國內(nèi)廢鋼-電爐煉鋼發(fā)展及展望

楊凱

（山西建邦集團通才工貿(mào)有限公司，山西 侯馬 043400）

鋼鐵生產(chǎn)制造可分為“從礦石到鋼材”工藝和“從廢鋼到鋼材”工藝，一種是以高爐-轉(zhuǎn)爐為代表的長流程，一種是以電爐煉鋼為代表的短流程。國際公認(rèn)的短流程是以廢鋼為主要含鐵原料的電爐煉鋼工藝和以非高爐煉鐵+電爐的煉鋼工藝，其中，非高爐煉鐵包括直接還原鐵（DRI）工藝和熔融還原鐵工藝。短流程工藝擺脫了焦煤的大量使用，取消了燒結(jié)及焦化等鐵前工序，具有二氧化碳排放少、能源消耗強度低的特點［1］。我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展至今，基本形成了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程為“主”，電爐短流程為“輔”的局面。隨著全球工業(yè)的發(fā)展，電爐短流程優(yōu)勢逐漸凸顯，未來在我國仍有相當(dāng)大的發(fā)展空間。本文結(jié)合國家對煉鋼行業(yè)的發(fā)展要求，針對目前鋼鐵行業(yè)面臨的問題，分析了電爐煉鋼未來的發(fā)展方向。

1 國家對煉鋼行業(yè)的發(fā)展要求

2020 年9 月，我國提出了“碳達峰，碳中和”的目標(biāo)；2021 年9 月，我國發(fā)布了“能源雙控”的制度方案。鋼鐵工業(yè)是制造業(yè)中碳排放最高的行業(yè)，降碳減能大勢所趨。我國鋼鐵工業(yè)長期以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程為主，電爐煉鋼占比較低，約10%左右，提高電爐煉鋼比對降碳減能具有積極意義?！豆I(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》文件指出，到2025 年，我國短流程煉鋼占比達15%以上，2030 年占比達20%以上，我國鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)形成以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程及電爐短流程共存局面。

2 煉鋼行業(yè)面臨的問題

2.1 碳排放強度高

據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019 年，全球鋼鐵產(chǎn)量為18.5 億t，碳排放總量為26 億t，碳排放強度為1 400 kg/t。2020 年10 月，國際能源署組織（IEA）發(fā)表了《世界能源技術(shù)展望2020-鋼鐵技術(shù)路線圖》，預(yù)測到2050 年，全球鋼鐵需求量將增長38%，達到25.5 億t；碳排放總量將增長4%，達到27 億t；碳排放強度將降低21%，達到1 100 kg/t。但根據(jù)可持續(xù)發(fā)展情景預(yù)測（SDS），為了實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》溫控2.0 ℃的目標(biāo)，到2050 年，全球鋼鐵行業(yè)的碳排放總量需比2019 年減排55%，排放強度需降低60%，即降至600 kg/t［2］。2022 年，全球鋼鐵產(chǎn)量為18.76 億t，我國鋼鐵產(chǎn)量為10.13 億t，占比54%，我國碳排放強度為1 700～1 800 kg/t。從碳排放總量來看，我國占全球總量的30%左右，因此，需提高我國低碳冶金煉鋼占比，降低碳排放強度。

2.2 鐵礦石資源短缺

據(jù)世界鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計，全球每年生產(chǎn)17 億t粗鋼，消耗近20 億t 鐵礦石。雖然鐵礦石資源總量較為豐富，但數(shù)量分布和品位區(qū)域差異較大。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2022 年對全球鐵礦石儲量及品位統(tǒng)計，澳大利亞、俄羅斯、巴西、中國四國占總儲量近72%，平均品位超過50%的為巴西、俄羅斯、印度、伊朗、南非。截止2021 年底，全球鐵礦資源儲量約1 700 億t，平均品位約47.64%。

