電弧爐廢鋼冶煉淺析

1.研究背景

煉鋼最重要的方法之一就是電弧爐煉鋼。與長(zhǎng)時(shí)間煉鋼工藝相比，具有工藝時(shí)間短、能耗低、資源利用率高、環(huán)境友好等特點(diǎn)。它是全球鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。目前，全球鋼鐵產(chǎn)量中所占份額在電熔爐約占鋼鐵生產(chǎn)總量的30%，在歐洲和美國(guó)和其他工業(yè)化國(guó)家，超過(guò)50%，在中國(guó)，鋼鐵生產(chǎn)的份額在電熔爐約占鋼鐵生產(chǎn)總量的10%。

金屬?gòu)U料是現(xiàn)代冶金行業(yè)的重要原料，是一種節(jié)能環(huán)保的資源。當(dāng)鋼鐵行業(yè)解決產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題，全面禁止使用“地條鋼”時(shí)，它被迫生產(chǎn)大量廢鋼。根據(jù)數(shù)據(jù)中心，在中國(guó)生產(chǎn)的數(shù)量在2018年達(dá)到2億噸，1.57億噸的總消耗，單位消費(fèi)鋼的消費(fèi)數(shù)量達(dá)到201kg/ t，中國(guó)將進(jìn)入一個(gè)大型的產(chǎn)品廢棄時(shí)期，生產(chǎn)報(bào)廢的數(shù)量將會(huì)增加。隨著有色冶金的快速發(fā)展，金屬?gòu)U渣的釋放量顯著增加，有必要促進(jìn)廢渣資源的回收利用。電爐和轉(zhuǎn)爐是廢鋼消耗的主要來(lái)源。2017年，我國(guó)廢鋼加工消耗量最高，為2.7億噸，電爐廢鋼消費(fèi)量為8700萬(wàn)噸。但是，目前國(guó)內(nèi)系統(tǒng)完善的廢品回收利用的企業(yè)很少，回收處理設(shè)施水平較低，回收率仍低于發(fā)達(dá)國(guó)家。中國(guó)在提高廢金屬質(zhì)量和處置水平方面還有很大潛力。從我國(guó)鋼鐵行業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，促進(jìn)廢鋼的快速熔化是改變我國(guó)廢鋼過(guò)剩，回收利用率低現(xiàn)狀的關(guān)鍵。因此，有必要對(duì)廢鋼熔化過(guò)程進(jìn)行分析，優(yōu)化熔化參數(shù)，促進(jìn)廢鋼的完全熔化。研究廢鋼熔煉機(jī)理，分析各種因素對(duì)廢鋼熔煉的影響，確定廢鋼熔煉工藝關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)廢鐵在爐內(nèi)的快速冶煉，提高廢鐵的回收率，為了顯著改變鋼鐵行業(yè)廢料處理的現(xiàn)狀，有必要在熔化工藝參數(shù)和各種因素對(duì)規(guī)則影響等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化熔化條件。

2.煉鋼用廢鋼的來(lái)源及要求

廢鋼是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的重要原料，也是節(jié)能環(huán)保、重復(fù)利用的可再生資源。一般廢鋼的來(lái)源有三個(gè)，即自產(chǎn)廢鋼、社會(huì)廢鋼、進(jìn)口廢鋼[1，2]。

2.1自產(chǎn)廢鋼

自產(chǎn)廢鋼是指鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢鋼，主要為鋼料的切頭、切尾、切屑、邊角料等。煉鋼、鑄鋼車(chē)間以及鋼的冷加工和熱加工車(chē)間就是產(chǎn)生這部分廢鋼。隨著鋼鐵冶金的發(fā)展和冶煉技術(shù)的改進(jìn)，鋼的成品率逐漸提高，自產(chǎn)廢鋼的比例逐漸降低。

2.2社會(huì)廢鋼

社會(huì)廢鋼可劃分為折舊廢鋼和垃圾廢鋼兩類(lèi)。磨損的廢鋼是指損壞的機(jī)車(chē)、軌道、汽車(chē)、船舶、工具等;廢鋼垃圾已經(jīng)成為日常生活中的家具、鐵盒等。由于人口生活水平的不斷提高，未來(lái)會(huì)有更多的社會(huì)循環(huán)利用。

