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1 引言 鋼鐵生產(chǎn)可分為“從鐵礦石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對(duì)于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中以高爐-轉(zhuǎn)爐為代表的常規(guī)流程而言，以廢鋼為主原料的 電弧爐煉鋼生產(chǎn)具有工序少、投資低和建設(shè)周期短 的 特 點(diǎn) ，因 而 被 稱 為 短 流 程 。 近 年 來(lái) ，我 國(guó) 廢 鋼 資源產(chǎn)生量增多，電力條件改善，國(guó)家政策導(dǎo)向支持 為電爐鋼的發(fā)展創(chuàng)造了一定的條件，但電爐鋼的發(fā) 展仍存在一些制約因素，一是廢鋼資源質(zhì)量參差不 齊，二是電爐鋼成本競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，廢鋼與鐵水價(jià)差不 能長(zhǎng)期支撐電爐鋼成本競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)總體電價(jià)水平 較高，石墨電極價(jià)格高且波動(dòng)較大，造成電爐鋼成本 控制難度大。鋼鐵企業(yè)排放指標(biāo)要求越來(lái)越嚴(yán)，鋼 鐵企業(yè)排放的污染物 80%來(lái)自焦化、燒結(jié)等環(huán)節(jié)，長(zhǎng)流程煉鋼的弊端日漸明顯。系統(tǒng)的比較電爐 鋼和轉(zhuǎn)爐鋼成本，以及長(zhǎng)短流程能耗與排放，可供發(fā) 展電爐鋼企業(yè)參考，具有重要意義。 電爐煉鋼新技術(shù)主要有鐵水+廢鋼冶煉技術(shù)、強(qiáng)化用氧技術(shù)、伸縮爐蓋電爐技術(shù)、新型康斯迪電爐 煉鋼技術(shù)、新型量子電爐煉鋼技術(shù)等。未來(lái)電爐爐 型的發(fā)展方向是能實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料、廢鋼預(yù)熱、綠色環(huán) 保、余熱回收及人工智能型煉鋼的電爐。目前，我國(guó) 康斯迪電爐占總電爐數(shù)量 70%左右，建設(shè)較早的電 爐企業(yè)一般為非連續(xù)加料的普通電爐。德國(guó)福克斯技術(shù)公司為實(shí)現(xiàn)電爐一籃料操作，開發(fā)了伸縮爐蓋技術(shù)，在普通電爐基礎(chǔ)上增加爐殼 高度、增加爐蓋的升降行程，有利于縮短非通電時(shí) 間、提高生產(chǎn)率。運(yùn)行效果: 噸鋼吹氧小于 30Nm3 /t，天然氣 4 Nm3 /t; 電耗 369 kWh/t，電極消耗0.91 kg/t，一籃料加料次數(shù)由 40%增加至 54%。新型康斯迪電爐，其主要特點(diǎn)及優(yōu)越性: 爐體稱 量裝置安裝位置，由傾動(dòng)平臺(tái)下四個(gè)滾輪內(nèi)，改為安裝在傾動(dòng)平臺(tái)上方的四個(gè)角，依四個(gè)稱量單元來(lái)測(cè) 量 工 作 狀 態(tài) 的 爐 體 重 量 ，該 方 式 安 裝 、維 護(hù) 方 便 ，故 障率小; 縮短廢鋼預(yù)熱段的長(zhǎng)度，提高煙氣出口溫 度; 控制野風(fēng)的混入，強(qiáng)化預(yù)熱段內(nèi)的二次燃燒，保 證出口溫度在 800 ~ 900 °C ，抑制二噁英的產(chǎn)生; 電 爐爐底設(shè)置底吹裝置，在廢鋼下料區(qū)爐底設(shè)置底吹 裝置，改善熔池鋼水溫度偏差，縮短冶煉周期; 在廢 鋼預(yù)熱段設(shè)置擋板，防止電極極心圓偏位。新型量子電弧爐優(yōu)越性: 過(guò)程基本不停電，非通電時(shí)間1~2 min，高生產(chǎn)率，冶煉周期可實(shí)現(xiàn)33~36min; 變壓器功率利用率高，約等于 1，減小變壓器功 率的匹配; 電耗可以達(dá)到 280 kWh/t( 廢鋼預(yù)熱 600 °C)，電極消耗可以達(dá)到0.9kg/t;平熔池操作，電壓 閃爍、噪音水平低，可以免用屋頂煙罩; 節(jié)能、環(huán)保、新型。這種新型電爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)外有部分鋼企投 用 ，但 國(guó) 內(nèi) 目 前 無(wú) 新 型 量 子 電 爐 投 產(chǎn)。據(jù)相關(guān)介紹，量子電爐電耗可達(dá)到 280 kWh / t，電極消耗可達(dá)到 0.9 kg / t。