我國鋼鐵生產(chǎn)以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程為主，短期內(nèi)對鐵礦石的需求難以改變，受國內(nèi)鐵礦資源限制，每年需大量進口鐵礦石。2021、2022 年我國進口鐵礦石分別為11.3 億t、11.1 億t，主要來自于澳大利亞和巴西，進口量高達83%。鐵礦石己經(jīng)成為制約我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展最關(guān)鍵的工業(yè)原料，急需可替代鐵礦石的大宗物料產(chǎn)品來緩解我國鐵礦石資源短缺的壓力。

2.3 廢鋼資源利用率低

2.3.1 廢鋼來源分類

國內(nèi)煉鋼用廢鋼來源主要有自產(chǎn)廢鋼、工業(yè)廢鋼、折舊廢鋼以及進口廢鋼。自產(chǎn)廢鋼來自鋼坯和軋材的切頭切尾，以及判廢的鋼坯和軋材等，成分穩(wěn)定，清潔度高，加工后可直接回爐使用。工業(yè)廢鋼來自對鋼材進行機械加工時產(chǎn)生的廢鋼，多為沖壓邊角料、車屑、料頭等，含有一定量的合金元素，尺寸分明且易于分揀，在較短時間內(nèi)就能返回鋼鐵企業(yè)，缺點是經(jīng)常帶有油污。折舊廢鋼指各種金屬制品、設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)等使用一定年限后報廢產(chǎn)生的廢鋼，數(shù)量龐大、來源廣泛，成分尺寸混雜，需要加工和分揀后才能入爐使用［3］。

2.3.2 廢鋼資源產(chǎn)量

根據(jù)廢鋼應(yīng)用協(xié)會統(tǒng)計，近年來國內(nèi)廢鋼總量呈增長趨勢，如圖1 所示［4］，2022 年已達到2.62 億t。

圖1 國內(nèi)廢鋼總量趨勢Fig.1 Trend of Total Amount of Scrap in China

根據(jù)國家要求，2025 年電爐煉鋼比例要達到15%以上，廢鋼比要達到30%，結(jié)合中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會鋼產(chǎn)量預(yù)測值11 億t 估算，預(yù)計2027 年我國廢鋼產(chǎn)量將超過3.5 億t。未來我國廢鋼資源總量充足，其中折舊廢鋼是主要來源。

2.3.3 廢鋼質(zhì)量水平

廢鋼質(zhì)量直接影響鋼的潔凈度和電爐生產(chǎn)指標(biāo)，合理的廢鋼配料可縮短通電時間，提高廢鋼收得率［5］。目前，自產(chǎn)廢鋼和工業(yè)廢鋼易于回收，在電爐內(nèi)收得率可達93%以上，折舊廢鋼回收難度高，國內(nèi)廢鋼加工技術(shù)水平參差不齊，廢鋼未達到技術(shù)要求便進入鋼廠，所以在電爐內(nèi)的收得率普遍較低。各類新型電爐對廢鋼的尺寸提出了更嚴(yán)格的要求，ECS 電爐用廢鋼要求尺寸≤1.0 m×0.5 m×0.5 m，斷面厚度≤0.1 m，單重≤1 t；Quantum 電爐用廢鋼要求尺寸≤1 500 mm，單重≤500 kg，堆密度在0.8～0.9 t/m3。隨著汽車、船舶、建筑結(jié)構(gòu)用鋼等報廢拆卸數(shù)量的不斷增加，折舊廢鋼質(zhì)量更為復(fù)雜，因此需對廢鋼加工和分選，實現(xiàn)廢鋼在電爐的高效利用。

2.4 鋼水潔凈度低

2.4.1 鋼水過氧化

夾雜物參數(shù)作為衡量鋼水純凈度的重要指標(biāo)，是冶金過程控制的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，鋼中全氧量與夾雜物數(shù)量有著一定的對應(yīng)關(guān)系，全氧量越低，夾雜物越少，鋼水純凈度越高［6］。研究表明，軸承鋼中全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.003 0%降低至0.000 5%以下，疲勞壽命提高了30 倍［6］。電爐以生產(chǎn)特鋼為主，如軸承鋼、齒輪鋼及高強度軸類鋼等，均屬于高潔凈鋼。傳統(tǒng)電爐由于爐型結(jié)構(gòu)的限制，存在熔池攪拌強度不足，冶金動力學(xué)反應(yīng)條件差的問題，終點鋼水過氧化的情況時有出現(xiàn)，需在出鋼過程加入大量的沉淀脫氧劑，雖然后續(xù)配套多種精煉工序，但難以徹底消除“過氧化”的危害。

