王國軍，朱青德，魏國立

(酒泉鋼鐵( 集團) 有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100)

摘 要: 簡要介紹近年電爐鋼發展新技術及未來電爐爐型發展方向，對不同冶煉模式電爐鋼成本與轉爐鋼成本進行比較，對比長短流程能耗及排放指標。電爐鋼成本中，鋼鐵料、石墨電極及電力三者，決定電爐鋼成本競爭力的主要因素為廢鋼價格，其次為石墨電極消耗及價格，最后為電耗及電價; 環保政策傾向電爐短流程，隨著全國碳排放權交易市場逐步完善，電爐短流程煉鋼競爭力將增強; 從降低電爐鋼成本的角度看，電爐發展方向將是融合轉爐部分功能的電轉爐工藝。

關鍵詞: 電爐鋼；轉爐鋼；成本；能耗；排放

引言

鋼鐵生產可分為“從鐵礦石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對于鋼鐵聯合企業中以高爐－轉爐為代表的常規流程而言，以廢鋼為主原料的電弧爐煉鋼生產具有工序少、投資低和建設周期短的特點，因而被稱為短流程^［1－3］。近年來，我國廢鋼資源產生量增多，電力條件改善，國家政策導向支持為電爐鋼的發展創造了一定的條件，但電爐鋼的發展仍存在一些制約因素，一是廢鋼資源質量參差不齊，二是電爐鋼成本競爭力不強，廢鋼與鐵水價差不能長期支撐電爐鋼成本競爭力，國內總體電價水平較高，石墨電極價格高且波動較大，造成電爐鋼成本控制難度大。鋼鐵企業排放指標要求越來越嚴，鋼鐵企業排放的污染物 80%來自焦化、燒結等環節，長流程煉鋼的弊端日漸明顯^［4－5］。系統的比較電爐鋼和轉爐鋼成本，以及長短流程能耗與排放，可供發展電爐鋼企業參考，具有重要意義。

2 電爐鋼發展新技術

電爐煉鋼新技術主要有鐵水+廢鋼冶煉技術、強化用氧技術、伸縮爐蓋電爐技術、新型康斯迪電爐煉鋼技術、新型量子電爐煉鋼技術等。未來電爐爐型的發展方向是能實現連續加料、廢鋼預熱、綠色環保、余熱回收及人工智能型煉鋼的電爐。目前，我國康斯迪電爐占總電爐數量 70%左右，建設較早的電爐企業一般為非連續加料的普通電爐。

2．1 伸縮爐蓋電爐技術

德國福克斯技術公司為實現電爐一籃料操作，開發了伸縮爐蓋技術，在普通電爐基礎上增加爐殼高度、增加爐蓋的升降行程，有利于縮短非通電時間、提高生產率。運行效果: 噸 鋼吹氧小于 30 Nm³/t，天然氣 4 Nm³/t; 電耗 369 kWh /t，電極消耗0．91 kg /t，一籃料加料次數由 40%增加至 54%。

2．2 新型康斯迪電爐煉鋼技術

新型康斯迪電爐，其主要特點及優越性: 爐體稱量裝置安裝位置，由傾動平臺下四個滾輪內，改為安裝在傾動平臺上方的四個角，依四個稱量單元來測量工作狀態的爐體重量，該方式安裝、維護方便，故障率小; 縮短廢鋼預熱段的長度，提高煙氣出口溫度; 控制野風的混入，強化預熱段內的二次燃燒，保證出口溫度在 800 ～ 900 ℃，抑制二噁英的產生; 電爐爐底設置底吹裝置，在廢鋼下料區爐底設置底吹裝置，改善熔池鋼水溫度偏差，縮短冶煉周期; 在廢鋼預熱段設置擋板，防止電極極心圓偏位。

2．3 新型量子電爐煉鋼技術

新型量子電弧爐優越性: 過程基本不停電，非通電時間 1～2 min，高生產率，冶煉周期可實現 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; 電耗可以達到 280 kWh /t( 廢鋼預熱 600℃ ) ，電極消耗可以達到 0．9 kg /t; 平熔池操作，電壓閃爍、噪音水平低，可以免用屋頂煙罩; 節能、環保、新型。這種新型電爐結構復雜，國外有部分鋼企投用，但國內目前無新型量子電爐投產^［6－7］。

3 成本對比數據選取

據相關介紹，量子電爐電耗可達到 280 kWh /t，電極消耗可達到 0．9 kg /t。

⑴電極消耗。

電極消耗與原料結構、強化用氧、廢鋼預熱、連續加料有關。目前國內外電爐電極消耗 0．91 ～ 4．0kg /t，配加鐵水冶煉時電極消耗低于全廢鋼冶煉電爐。

①全廢鋼冶煉，電極消耗取 3 kg /t。

②35%鐵水+65%廢鋼，電極消耗取國內先進水平 2 kg /t。

③50%鐵水+50%廢鋼，電極消耗取國內先進水平 1．8 kg /t。

④量子電爐，電極消耗取 0．9 kg /t。

⑵電極價格。

石墨電極價格 10．5 ～ 14．5 萬元/t，電極直徑越大價格越高，電爐鋼企業電極直徑一般為 400 ～ 550 mm，以 14．5 萬元/t 測算。

⑶電耗。

電爐鋼電耗取決于原料結構、裝備水平、用氧強度、廢鋼預熱溫度、加料方式等因素。目前國內外電爐電耗 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。