電 極 消 耗 與 原 料 結(jié) 構(gòu) 、強(qiáng) 化 用 氧 、廢 鋼 預(yù) 熱 、連 續(xù)加料有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)外電爐電極消耗 0.91 ~ 4.0 kg/t，配加鐵水冶煉時(shí)電極消耗低于全廢鋼冶煉電 爐。35%鐵水+65%廢鋼，電極消耗取國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平2 kg/t。50%鐵水+50%廢鋼，電極消耗取國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平1.8 kg/t。石墨電極價(jià)格 10.5~14.5 萬(wàn)元/t，電極直徑越大價(jià)格越高，電爐鋼企業(yè)電極直徑一般為 400 ~ 550m m ，以 1 4 . 5 萬(wàn) 元 / t 測(cè) 算 。電爐鋼電耗取決于原料結(jié)構(gòu)、裝備水平、用氧強(qiáng) 度、廢鋼預(yù)熱溫度、加料方式等因素。目前國(guó)內(nèi)外電 爐電耗 200~480 kWh/t，加部分鐵水冶煉在縮短冶 煉周期，降低電耗方面具有顯著效果。全廢鋼冶煉，電耗以 400 kWh / t 測(cè)算。35%鐵水+65%廢鋼，電耗以國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平250 kWh/t 測(cè)算。50%鐵水+50%廢鋼，電耗以國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平200kWh/t測(cè)算。量子電爐，電耗以 280 kWh / t 測(cè)算。(4)電價(jià)。電價(jià)因電力類型、直供電優(yōu)惠政策等有所差異，按0.45元/kWh測(cè)算。電爐鋼企業(yè)廢鋼價(jià)格 2000 ~ 2200 元/t，以2100元/t測(cè)算。(6)鐵水價(jià)格。
鐵水價(jià)格取 2330 元/t。(7)廢鋼通過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉轉(zhuǎn)化成的鋼坯，測(cè)算成本的數(shù)據(jù)選取。轉(zhuǎn)爐使用廢鋼冶煉時(shí)金屬收得率因廢鋼料型、質(zhì)量等有所差異，在 60% ~ 93%之間，取 80%。石灰消耗按廢鋼中 Si 含量 0.20%及爐渣堿度 3.0 確定，取 15 kg/t。氧氣消耗按廢鋼中 C、Si、Mn 元素氧化所需氧氣確定，取 15 m3 /t。電爐鋼企業(yè)耐材成本 68~98 元/t，以 85 元/t 測(cè) 算。(9)合金、輔材及電以外的能源單價(jià)均以酒鋼集 團(tuán) 3 月份價(jià)格為準(zhǔn)。4 電爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼成本對(duì)比以國(guó)內(nèi)電爐鋼企業(yè)為參照，在現(xiàn)有裝備條件和 生產(chǎn)水平下，原料結(jié)構(gòu)選取全廢鋼模式、35%鐵水+ 65%廢鋼模式、50%鐵水+50%廢鋼模式電爐鋼成本 分別與轉(zhuǎn)爐鋼成本進(jìn)行比較; 假設(shè)國(guó)內(nèi)電爐鋼企業(yè) 采用最先進(jìn)的新型量子電爐后，測(cè)算電爐鋼成本，與 轉(zhuǎn)爐鋼成本進(jìn)行比較。全廢鋼冶煉模式電爐鋼與轉(zhuǎn) 爐鋼成本比較見表 1。由表 1 可以看出，全廢鋼冶煉模式電爐鋼成本較轉(zhuǎn)爐鋼成本高 349.65 元 / t。35%鐵水+65%廢鋼模式電爐鋼成本與轉(zhuǎn)爐鋼 成本比較見表 2。由表2 可以看出，35%鐵水+65%廢鋼模式電爐 鋼成本較轉(zhuǎn)爐鋼成本高 249.48 元 / t。50%鐵水+50%廢鋼電爐流程與轉(zhuǎn)爐流程成本 比較見表 3。由表 3 可以看出，50%鐵水+50%廢鋼流程電爐 鋼成本較轉(zhuǎn)爐鋼成本高 224.82 元 / t。指標(biāo)先進(jìn)電爐鋼成本與轉(zhuǎn)爐鋼成本比較見表4。由表 4 可以看出，指標(biāo)先進(jìn)電爐鋼成本較轉(zhuǎn)爐鋼 成本高 6.34 元/t。若量子電爐采取鐵水+廢鋼工藝，成 本 將 進(jìn) 一 步 降 低 ，與 之 相 比 轉(zhuǎn) 爐 鋼 基 本 無(wú) 優(yōu) 勢(shì) 。綜合以上測(cè)算，全廢鋼、35%鐵水+65%廢鋼、50%鐵水+50%廢鋼電爐鋼成本均高于轉(zhuǎn)爐鋼成本，波動(dòng)范圍在 224.82 ~ 349.65 元/t，轉(zhuǎn)爐鋼在成本方面更有優(yōu)勢(shì); 若在轉(zhuǎn)爐出鋼后加部分廢鋼，轉(zhuǎn)爐流程 使用廢鋼的成本更有優(yōu)勢(shì); 新型量子電爐鋼成本較 轉(zhuǎn)爐鋼成本高 6.34 元/t，綜合考慮長(zhǎng)流程碳排放稅 以及國(guó)家鼓勵(lì)廢鋼消費(fèi)等政策，量子電爐鋼成本優(yōu) 于轉(zhuǎn)爐鋼成本。