2.4.2 鋼水氮含量高

氮是不含氮鋼種中的有害元素，會造成鋼材時效性差、藍脆、鑄坯裂紋等危害［7］。一般轉(zhuǎn)爐鋼水氮含量在0.001 0%～0.006 0%，電爐鋼水氮含量在0.004 0%～0.011 0%，電爐鋼水氮含量高主要有以下原因：廢鋼原料本身氮含量高；通電冶煉過程中電離空氣導(dǎo)致鋼液吸氮； 電爐為半密閉結(jié)構(gòu)爐型，鋼液與空氣接觸吸氮。

廢鋼比對鋼水氮含量的影響見圖2。由圖2 看出，出鋼前鋼水氮含量隨著廢鋼比的提高而增加。

圖2 不同廢鋼比例氮含量的變化Fig.2 Change in Nitrogen Content with Different Scrap Ratio

2.4.3 殘余元素富集

從國際潔凈鋼發(fā)展動態(tài)及國內(nèi)外某些鋼廠對鋼中殘余元素的控制標(biāo)準(zhǔn)可以看出，高潔凈鋼要求控制的有害元素已不限于P、S、O、N、H，還包括殘余元素，比如As、Sn、Sb 等。這些元素在煉鋼過程中難以去除，對鋼材的熱處理性能和力學(xué)性能造成影響［8］。廢鋼是殘余元素的主要來源。

2.5 二噁英排放濃度高

二噁英是廢鋼帶入的有機材料與高溫?zé)煔饨佑|過程中發(fā)生分解反應(yīng)的產(chǎn)物［9］。二噁英作為工業(yè)副產(chǎn)物，具有極強的致癌性。一直以來我國煉鋼以轉(zhuǎn)爐為主，冶煉過程基本不產(chǎn)生二噁英。電爐煉鋼的興起引起了人們對二噁英的關(guān)注。國內(nèi)煉鋼對二噁英的排放標(biāo)準(zhǔn)為0.5 ng-TEQ/m3，與歐盟、日本等組織及國家二噁英的排放標(biāo)準(zhǔn)0.1 ng-TEQ/m3相比，仍存在差距。研究表明，二噁英生成高峰區(qū)間在300～700 ℃，分解條件為溫度≥800 ℃，氧氣濃度≥6%，并在此條件下保持2 s 以上［10］。

3 電爐煉鋼的發(fā)展方向

3.1 低碳化

不同工藝路線碳排放和能源強度數(shù)據(jù)分析如下：

（1） Gielen D 等［11］研究了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程、HDRI-電爐短流程、廢鋼-電爐短流程的一次能源強度和二氧化碳排放，三條工藝路線能源強度分別為16.5、12.0 和4.5 GJ/t，二氧化碳排放分別為1 700、1 000 和450 kg/t。

（2） 達涅利冶金公司［12］研究了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程、HDRI（天然氣氣基）-電爐短流程、HDRI（氫氣氣基+碳捕捉存儲技術(shù)）-電爐短流程、廢鋼-電爐短流程的一次能源強度和二氧化碳排放，四條工藝路線能源強度分別為17.5、12、12 和4 GJ/t，二氧化碳排放分別為1 900、856、455 和360 kg/t。

（3） Bolen J，Giglio A 等［13］研究了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程、HDRI-電爐短流程、廢鋼-電爐短流程生產(chǎn)1 t 熱軋盤卷帶鋼的二氧化碳排放，三條工藝路線分別為2 050、960 和260 kg/t。

綜上分析，不同工藝路線中，廢鋼-電爐短流程能源強度最低，約為4～4.5 GJ/t，是長流程的25%；廢鋼-電爐短流程碳排放值最低，約為260～450 kg/t，是長流程的19%。廢鋼-電爐短流程是能源強度和二氧化碳排放最低的工藝路線。

