电炉炼钢主要冶炼什么钢种（电炉冶炼普碳钢的趋势分析）

目前主流的炼钢工艺流程为转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。电炉炼钢工艺由于污染物排放小，组织灵活，品种多，产量约占全世界钢产量的2，而中国目前电炉炼钢产量仅为总产钢量1。2019年中国产钢量达到9.96亿吨占全世界产钢量的5。发展电炉可以减少碳排放，温室气体排放，保护地球环境。

电炉短流程工艺是使用社会废钢，实现循环经济，全废钢冶炼的炼钢工艺，污染物排放仅为高炉转炉长工艺流程的2。高炉转炉工艺的优点是：产量大，吨钢成本低，目前转炉钢比电炉钢的成本低400~500元；其缺点是环境污染严重。2016年到2018年初，转炉生产成本高于电炉生产成本时，电炉冶炼普碳钢有优势。在电炉炼钢生产成本较低，同时国家对环保有严格要求时，钢铁企业会优先选择电炉炼钢工艺。参考其它国家电炉短流程工艺的发展历程，我们对中国未来几年的电炉炼钢工艺发展趋势做出分析。

1、电炉炼钢发展简介

传统电炉炼钢的成熟期是1945年以后到1982年LF炉问世，传统电炉炼钢技术是以熔化期、氧化期、还原期为主的工艺过程，主要生产特钢。1980年后，连铸逐渐取代模铸，超高功率电炉出现和电炉用氧技术出现，现代电炉炼钢阶段开始。电炉炼钢工艺不仅可以生产特钢，而且可以生产普碳钢（普碳钢是普钢的代表钢种，含长材和扁平材，普钢为碳含量在0.06~0.3，磷、硫含量在0.035~0.05），例如在中东、北美是以电炉短流程生产普碳钢为主。现代电炉炼钢技术把电炉作为一个初炼炉，把电炉还原期的任务由LF等炉外精炼设备完成，增加了吹氧工艺，实现化学能的输入。电炉设备为主的短流程工艺是废钢为主的含铁原料在经过电炉、LF炉精炼、连铸机、长材轧机或者扁平材轧机，变成最终钢材产品的过程。转炉炼钢由高炉提供铁水，高炉的原料来自于烧结和球团等含铁原料，焦炭由焦炉提供，所以转炉高炉流程也叫做长流程。电炉的短流程生产工艺特点是：连铸和电炉的冶炼周期在40~50min，节奏快；热装或者铸轧式无头轧制，从废钢到成品只需要2~3h。电炉炼钢尤其是生产普碳钢的短流程棒线长材生产线遍布于世界各地，满足当地经济和社会的需求。

转炉和电炉炼钢工艺排放二氧化碳差异很大，高炉转炉长流程工艺要将含铁矿石还原成铁，冶炼1t钢要排放2200kgCO2；电炉短流程工艺将废钢熔化，再脱氧合金化，没有大规模还原氧化铁的过程，二氧化碳排放量大大降低，冶炼1t钢要排放120kgCO2，如图1所示。所以电炉炼钢工艺比高炉转炉工艺更环保。

图1：电炉短流程和高炉转炉长流程能量平衡和物质平衡

根据世界钢铁协会的数据，如表1所示，美国、印度等国家的电炉钢比例在2006年到2019年有所提高，韩国电炉钢比例有所降低，而德国和日本的电炉钢比例变化不大。但是日、美、韩、德等发达国家的电炉钢比例都比中国的电炉钢比例高。发达国家发展到一定阶段，社会积累的废钢增加，通过电炉炼钢工艺将废钢重新循环利用。发达国家的钢铁工业发展道路为中国钢铁工业优化工艺结构提供了思路和经验，通过电炉炼钢工艺优化中国钢铁工艺结构，降低污染排放量，保护环境，实现绿色炼钢和智能制造。预计2030年，中国每年社会废钢积累将达到3.2亿~3.5亿吨，在2035年，中国每年社会废钢的积累将达到4.46亿吨，电炉所需废钢资源充足，将为中国发展电炉炼钢打下基础。

