電弧爐和中頻爐的經(jīng)濟與環(huán)境效益分析

黃亮

摘要：通過對某鋼鐵企業(yè)實際生產(chǎn)狀況的研究，對電弧爐和中頻爐的投資、能耗、生產(chǎn)狀況及經(jīng)濟和環(huán)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(jīng)濟效益；環(huán)境效益

中圖分類號：X196 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）08-0098-02

1.引言

目前，在我國特殊鋼、重機以及普通鑄鍛行業(yè)均主要采用電弧爐粗煉鋼水加爐外精煉的傳統(tǒng)方法生產(chǎn)合金鋼、優(yōu)質(zhì)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。某鋼鐵企業(yè)同時建設有電弧爐和中頻爐的生產(chǎn)設施，針對該企業(yè)具體情況，對電弧爐和中頻爐的投資、能耗和環(huán)保等方面進行了分析與總結。

2.企業(yè)基本情況

2.1冶煉設備情況

企業(yè)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(chǎn)100 t以上大型鋼錠。此外，企業(yè)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(chǎn)20 t以下鋼錠。

2.2鋼錠制備工藝

根據(jù)企業(yè)設備情況，形成了三條優(yōu)質(zhì)鋼錠生產(chǎn)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(yōu)質(zhì)鋼水-澆注鋼錠（大氣下注和真空澆注）。主要生產(chǎn)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(yōu)質(zhì)鋼水-澆注鋼錠。主要生產(chǎn)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 tI.F鋼包精煉爐-100 tVD真空工位-優(yōu)質(zhì)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(shù)對比

企業(yè)現(xiàn)有電弧爐較中頻爐相比，由于爐型不同，其生產(chǎn)能力和功率均遠大于中頻爐，生產(chǎn)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(shù)的數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)成本要遠低于電弧爐。經(jīng)計算，t鋼生產(chǎn)成本中頻爐比電弧爐要低433～533元，詳細參數(shù)對比見附表2。

3.3環(huán)境效益對比

電弧爐影響環(huán)境的根本原因是其加熱熔化廢鋼的方式。它是在爐內(nèi)利用電能作為熱源進行冶煉的，首先通過電極向爐內(nèi)輸送電能，然后電極與爐料發(fā)生作用產(chǎn)生電弧來升高爐內(nèi)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(chǎn)生大量粉塵、煙氣、廢渣、噪音、費水等污染，影響環(huán)境。電弧爐的高溫電弧引發(fā)強烈的燃燒、氧化和氣化，產(chǎn)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(huán)保處理成本低，容易達到環(huán)保排放的標準。

4.企業(yè)中頻爐生產(chǎn)情況

4.1總體概況

傳統(tǒng)中頻爐生產(chǎn)，主要作為鑄造等熔化設備，尤其生產(chǎn)地條鋼。因此，造成中頻爐不能煉好鋼的不好印象。企業(yè)2011年5月投產(chǎn)，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(yōu)質(zhì)鋼錠，鋼錠總量已超過20萬t，給企業(yè)增加了可觀的經(jīng)濟效益。產(chǎn)品用于大型機械裝備、風電、船舶、石油工業(yè)、工模具、鍋爐等。采用特殊工藝，可以實現(xiàn)低P、低C鋼生產(chǎn)。

4.2中頻爐制備的優(yōu)質(zhì)鋼錠檢測結果

4.2.1化學成分

由于傳統(tǒng)中頻爐不能進行脫磷操作，岡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(yōu)選廢鋼量而實現(xiàn)。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(yè)裝備中關鍵部件，因此，為了使鍛造產(chǎn)品在服役過程中性能穩(wěn)定，一般對鍛件中夾雜物等級進行了明確的規(guī)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（表3）。

實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，采用中頻爐或電弧爐兩種生產(chǎn)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(xù)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(huán)節(jié).一是電弧爐氧化階段；二是真空工位處理。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，雖然中頻爐生產(chǎn)鋼錠工藝中缺少電弧爐氧化排氣階段，但經(jīng)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(jīng)2011年至今20萬t以上鋼錠鍛后產(chǎn)品檢測，其性能指標及探傷結果都能夠滿足產(chǎn)品檢測要求，因此中頻爐與電弧爐生產(chǎn)鋼錠都能達到產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4.3生產(chǎn)品種

電弧爐能生產(chǎn)的鋼種，傳統(tǒng)中頻爐也能生產(chǎn)，除了鋼種中對磷含量有特別低要求外。中頻爐生產(chǎn)的典型品種：P92、P91、H13、st52.4（柴油發(fā)動機油管用）、齒輪類18CrNiM07、38CrMoAl、風機軸34CrNiMo等.這些鋼種都被用在關鍵裝備領域。

5.結語

與100t電弧爐相比，20 t中頻爐在企業(yè)的生產(chǎn)中有以下優(yōu)點。

（1）可以滿足20 t以下優(yōu)質(zhì)鋼錠的生產(chǎn)，并且比電弧爐生產(chǎn)鋼錠更具有成本低的優(yōu)勢；

（2）20 t中頻爐生產(chǎn)過程比電弧爐更清潔，污染排放量小，因此除塵環(huán)保設備投資及運行成本低，現(xiàn)場環(huán)境明顯優(yōu)于100 t電弧爐；

（3）20 t中頻爐設備運行正常，且國內(nèi)優(yōu)質(zhì)合金廢鋼料較為充足，可滿足正常生產(chǎn)需要，并實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。