鋼鐵的主流生產(chǎn)工藝可分為兩種: 高爐-轉(zhuǎn)爐 長(zhǎng)流程和電爐短流程。鋼鐵企業(yè)排放的污染物80%來(lái)自焦化、燒結(jié)等環(huán)節(jié)，電爐短流程煉鋼工藝由 于直接使用廢鋼作原料，省去了造成污染的諸多環(huán) 節(jié)，受到許多鋼鐵企業(yè)的青睞。用廢鋼直接煉鋼比 用鐵礦石煉鐵煉鋼可減少?gòu)U氣 80%、廢水 76%和廢 渣 97%，有利于清潔生產(chǎn)和排廢減量化。2005 年以來(lái)，中國(guó)是世界最大能源消費(fèi)國(guó)和碳 排放國(guó)，面臨著嚴(yán)峻的碳減排任務(wù)，其中 2016 年，全 球 CO2排放量 361.83 億噸( 石油、天然氣和煤炭等 化石燃料的排放量) ，中國(guó)碳排放量高達(dá) 105.06 億 噸，總量超過(guò)歐美之和。高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程與電爐 短流程能耗及排放比較見表 5。由表 5 可以看出，高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)噸鋼CO2 排放為 2.2 t 左右，電弧爐生產(chǎn)噸鋼 CO2 排放量 為 0.5 t 左右，電爐短流程排放的 CO2 約為長(zhǎng)流程的1/4; 高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)噸鋼消耗標(biāo)煤 15.8 左 右，電弧爐生產(chǎn)噸鋼消耗標(biāo)煤為 9.48 左右，噸鋼消 耗標(biāo)煤約為長(zhǎng)流程的 1 /2。經(jīng)估算，我國(guó)重點(diǎn)鋼廠的碳排放占到全國(guó)碳排 放總量的 13.5%，我國(guó)碳排放量依然居多，鋼鐵行業(yè) 碳排放量不僅占全國(guó)碳排放量的比重增加，而且鋼 鐵行業(yè)碳排放量也在持續(xù)增加，而電爐煉鋼碳排放 明顯低于轉(zhuǎn)爐煉鋼碳排放量。工信部 2015 年 3 月20 日發(fā)布的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整政策( 2015 年修訂) ( 征 求意見稿) 》，明確要求: “鼓勵(lì)推廣以廢鋼鐵為原料的短流程煉鋼工藝及裝備應(yīng)用，到 2025 年，我國(guó)鋼 鐵企業(yè)煉鋼廢鋼比不低于 30%，廢鋼鐵加工配送體 系 基 本 建 立 ”。 此 項(xiàng) 工 作 實(shí) 際 推 進(jìn) 比 較 緩 慢 ，預(yù) 計(jì)國(guó)家將出臺(tái)強(qiáng)有力的措施支持電爐鋼發(fā)展。(1)決定電爐鋼成本競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素為廢鋼價(jià) 格。以全廢鋼電爐流程測(cè)算的電爐鋼成本為例，電 爐鋼成本中鋼鐵料成本占總成本的 68.53%，石墨電 極成本占總成本的 12.79%，電力成本占總成本的5 . 2 9 % ，因 此 ，鋼 鐵 料 、石 墨 電 極 及 電 力 三 者 中 ，決 定 電爐鋼成本競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素為廢鋼價(jià)格，其次為 石墨電極消耗及價(jià)格，最后為電耗及電價(jià)。(2)環(huán)保政策傾向電爐短流程，隨著全國(guó)碳排放 權(quán)交易市場(chǎng)逐步完善，電爐短流程煉鋼競(jìng)爭(zhēng)力將增 強(qiáng)。隨著全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)逐步完善，電爐短 流程工藝將迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇期，需持續(xù)關(guān)注國(guó)家碳排 放相關(guān)政策。(3)從降低電爐鋼成本的角度看，電爐發(fā)展方向 將是融合轉(zhuǎn)爐部分功能的電轉(zhuǎn)爐工藝。隨著近年電 爐煉鋼技術(shù)的推陳出新，電爐生產(chǎn)電耗、電極消耗及 冶煉周期都有長(zhǎng)足進(jìn)步，電爐轉(zhuǎn)爐化趨勢(shì)日益明顯，無(wú)論是配加鐵水冶煉、強(qiáng)化供氧，還是增加底吹功能 等強(qiáng)力降低能耗的措施，都已融合轉(zhuǎn)爐工藝技術(shù)。
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