我國電爐煉鋼以廢鋼和鐵水為主要原料。雖然兌入鐵水可改善電爐生產(chǎn)指標(biāo)，但是沒有擺脫煉鐵工序，不能稱之為真正的短流程［14］。研究表明，電弧爐熱裝鐵水比例為33%時，較廢鋼-電弧爐的工序能耗降低43.72 kgce/t，但流程總能耗約增加1/3［15］。從碳排放與能耗角度看，廢鋼-電爐是煉鋼的主要發(fā)展方向。

3.2 高廢鋼比

廢鋼是鋼鐵冶煉的再生資源，可代替鐵礦石作為煉鋼生產(chǎn)原料?！丁笆奈濉?循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中數(shù)據(jù)表明，2020 全球平均廢鋼比為37%，美國、歐盟均在50%以上，我國廢鋼比為20%，利用廢鋼約2.6 億t，相當(dāng)于替代了4.1 億t 品位62%的鐵精礦。2021 年我國廢鋼比為21.9%，2022 年為20.73%，較2021 年下降了1.17 個百分點。我國煉鋼廢鋼比與發(fā)達國家差距明顯，電爐是唯一可全廢鋼冶煉的煉鋼工藝裝備，提高廢鋼-電爐煉鋼占比可有效緩解我國鐵礦石資源短缺的壓力。

3.3 采用廢鋼加工利用技術(shù)

對不同類型的廢鋼進行物理加工，可以適應(yīng)不同爐型對廢鋼的要求，提高廢鋼在電爐中的收得率及電爐冶煉工況的穩(wěn)定性。廢鋼加工利用技術(shù)有：①廢鋼剪切技術(shù)，專用于高效加工重型和大型廢鋼，提高剪切材料密度，控制剪切長度，生產(chǎn)高質(zhì)量的成品廢鋼；②廢鋼切碎技術(shù)，將各種廢鋼加工為均勻的碎片，經(jīng)氣流分選和磁力分選后，分離黑色金屬材料和有色金屬材料，生產(chǎn)尺寸均勻、清潔干燥的廢鋼；③廢鋼粉碎技術(shù)，將廢鋼加工成形狀均勻、粒度細(xì)小的高密度廢鋼，堆密度可達2～3 t/m3，這種廢鋼純凈度高，熔化速度快，可用于快速調(diào)節(jié)熔池溫度；④廢鋼打包技術(shù)，最大限度地壓實廢鋼，增加密度，提高廢鋼在電爐的收得率。

3.4 潔凈化冶煉

鋼的“潔凈化”是現(xiàn)代煉鋼技術(shù)的主要發(fā)展方向，鋼的最終用途不同，對鋼的“潔凈度”要求不同［16］。特鋼由于應(yīng)用場景復(fù)雜，需要良好的力學(xué)性能和高的疲勞壽命，與鋼材的“潔凈度”密切相關(guān)。傳統(tǒng)的電爐特鋼工藝路線為“電爐冶煉→爐外精煉→鋼錠澆注→鍛造”，20 世紀(jì)90 年代以來，我國在電爐煉鋼技術(shù)方面取得了長足的進步，基本形成了“電爐冶煉→爐外精煉→連鑄→連軋”的現(xiàn)代化特鋼生產(chǎn)模式。

電爐作為煉鋼工藝流程的初煉爐，“潔凈化”主要體現(xiàn)在鋼水終點碳、氧的控制水平，過程包括殘余元素、P、S、N、H 及夾雜物等的去除程度［17］。未來電爐冶煉需要從原材料、超低磷冶煉操作、鋼水氧及夾雜物含量、鋼中N、H 含量四個方面解決“潔凈化”的問題，與之相關(guān)的“潔凈化”技術(shù)包括廢鋼加工分選技術(shù)、復(fù)合吹煉技術(shù)、集束模塊化碳氧槍技術(shù)、埋入式氧槍噴吹技術(shù)、氣固噴吹技術(shù)等，旨在提高反應(yīng)效率，從工序的源頭提高鋼水純凈度［18］。