表1世界主要产钢国的电炉钢比例

2、电炉钢厂分类

电炉钢厂分为三大类：传统特钢电炉钢厂，不锈钢电炉钢厂，短流程电炉钢厂，如表2所示。传统特钢电炉钢厂和不锈钢电炉钢厂生产特钢的特点是：电炉冶炼周期长、生产节奏慢、合金量大、品种多、订单小，对特钢产品的质量要求高，冶炼时间在1h以上，吨钢电耗500kWh以上。短流程普碳钢电炉钢厂追求效益和高生产效率、高连浇炉数、连续生产、高作业率，生产模式和理念有别于特钢电炉和不锈钢电炉企业。

电炉冶炼特钢和电炉冶炼普碳钢从成本和工艺上不具可比性，本文对比电炉炼钢工艺和转炉炼钢工艺时，是以生产普碳钢为统一的平台，对比生产成本，污染物排放。国外在收集电炉钢厂数据时，把电炉钢厂分为特钢电炉和普碳钢电炉，中国技术人员在研究电炉工艺时也要明确是研究普钢电炉，还是特钢电炉，不能混淆。

表2：电炉钢厂分类

3、美国普钢电炉发展模式

由于美国电费及废钢等价格低，电炉冶炼普碳钢运行成本低于高炉转炉长流程冶炼普碳钢运行成本，美国钢铁工业中全废钢电炉炼钢占主导地位。目前，美国共有138座电炉，电炉钢比例接近7，其中2000年以后新建的生产普碳钢电炉25座（含改造）。目前美国最大的两个电炉钢铁企业，美国纽柯钢铁公司，年产量2300万吨，生产长材为主；美国的钢动力公司，产能1180万吨，以生产扁平材为主。

在发达国家进入后工业时代，人均钢消费水平逐渐降低。中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，中国正处在转变发展方式、优化经济结构关键时期，钢材产品不仅要全面被覆盖，中国钢铁工业工艺也要进行优化。电炉短流程工艺从环保、能耗相对于高炉转炉长流程有很大的优势，中国钢铁企业可以利用其他国家前车之鉴，走捷径。宝钢最近提出了模块化网络微型钢厂的概念，由电炉+棒线材轧机组成，建成上百座微型钢厂，实现城市清洁环保的功能，为市场提供普碳钢产品，减少环境污染。

根据世界钢铁协会数据，从1990年到2019年，美国电炉钢比例由3提高到接近7，见图2。美国电炉钢厂的变化，要引起中国钢铁工业界的重视。总之，中国经济发展模式在向高质量方向发展，电炉炼钢工艺可以减少温室气体排放、实现钢铁工业优化工艺，提高电炉钢比例是中国钢铁工业的发展方向。

图2：1990-2019年中美和世界电炉钢比例

4、影响普碳钢电炉发展的因素

决定普碳钢电炉发展的因素归纳如下三点。

4.1废钢价格

目前中国转炉钢成本低于电炉钢，中国废钢价格高于铁水价格，而电炉钢的成本主要由废钢、电费和电极费用组成，所以废钢价格高是中国电炉生产普碳钢市场竞争力低主要原因。根据华泰期货的数据，见图3，在2016年，废钢1200~1400元/吨，铁水2000元/吨，电炉钢生产成本低于转炉钢生产成本较多，电炉生产普碳钢工艺有竞争力。美国废钢价格低于铁水价格，加上较低的电费，美国电炉钢厂比转炉钢厂竞争力强，纽柯钢铁和钢动力公司效益好于美国钢铁公司。

废钢价格决定了电炉工艺的竞争力，2000年后，废钢价格高于铁水价格，中国电炉特钢厂建高炉，生产铁水，提高入炉铁水比，2013~2016年中国电炉产钢只占全国钢产量的5.5~6.。废钢价格对于电炉炼钢工艺具有决定性意义，废钢价格低于铁水价格，电炉炼钢才有竞争力。

图3中国铁水废钢价格变化

4.2环保要求

全球变暖的主要原因是近年温室气体排放增加，造成气候变暖，影响社会经济活动进行，造成灾害天气。联合国政府间气候变化专门委员会统计，全球年排放二氧化碳237亿吨中国电炉钢比例增加可以减少中国钢铁工业的二氧化碳排放总量。目前中国电炉钢比例1，当电炉钢比例达到3，取代2的钢产量（由高炉转炉生产），按2019年中国钢产量9.96亿吨计算，可以减少二氧化碳排放量4.38亿吨。目前中国是世界钢产量第一大国，转炉高炉流程占9的钢总产量，总二氧化碳排放量在19.7亿吨。所以从国家战略层面分析，电炉炼钢工艺也必须要逐步取代部分高炉转炉工艺。国家发改委发布2020年钢铁化解过剩产能工作要点中提出将部分高炉转炉工艺转变为电炉炼钢工艺，促进行业整体节能环保水平提升。

