電弧爐和中頻爐的經濟與環境效益分析

黃亮

摘要：通過對某鋼鐵企業實際生產狀況的研究，對電弧爐和中頻爐的投資、能耗、生產狀況及經濟和環境效益等方面進行了對比分析和總結。

關鍵詞：電弧爐；中頻爐；經濟效益；環境效益

中圖分類號：X196

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08009802

1 引言

目前，在我國特殊鋼、重機以及普通鑄鍛行業均主要采用電弧爐粗煉鋼水加爐外精煉的傳統方法生產合金鋼、優質碳素鋼和大型鑄鍛件，而當前電弧爐冶煉的問題主要在于電級、金屬原材料燒損量大，有害氣體和顆粒物排放量多。相對而言，中頻爐采用感應方法加熱，可以達到清潔熔煉的效果[1，2]。某鋼鐵企業同時建設有電弧爐和中頻爐的生產設施，針對該企業具體情況，對電弧爐和中頻爐的投資、能耗和環保等方面進行了分析與總結。

2企業基本情況

2.1 冶煉設備情況

企業擁有1臺100 t電弧爐，1臺20 t中頻感應爐，2臺100 tLF鋼包精煉爐，2座100 tVD處理工位，可生產100 t以上大型鋼錠。此外，企業還有1臺20 t中頻感應爐，1臺25 tLF鋼包精煉爐，1座30 tVD處理工位，可生產20 t以下鋼錠。

2.2 鋼錠制備工藝

根據企業設備情況，形成了三條優質鋼錠生產工藝流程。

第一條工藝流程：100 t電弧爐→100 tLF鋼包精煉爐→100 tVD真空工位→優質鋼水→澆注鋼錠（大氣下注和真空澆注）。主要生產20～200 t鋼錠。

第二條工藝流程：20 t中頻感應爐→25 tLF鋼包精煉爐→30 tVD真空工位→形成優質鋼水→澆注鋼錠。主要生產20 t以下鋼錠。

第三條工藝流程：20 t中頻感應爐（高合金鋼水）+100 t電爐鋼水→100 tLF鋼包精煉爐→100 tVD真空工位→優質鋼水→澆注鋼錠。

3 電弧爐和中頻爐工藝對比分析

3.1 設備基本參數對比

企業現有電弧爐較中頻爐相比，由于爐型不同，其生產能力和功率均遠大于中頻爐，生產過程中的維護維修費用和電費也遠高于中頻爐，設備基本參數的數據對比見表1。

3.2 操作過程的輔材和能源消耗對比

電弧爐在生產過程中，除 t鋼電耗和 t鋼爐襯消耗成本較中頻爐低外，其廢鋼收得率和除塵動力及耗材費用均遠高于中頻爐；中頻爐在生產過程中由于沒有吹氧工藝，因此不存在電極、氧氣及輔助材料的消耗， t鋼生產成本要遠低于電弧爐[3]。經計算， t鋼生產成本中頻爐比電弧爐要低433～533元，詳細參數對比見附表2。

3.3 環境效益對比

電弧爐影響環境的根本原因是其加熱熔化廢鋼的方式。它是在爐內利用電能作為熱源進行冶煉的，首先通過電極向爐內輸送電能，然后電極與爐料發生作用產生電弧來升高爐內溫度。由于熔煉時操作功率較大，電極周圍被加熱的鋼水溫度較高，在電弧爐氧化期操作中，鋼水氧化嚴重，產生大量粉塵、煙氣、廢渣、噪音、費水等污染，影響環境。電弧爐的高溫電弧引發強烈的燃燒、氧化和氣化，產生的煙氣量極大，通常達到3000～5000 m3/ t，而中頻爐由于不含吹氧工藝過程，廢氣量大大降低，一般只有1000 m3/ t，為電弧爐的1/3以下，并且煙氣中粉塵濃度也大大降低。因此環保處理成本低，容易達到環保排放的標準[4]。