①全廢鋼冶煉，電耗以 400 kWh /t 測算。

②35%鐵水+ 65%廢鋼，電耗以國內先進水平250 kWh /t 測算。

③50%鐵水+ 50%廢鋼，電耗以國內先進水平200 kWh /t 測算。

④量子電爐，電耗以 280 kWh /t 測算。

⑷電價。

電價因電力類型、直供電優惠政策等有所差異，按 0．45 元/kWh 測算。

⑸廢鋼價格。

電爐鋼企業廢鋼價格 2 000 ～ 2 200 元/t，以2 100元/t 測算。

⑹鐵水價格。

鐵水價格取 2 330 元/t。

⑺廢鋼通過轉爐冶煉轉化成的鋼坯，測算成本的數據選取。

①轉爐使用廢鋼冶煉時金屬收得率因廢鋼料型、質量等有所差異，在 60% ～93%之間，取 80%。

②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。

③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。

⑻耐材成本。

電爐鋼企業耐材成本 68～98 元/t，以 85 元/t 測算。

⑼合金、輔材及電以外的能源單價均以酒鋼集團 3 月份價格為準。

4 電爐鋼與轉爐鋼成本對比

以國內電爐鋼企業為參照，在現有裝備條件和生產水平下，原料結構選取全廢鋼模式、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爐鋼成本進行比較; 假設國內電爐鋼企業采用最先進的新型量子電爐后，測算電爐鋼成本，與轉爐鋼成本進行比較。全廢鋼冶煉模式電爐鋼與轉爐鋼成本比較見表 1。

由表 1 可以看出，全廢鋼冶煉模式電爐鋼成本較轉爐鋼成本高 349．65 元/t。

35%鐵水+65%廢鋼模式電爐鋼成本與轉爐鋼成本比較見表 2。

由表 2 可以看出，35%鐵水+65%廢鋼模式電爐鋼成本較轉爐鋼成本高 249．48 元/t。50%鐵水+50%廢鋼電爐流程與轉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爐鋼成本高 224．82 元/t。指標先進電爐鋼成本與轉爐鋼成本比較見表 4。

由表 4 可以看出，指標先進電爐鋼成本較轉爐鋼成本高 6．34 元/t。若量子電爐采取鐵水+廢鋼工藝，成本將進一步降低，與之相比轉爐鋼基本無優勢。

綜合以上測算，全廢鋼、35%鐵水+ 65% 廢鋼、50%鐵水+50%廢鋼電爐鋼成本均高于轉爐鋼成本，波動范圍在 224．82 ～ 349．65 元/t，轉爐鋼在成本方面更有優勢; 若在轉爐出鋼后加部分廢鋼，轉爐流程使用廢鋼的成本更有優勢; 新型量子電爐鋼成本較轉爐鋼成本高 6．34 元/t，綜合考慮長流程碳排放稅以及國家鼓勵廢鋼消費等政策，量子電爐鋼成本優于轉爐鋼成本。

5 長流程與短流程能耗及排放比較

鋼鐵的主流生產工藝可分為兩種: 高爐－轉爐長流程和電爐短流程。鋼鐵企業排放的污染物80%來自焦化、燒結等環節，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節，受到許多鋼鐵企業的青睞。用廢鋼直接煉鋼比用鐵礦石煉鐵煉鋼可減少廢氣 80%、廢水 76%和廢渣 97%，有利于清潔生產和排廢減量化^［8－10］。

2005 年以來，中國是世界最大能源消費國和碳排放國，面臨著嚴峻的碳減排任務，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) ，中國碳排放量高達 105．06 億噸，總量超過歐美之和。高爐－轉爐長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－轉爐長流程生產噸鋼CO₂排放為 2．2 t 左右，電弧爐生產噸鋼 CO₂排放量為 0．5 t 左右，電爐短流程排放的 CO₂約為長流程的1 /4; 高爐－轉爐長流程生產噸鋼消耗標煤 15．8 左右，電弧爐生產噸鋼消耗標煤為 9．48 左右，噸鋼消耗標煤約為長流程的 1 /2。

經估算，我國重點鋼廠的碳排放占到全國碳排放總量的 13．5%，我國碳排放量依然居多，鋼鐵行業碳排放量不僅占全國碳排放量的比重增加，而且鋼鐵行業碳排放量也在持續增加，而電爐煉鋼碳排放明顯低于轉爐煉鋼碳排放量。工信部 2015 年 3 月20 日發布的《鋼鐵產業調整政策( 2015 年修訂) ( 征求意見稿) 》，明確要求: “鼓勵推廣以廢鋼鐵為原料的短流程煉鋼工藝及裝備應用，到 2025 年，我國鋼鐵企業煉鋼廢鋼比不低于 30%，廢鋼鐵加工配送體系基本建立”。此項工作實際推進比較緩慢，預計國家將出臺強有力的措施支持電爐鋼發展。

6 結語

⑴決定電爐鋼成本競爭力的主要因素為廢鋼價格。以全廢鋼電爐流程測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5．29%，因此，鋼鐵料、石墨電極及電力三者中，決定電爐鋼成本競爭力的主要因素為廢鋼價格，其次為石墨電極消耗及價格，最后為電耗及電價。

⑵環保政策傾向電爐短流程，隨著全國碳排放權交易市場逐步完善，電爐短流程煉鋼競爭力將增強。隨著全國碳排放權交易市場逐步完善，電爐短流程工藝將迎來發展機遇期，需持續關注國家碳排放相關政策。

⑶從降低電爐鋼成本的角度看，電爐發展方向將是融合轉爐部分功能的電轉爐工藝。隨著近年電爐煉鋼技術的推陳出新，電爐生產電耗、電極消耗及冶煉周期都有長足進步，電爐轉爐化趨勢日益明顯，無論是配加鐵水冶煉、強化供氧，還是增加底吹功能等強力降低能耗的措施，都已融合轉爐工藝技術。

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