重。 Date18东北大学/阎立懿 n 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。 Date19东北大学/阎立懿 5.1.3

12、 电炉炼钢的发展前景 电炉从诞生至今已近110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。 Date20东北大学/阎立懿 1）可持续发展概念 其概念是在1992年6月联合国在巴西里约热内卢召开“环境与发 展大会”上提出的，会上100多个国家首脑参加，并签署了“关于环境 与发展的里约热内卢宣言”，会议要求将可持续发展纳入到各国政策 和具体行动中。 我国是签署国之一，并于1994年发布了“中国21世纪人口、环境 与发展白皮书”，其后又将可持续发展作为重要战

13、略纳入“九五”计划 和“2010年远景目标”，将可持续发展与科教兴国并列为我国今后发 展的两大基本战略。 Date21东北大学/阎立懿 “可持续发展”定义： “既符合当代的需求，又不致损害后代的需求和 发展”人类必须遵循的原则。 这一概念的提出，是人类实现持久发展和生存观 念的根本改变。 Date22东北大学/阎立懿 2）废钢资源与生态环境 废钢铁是电炉的主要原料，随着地球上钢铁蓄积 量的不断增加，废钢铁资源逐年递增，不断产生的废 钢铁通过经济简便的回收、加工手段就可以回炉熔炼 、并可反复使用。从某种意义上讲，这是一个无穷无 尽的铁资源。 Date23东北大学/阎立懿 为此，各个国家均把废钢铁

14、视为宝贵资源，各种物质的回收情况 及世界历年废钢的消耗情况分别见图及表。 物质名称钢铁玻璃纸铝塑料 回收率%5545352710 Date24东北大学/阎立懿 钢铁蓄积量到2008年已超过420亿吨，若按20年折旧计算，每年产 生的废钢量将超过20亿吨，该值超过2003年世界年粗钢总量的2倍。 目前，废钢利用率较低，尤其中国还不到30%，最高的是美国超 过70%，若按50%的回收利用率，每年可利用的废钢超过10亿吨，除 转炉用的部分废钢（2亿吨）外，其余可以生产电炉钢超过6亿吨。 这说明就目前世界范围来看，废钢资源是不缺乏的，而且随着钢 铁蓄积量的增加，废钢利用率的提高，可利用的废钢量将继续增

15、加。 不难预测，当废钢循环达到动态平衡，世界电炉钢产量比例将接 近废钢利用率。 Date25东北大学/阎立懿 由于钢的良好的可再生性，以及环境、资源和能源等 方面日益苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际 趋势，国家政策也向此倾斜（作为垃圾而减税）。 废钢如得不到有效的回收和利用，将成为巨大的潜在 环境污染源，有些甚至可能对水质、土壤等构成严重威胁 。大量锈蚀的钢铁废料，不但造成资源的浪费，也将造成 严重的粉尘污染。 废钢的堆积本身也给环境带来不利影响。 Date26东北大学/阎立懿 3）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。

16、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。 Date27东北大学/阎立懿 4）电炉炼钢生产流程 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： n以铁矿石、煤炭为源头的“高炉转炉炼钢流程”； n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”（1000180min）。 “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