4 企業中頻爐生產情況

4.1 總體概況

傳統中頻爐生產，主要作為鑄造等熔化設備，尤其生產地條鋼。因此，造成中頻爐不能煉好鋼的不好印象。企業2011年5月投產，每月6000 t上下，最高7500 t，都是采用中頻爐→精練爐→真空工位處理→優質鋼錠，鋼錠總量已超過20萬 t，給企業增加了可觀的經濟效益。產品用于大型機械裝備、風電、船舶、石油工業、工模具、鍋爐等。采用特殊工藝，可以實現低P、低C鋼生產。

4.2 中頻爐制備的優質鋼錠檢測結果

4.2.1 化學成分

由于傳統中頻爐不能進行脫磷操作，因此鋼種的化學成分除了對鋼中磷含量有特別低要求，其余元素成分都可以通過優選廢鋼量而實現。顯然，這是中頻爐與電弧爐制備鋼錠時的主要不同之處。

4.2.2 夾雜物級別

鋼錠是鍛件的坯料，而鍛件將會最終成為工業裝備中關鍵部件，因此，為了使鍛造產品在服役過程中性能穩定，一般對鍛件中夾雜物等級進行了明確的規定，較為嚴格的鋼中非金屬夾雜物等級，一般要求A、B、C、D、Ds低于1.5級[5]（表3）。

實際生產中發現，采用中頻爐或電弧爐兩種生產鋼錠工藝都能滿足以上對鋼中非金屬夾雜物等級要求。鋼水中夾雜物主要在精煉過程中去除，而這兩種工藝中，后續精煉工藝一致，因此可獲得鋼中同樣的夾雜物水平。

4.2.3 氣體含量

鋼水中的氣體排出主要有兩個環節，一是電弧爐氧化階段；二是真空工位處理。在生產過程中發現，雖然中頻爐生產鋼錠工藝中缺少電弧爐氧化排氣階段，但經20 t真空工位處理后，可獲得與電弧爐同一水平的鋼水中氣體含量。因此兩種工藝，都能滿足鋼水中對氣體含量的要求。

4.2.4 性能、探傷

經2011年至今20萬t以上鋼錠鍛后產品檢測，其性能指標及探傷結果都能夠滿足產品檢測要求，因此中頻爐與電弧爐生產鋼錠都能達到產品質量要求。

4.3 生產品種

電弧爐能生產的鋼種，傳統中頻爐也能生產，除了鋼種中對磷含量有特別低要求外。中頻爐生產的典型品種：P92、P91、H13、st52.4（柴油發動機油管用）、齒輪類18CrNiMo7、38CrMoAl、風機軸34CrNiMo等，這些鋼種都被用在關鍵裝備領域[6]。

5 結語

與100t電弧爐相比，20 t中頻爐在企業的生產中有以下優點。

（1）可以滿足20 t以下優質鋼錠的生產，并且比電弧爐生產鋼錠更具有成本低的優勢；

（2）20 t中頻爐生產過程比電弧爐更清潔，污染排放量小，因此除塵環保設備投資及運行成本低，現場環境明顯優于100 t電弧爐；

（3）20 t中頻爐設備運行正常，且國內優質合金廢鋼料較為充足，可滿足正常生產需要，并實現大規模的生產。

參考文獻：

[1]李士琦，郁 健，李京社.電弧爐煉鋼技術進展[J].中國冶金，2010（4）：1～7.

[2]李 峰，劉潤藻，李士琦.電弧爐煉鋼技術的國內外現狀及發展趨勢[J].寬厚板，2003，9（6）：1～8.

[3]耿振偉，安 杰，李忠偉.30t中頻爐的生產實踐[J].工業加熱，2014，43（5）：63～65.

[4]羅建中，張新霞，凌定勛.鋼鐵廠廢氣污染控制措施[J].環境技術，2002（2）：45～47.

[5]姜鈞普，崔 萍.國內外廢鋼供求分析與對策[J].河南冶金，2004，12（1）：3～6.

[6]潘宏濤，呂 明.中頻感應爐的煉鋼特性分析[J].工業加熱：2015，44（1）：18～20.

Abstract： Through studying on the production status of one steel mill in south China， the investment， energy consumption， production status and economic and environmental benefits of electric arc furnace and medium frequency induction furnace are analyzed and summarized.

Key words： electric arc furnace；medium frequency induction furnace；economic and environmental benefits