3.5 優(yōu)化電爐爐型

爐型是電爐煉鋼的技術(shù)基礎(chǔ)，與電爐的生產(chǎn)效率、環(huán)保效率和鋼種適應(yīng)能力直接相關(guān)［19］。

3.5.1 各類電爐爐型的開發(fā)

（1） 傳統(tǒng)頂裝料電爐

傳統(tǒng)頂裝料電爐在開發(fā)初期生產(chǎn)率較低［20］。20世紀(jì)60-70 年代，高功率和超高功率供電技術(shù)的發(fā)展大幅度提高了頂裝料電爐的生產(chǎn)效率，同時與之配套的高壓長弧操作技術(shù)、水冷爐壁爐蓋技術(shù)、泡沫渣技術(shù)、燒嘴助熔技術(shù)、集束氧槍技術(shù)等的開發(fā)應(yīng)用，使頂裝料電爐指標(biāo)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。2017 年以前，我國95%采用的都是頂裝料電爐［21］。

（2） 豎式廢鋼預(yù)熱電爐Fuchs 豎式廢鋼預(yù)熱電爐于20 世紀(jì)90 年代從德國引進，由于廢鋼托架漏水和廢鋼溫度過高熔化結(jié)塊的問題，該電爐爐型基本已被淘汰［22］。目前，新型豎式廢鋼預(yù)熱電爐有Ecoarc 電爐、Quantum 電爐、Sharc 電爐。

Ecoarc 電爐由日本SPCO 公司開發(fā)，將廢鋼預(yù)熱豎窯與爐殼連通為一個整體，提高了廢鋼預(yù)熱效率； 控制二噁英的措施為保持爐內(nèi)煙氣氧化度為0.6～0.7，在燃燒室內(nèi)燒嘴助燃升溫至900 ℃，經(jīng)噴霧冷卻塔急冷后溫度快速降至200～250 ℃［23］。我國首套Ecoarc 電爐為原本鋼引進。

Quantum 電爐由德國普銳特公司開發(fā)，采用指式托架預(yù)熱廢鋼，預(yù)熱溫度可達600 ℃以上；控制二噁英的措施為煙氣預(yù)熱廢鋼后進入二次燃燒室，噴入稀釋空氣使用燒嘴加熱至850 ℃，然后在冷卻室內(nèi)通過淬火塔噴水急冷［24］。我國引進Quantum 電爐的企業(yè)有梧州永達鋼鐵、福建鼎盛鋼鐵、桂林平鋼、鴻泰鋼鐵等。

Sharc 電爐是德國西馬克公司開發(fā)的直流電爐，采用對稱布置的雙豎井預(yù)熱廢鋼，預(yù)熱溫度可達500 ℃以上，可選用堆密度較低的廢鋼，最高可加入65%的熱壓鐵塊（HBI），具備生產(chǎn)高潔凈鋼的條件；采用“燃燒沉降室+急冷塔+活性炭吸附”的組合方式控制二噁英，二噁英排放＜0.1 ng-TEQ/m3。我國引進130 t Sharc 電爐兩座，均在河鋼集團石鋼公司。

（3） 水平加料廢鋼預(yù)熱電爐

Consteel 電爐是水平加料爐型的一種，自2017 年以來，我國新上電爐85%以上均為水平加料爐型。早期的Consteel 電爐煙氣通道密閉性差，廢鋼預(yù)熱溫度為200～300 ℃，處于二噁英產(chǎn)生的高峰區(qū)間。2019 年，我國引進了達涅利ECS 廢鋼預(yù)熱水平連續(xù)加料電爐，獨特的煙道氣體湍流條件和動態(tài)密封系統(tǒng)解決了原Consteel 的不足，廢鋼預(yù)熱溫度可達400～500 ℃；控制二噁英的措施為保持煙道內(nèi)氧氣含量為7%～14%，以促進煙氣二次燃燒，保證出口溫度在800 ℃以上，后接入極冷器在3 s 內(nèi)將煙氣冷卻至250 ℃以下。此爐型全廢鋼冶煉指標(biāo)為噸鋼電耗360 kW·h、電極消耗0.8 kg。目前我國投產(chǎn)和在建的已超過10 座。