2.3進(jìn)口廢鋼

從全球廢鋼貿(mào)易現(xiàn)狀來(lái)看，廢鋼的主要出口國(guó)有美國(guó)、日本、加拿大、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家，土耳其、亞洲等一些鋼鐵國(guó)家發(fā)展迅速。由于削減了鋼鐵冶金的過(guò)剩產(chǎn)能和全面禁止生產(chǎn)“地條鋼”，廢鋼供應(yīng)面臨著大量排放，大量廢鋼流入轉(zhuǎn)爐和電爐。因此，迫切需要改進(jìn)廢舊資源的利用，促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)、健康和無(wú)害環(huán)境的發(fā)展。

廢金屬是一種可再生原料，在有色冶金的節(jié)能、環(huán)保、轉(zhuǎn)化和現(xiàn)代化方面具有重要作用。越來(lái)越多的汽車(chē)、大型船舶等拆除，拆除的廢，廢金屬組件收集的成分似乎更復(fù)雜，包括黑色金屬、有色金屬和非金屬金屬，如果取消沒(méi)有分類(lèi)，在冶煉過(guò)程中，產(chǎn)生大量的有毒煙氣并影響空氣質(zhì)量和鋼的最終質(zhì)量。此外，爐內(nèi)廢鋼的可用性和質(zhì)量是必要的，以確保爐內(nèi)廢鋼具有合適的體積密度，減少能量損失，廢鋼的熔化速度需要提高。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)廢鋼密度約為0.74左右，爐膛內(nèi)廢鐵的熔化率最高。因此，損壞廢鋼渣分選技術(shù)是保證電渣原料質(zhì)量的重要前提，對(duì)電渣的高效、清潔冶煉具有重要意義。

3.電弧爐煉廢鋼的特點(diǎn)

在鋼鐵生產(chǎn)方面，以廢鋼為主要原料在電弧爐煉鋼，利用電能對(duì)廢鋼進(jìn)行加熱熔煉，進(jìn)行熔煉生產(chǎn)。隨著全球鋼鐵冶金的發(fā)展，廢鋼的數(shù)量逐年增加，電爐煉鋼的比例越來(lái)越大。目前，世界鋼鐵生產(chǎn)的電熔爐約占鋼鐵生產(chǎn)總量的30%，和電氣爐鋼的比例在一些發(fā)達(dá)國(guó)家甚至達(dá)到50%以上[1]，由于電弧爐煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)的兩種主要方法之一，即提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。和相比其他制鋼工藝而言，電弧爐短技制鋼具有以下特點(diǎn)：

（1）在電爐煉鋼過(guò)程中，廢鋼作為冶煉的主要原料，長(zhǎng)時(shí)間的煉鋼過(guò)程中沒(méi)有高爐前的焦化、燒結(jié)等工序，因此工藝流程短。

（2）生產(chǎn)長(zhǎng)梁工序每噸鋼的能耗在600～700kgce/t之間，而每噸廢鋼的能耗約為350kgce/t ，目前僅為生產(chǎn)長(zhǎng)流程工序的一半。

（3）電弧爐鋼工藝具有環(huán)境特性。每噸鋼鐵的二氧化碳排放量?jī)H為0.5-0.7噸，而每噸長(zhǎng)期煉鋼過(guò)程的二氧化碳排放量達(dá)到2.0-2.1噸[3]。與長(zhǎng)流程工藝相比，鋼鐵生產(chǎn)工藝的廢氣排放減少了95%，固體廢物排放減少了65%。廢水排放量減少33%。

（4）電弧爐煉鋼依靠電弧放熱，電弧溫度能夠達(dá)到4000-6000°C，并且熱量直接對(duì)爐料起作用，熱效率高，能夠達(dá)到70%以上[4]。因此，電弧爐煉鋼可冶煉含有高熔點(diǎn)元素鎢、鉬的高合金鋼。此外，爐料對(duì)電弧爐沒(méi)有限制因素，金屬料可采用冷裝或熱裝工藝，具有很高的適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

[1]陸鐘武.關(guān)于鋼鐵工業(yè)廢鋼資源的基礎(chǔ)研究[J].金屬學(xué)報(bào)，2000，（07）：728-734.

[2]陸鐘武.論鋼鐵工業(yè)的廢鋼資源[J].鋼鐵，2002，（04）：68-72.

[3]韓珍堂.中國(guó)鋼鐵工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升戰(zhàn)略研究[D]中國(guó)社會(huì)科學(xué)院.2014.

[4]朱榮，劉會(huì)林.電弧爐煉鋼技術(shù)及裝備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2018.

作者簡(jiǎn)介：師寶龍，男，1988年1月出生，漢族，籍貫：河北灤縣，大專學(xué)歷，助理工程師，研究方向：冶金、煉鐵生產(chǎn)，工作單位：河北東海特鋼集團(tuán)有限公司。