2019年中国国民总产值GDP14.34亿美元，人口14.04亿，中国人均GDP接近10000美元，在中国经济进入高质量发展阶段，钢铁工业的进入转型升级、结构优化的过程，绿色炼钢、智能制造是钢铁工业的方向，电炉炼钢是解决环保问题的有效措施之一。

4.3电费和电极费用

中国工业电费0.68元/kWh，电极费用目前是50~70元kg电极。全废钢冶炼，按照电耗400kWh每吨钢，电极消耗吨钢一公斤的水平，电费和电极的成本是320~350元/吨钢。控制电费和电极费用也是电炉能否进一步发展的因素。

5、电炉钢比例提高的对策

中国提高电炉钢比例的过程中，中国钢铁企业将面临一些问题，比如产品问题、设备制造、废钢来源、技术学习等很多后续问题。

5.1改变棒线材生产工艺路线

目前中国螺纹钢和线材占中国钢产量的比例为，34.和19.，如表3所示。如果这部分钢产量5用电炉取代，可以减少二氧化碳排放5.98亿吨。美国，德国的电炉短流程钢厂的主要产品也是以普碳钢棒线材为主。相对于生产普碳钢的高炉转炉长流程，电炉工艺流程简单。宝钢提出微型钢铁制造园概念，也是建上百个微型电炉钢厂，通过这些环保型的电炉钢厂为城市发展提供普碳长材产品。

表3中国钢铁产品分类

5.2废钢的价格控制

国务院发改委通过政策鼓励企业建立大型的废钢铁回收加工配送中心，以解决废钢原料质量和数量；另外通过废钢企业规范化管理、建立废钢的标准，确保中国废钢资源稳定的质量。废钢企业和部分钢铁企业也在建造废钢处理车间，降低废钢采购成本。电炉炼钢工艺转型不仅仅是一个环节，它关系到整个相关上下游的产业链，是一个有战略高度的系统工程。稳定废钢供应后，使废钢的价格总体上低于铁水价格，中国电炉炼钢工艺才能够有竞争力。

5.3普碳钢电炉炼钢新技术

目前中国普碳钢电炉工艺水平和世界水平还有一定距离，我们需要通过学习，努力掌握新的电炉冶炼技术：（1）水平加料电炉占主导地位：水平加料可以实现不断电的条件下，把废钢加入电炉，缩短了冶炼周期，提高了生产效率。

（2）大比例留钢操作：研究表明：当留钢量小于1，冶炼时间58.5min，电耗412kW?h/t；使用留钢量45.，冶炼时间电耗384kW?h/t，51.5min。在使用EBT偏心炉底出钢，留钢操作情况下，高比例留钢操作可以提高生产率1，降低吨钢电耗28Kwh。

（3）大功率电炉：新建电炉普遍采取高功率变压器，吨钢功率在800kVA以上。根据统计，北美地区25个2000年后的新建或者改造生产普钢电炉，21个电炉的吨钢功率在800kVA以上，同时用氧量在吨钢30m3以上。

（4）全废钢电炉提高电炉用氧。

（5）交流电炉在普碳钢电炉炼钢中为主流设备。

6、结论

电炉炼钢是实现循环经济的环保型工业技术，相对于高炉转炉长流程炼钢工艺大幅度减少二氧化碳温室气体排放。目前国家从产业政策上给与支持。在2020年以后，每年社会废钢积累达到3亿吨以上，为发展电炉炼钢打下了基础，电炉钢的竞争力将会增强。

中国经济发展所处阶段、钢铁资源的积累情况，发达国家的电炉炼钢发展历程，可以判断中国电炉将在2020年以后，进入快速发展阶段。中国国家发改委政策指出：部分高炉转炉工艺转变为电炉炼钢工艺，促进行业整体节能环保水平提升。目前，宝钢和福建、广东、四川的民营钢铁企业计划和新建生产普碳钢电炉。

在电炉钢比例提高的过程中，废钢质量和数量的保证，电炉钢新技术的采用，中国工程公司在电炉项目中的作用都需要被重视。

可以预见，在2020年后，电炉钢比例将增加，电炉炼钢工艺在中国经济向高质量发展阶段发挥重要作用。

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