除上述爐型外，還有我國自主研發(fā)的CISDIGreen 電爐和CERI-s1-Arc 電爐，均能實現(xiàn)連續(xù)加料和廢鋼預(yù)熱的功能。

3.5.2 不同電爐爐型的對比

（1） 傳統(tǒng)頂裝料電爐

傳統(tǒng)頂裝料電爐技術(shù)成熟，爐料結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強，留鋼量為15%～20%，生產(chǎn)組織靈活，但也存在明顯缺陷，比如廢鋼加料次數(shù)多，煙氣外溢明顯，前期電能輸入效率低，對上級電網(wǎng)沖擊大，需配置大容量的電抗器［19］。而且，廢鋼熔化期在二噁英生成的高峰區(qū)間，環(huán)保性不高。在電爐兌鐵水技術(shù)開發(fā)后，上述缺陷得到一定的改善，但總體技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表現(xiàn)一般。

（2） 水平加料電爐

水平加料電爐是近年來我國新建電爐的主流爐型，以ECS 電爐為例，主要特點是將爐蓋第四除塵孔轉(zhuǎn)移至上爐殼一側(cè)連接煙氣隧道，煙氣隧道通過下部的驅(qū)動機構(gòu)整體發(fā)生持續(xù)的“慢進快退”動作，使廢鋼不斷向前滑移，進入爐內(nèi)完成與對流煙氣的熱交換，采用45%～50%高留鋼比實現(xiàn)“平熔池”工藝。這種冶煉方式的特點是廢鋼入爐后不與電弧接觸，直接進入熔池被過熱鋼水熔化，全程泡沫渣埋弧操作，降低電極、耐火材料消耗和廢鋼燒損，提高了工況穩(wěn)定性和供電效率，減弱對上級電網(wǎng)的沖擊，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均優(yōu)于頂裝料電爐。從潔凈鋼冶煉的角度提高了單位冶煉周期內(nèi)渣鋼反應(yīng)時間，增強脫磷效果，降低初煉鋼水的氣體含量。但是高留鋼比會帶來殘余元素富集的問題，電爐公稱容量一般在100 t 以上，對于頻繁更換品種的小批量特殊鋼坯、錠的生產(chǎn)優(yōu)勢并不明顯，更適合于快節(jié)奏大批量的生產(chǎn)組織模式。

（3） 豎式電爐

豎式電爐的特點是采用爐殼上側(cè)的托架結(jié)構(gòu)作為支撐，煙氣在上升過程實現(xiàn)廢鋼預(yù)熱。以指式托架的Quantum 電爐為例，采用廢鋼料槽升降機分批加料，當(dāng)一批廢鋼預(yù)熱后，指式托架向爐殼側(cè)壁張開，加料完成后合攏以裝入并預(yù)熱下一批廢鋼，廢鋼與煙氣接觸面積大，預(yù)熱效率高于水平加料電爐，采用100%高留鋼比工藝實現(xiàn)“平熔池”條件。在技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)方面，整體應(yīng)用數(shù)量較少，且缺乏持續(xù)穩(wěn)定的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用前景仍有待觀察。

歐洲作為全球短流程特鋼生產(chǎn)基地，電爐發(fā)展已有一百多年歷史，據(jù)統(tǒng)計，2019 年歐洲電爐181座，其中頂裝料交流電爐164 座，頂裝料直流電爐8 座，水平加料電爐6 座，豎式加料電爐3 座，仍以頂裝料電爐為主，主要用于小批量、多品種的特鋼生產(chǎn)。

3.5.3 電爐爐型的未來發(fā)展

爐型結(jié)構(gòu)對電爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和生產(chǎn)效率起決定性作用。連續(xù)加料能縮短電爐的熱停工時間，廢鋼預(yù)熱能夠縮短廢鋼熔化時間，降低冶煉周期，廢鋼預(yù)熱和連續(xù)加料配套使用實現(xiàn)了平熔池操作，是現(xiàn)代電爐爐型技術(shù)的一大進步。二噁英的控制技術(shù)也是爐型發(fā)展的關(guān)鍵，多數(shù)爐型均采用了煙氣二次加熱以控制二噁英，但隨著工業(yè)能耗成本的上升，應(yīng)開發(fā)經(jīng)濟環(huán)保的廢氣處理方式。電爐的余熱回收是煙氣能量的二次利用，受限于電爐爐型結(jié)構(gòu)和冶煉工況，煙氣中CO 含量較低，不能直接用于發(fā)電，只能回收煙氣本身的熱量，一般配套余熱鍋爐用于發(fā)電［25］。未來電爐爐型的研究開發(fā)將朝著連續(xù)加料、廢鋼預(yù)熱、低二噁英排放及余熱回收的方向發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

