電弧爐和中頻爐的經(jīng)濟(jì)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(jì)和環(huán)境效益等方面進(jìn)行了對比分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電弧爐；中頻爐；經(jīng)濟(jì)效益；環(huán)境效益

中圖分類號：X196

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2016）08009802

1 引言

目前，在我國特殊鋼、重機(jī)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(dāng)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(yīng)方法加熱，可以達(dá)到清潔熔煉的效果[1，2]。某鋼鐵企業(yè)同時建設(shè)有電弧爐和中頻爐的生產(chǎn)設(shè)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(jìn)行了分析與總結(jié)。

2企業(yè)基本情況

2.1 冶煉設(shè)備情況

企業(yè)擁有1臺100 t電弧爐，1臺20 t中頻感應(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(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(shè)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(yuǎn)大于中頻爐，生產(chǎn)過程中的維護(hù)維修費(fèi)用和電費(fèi)也遠(yuǎn)高于中頻爐，設(shè)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(fèi)用均遠(yuǎn)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(yuǎn)低于電弧爐[3]。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(xì)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(jìn)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(yán)重，產(chǎn)生大量粉塵、煙氣、廢渣、噪音、費(fèi)水等污染，影響環(huán)境。電弧爐的高溫電弧引發(fā)強(qiáng)烈的燃燒、氧化和氣化，產(chǎn)生的煙氣量極大，通常達(dá)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(dá)到環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

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(shè)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(jì)效益。產(chǎn)品用于大型機(jī)械裝備、風(fēng)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(jié)果

4.2.1 化學(xué)成分

由于傳統(tǒng)中頻爐不能進(jìn)行脫磷操作，因此鋼種的化學(xué)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(guān)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(jìn)行了明確的規(guī)定，較為嚴(yán)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(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(biāo)及探傷結(jié)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(dá)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(jī)油管用）、齒輪類18CrNiMo7、38CrMoAl、風(fēng)機(jī)軸34CrNiMo等，這些鋼種都被用在關(guān)鍵裝備領(lǐng)域[6]。

5 結(jié)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(shè)備投資及運(yùn)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(shè)備運(yùn)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)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李士琦，郁 健，李京社.電弧爐煉鋼技術(shù)進(jìn)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(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)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(chǎn)實踐[J].工業(yè)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(huán)境技術(shù)，2002（2）：45～47.

[5]姜鈞普，崔 萍.國內(nèi)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(yīng)爐的煉鋼特性分析[J].工業(yè)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