（1） 廢鋼-電爐作為短流程煉鋼的典型代表，具有碳排放低、能耗低以及可全廢鋼冶煉的工藝特點，針對當(dāng)前我國鋼鐵行業(yè)面臨碳排放高與鐵礦石資源短缺的問題，發(fā)展廢鋼-電爐短流程是一條有效途徑，同時結(jié)合國家對鋼鐵行業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見，廢鋼-電爐在未來煉鋼行業(yè)極具競爭力且發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

（2） 廢鋼作為電爐煉鋼短流程的主要原料，充足供應(yīng)與合格的質(zhì)量是發(fā)展廢鋼-電爐的基礎(chǔ)條件，在歐美發(fā)達國家的短流程煉鋼廠，廢鋼加工車間已成為煉鋼不可或缺的配套設(shè)施，作為一道關(guān)鍵工序進行把控。我國廢鋼產(chǎn)量持續(xù)增長，但廢鋼的“回收-加工-配送”體系仍需完善，特別是廢鋼的質(zhì)量水平需引起重視，如同轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵水的 “預(yù)處理”，廢鋼進入電爐前同樣需要“清除雜質(zhì)”，廢鋼加工利用技術(shù)是電爐煉鋼行業(yè)發(fā)展的重點之一。

（3） 鋼鐵材料應(yīng)用范圍廣泛，隨著各行業(yè)對鋼材質(zhì)量要求的提高，現(xiàn)代鋼鐵制造對電爐冶煉的潔凈化提出了更高的要求。我國主要通過提高電爐鐵水比解決電爐效率與鋼水潔凈度的問題，比例一般在30%～50%。與轉(zhuǎn)爐碳排放相比，在某種程度上降低了一定的碳排放，但不屬于真正的短流程。目前我國已展開富氫碳循環(huán)技術(shù)和氫基豎爐直接還原鐵技術(shù)的研發(fā)，將逐步替代高爐鐵水。同時電爐相關(guān)的輔助冶煉技術(shù)正在逐步試驗和推廣，電爐潔凈化冶煉是未來煉鋼技術(shù)的主要發(fā)展方向。

（4） 電爐爐型與電爐生產(chǎn)效率直接相關(guān)，根據(jù)我國各類爐型電爐的應(yīng)用情況，以Quantum 電爐、Ecoarc 電爐和Sharc 電爐為代表的新型豎爐煉鋼技術(shù)仍需進一步開發(fā)。水平加料電爐在我國應(yīng)用多年，部分企業(yè)冶煉周期已縮短至35 min 以內(nèi)，獲得了良好的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。結(jié)合歐洲電爐的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，未來我國電爐將采用單一品種大規(guī)模普鋼生產(chǎn)的水平加料廢鋼預(yù)熱電爐和小批量多品種特鋼生產(chǎn)的頂裝料電爐。

（5） 鋼鐵工業(yè)作為國家制造業(yè)的重要支柱，其發(fā)展方向備受關(guān)注。隨著制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的推動，我國鋼鐵工業(yè)將進入結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級為主的發(fā)展階段，不再是大規(guī)模的發(fā)展時期，而是走高質(zhì)量發(fā)展道路。電爐煉鋼在我國經(jīng)過多年的發(fā)展，資源保障和配套設(shè)施條件已初步具備，將由提產(chǎn)增效階段開始向高品質(zhì)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變，未來我國電爐短流程煉鋼占比有望達到20%以上，廢鋼-電爐是主要發(fā)展方向，占比將逐步提高。