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1、电炉炼钢工艺与设备基础第一章 电炉炼钢的发展概况及其主要技术经济指标电炉一般包括电弧炉、感应炉和电渣炉等，本次讲座将电弧炉简称为电炉。自19世纪末、20世纪初电炉诞生以来，至今已有一百多年的历史。我国的傅杰等学者提出，迄今这100余年的电炉发展历史大致可分为传统的电炉炼钢和现代的电炉炼钢两个时期，它又可细分为四个时期：传统电炉炼钢技术的发生发展期和成熟期及现代电炉炼钢技术的发生发展期和成熟期，如图1-1所示。图1-1 电炉炼钢技术发展的历史分期示意图第一节 传统电炉炼钢生产和技术的发展前苏联的奥柯诺柯夫在其专著黑色冶金冶炼电炉一书中提到，电弧是由俄国的彼得罗夫院士发明的。19041905年米捷
2、维茨院士开始应用电弧。美国人Sims在其电炉炼钢一书中写道：电炉是由Pichon于1853年发明的，1906年，纽约的Halcomb Steel成功地建成并投产了美国第一台单相电炉，容量为4t。尽管不同的作者对传统电炉炼钢技术的发展历史具有不同的看法，但有下列几点是共识的：1传统电炉炼钢是在贝氏麦转炉、托马斯转炉、平炉之后，20世纪初才开始发展起来的；2电弧现象和作用的发现以及大型炉用变压器的研制成功，是电炉诞生和发展的技术基础；3传统电炉的冶炼过程分为三个时期：熔化期、氧化期、还原期，还原期是其独有的。由于有一个还原期，因而在冶炼特殊钢方面具有优势；4传统电炉主要用来生产特殊钢，当然也可以生
3、产普通钢。传统电炉炼钢的发生发展期可以界定为：20世纪初电炉诞生至第二次世界大战以前，在此期间，电炉的比例很小，电炉钢的比例也很小；传统电炉炼钢技术的成熟期可以界定为第二次世界大战期间至1982年LF精炼炉问世。在这一时期，为满足工农业生产和军事的需要，电炉炼钢得到了较快的发展，冶炼工艺技术不断完善。至20世纪50年代，电炉炼钢技术以“熔氧结合（合并），薄渣吹氧，缩短还原期”为特点的工艺改革，标志着传统电炉技术进入了成熟阶段。但是随着氧气转炉和连铸技术的兴起和快速发展，使得传统的电炉炼钢生产越来越不适应高节奏、高生产率、多品种和高产量的客观要求，迫使传统的电炉炼钢生产技术向现代电炉炼钢方向发展
4、。第二节 现代电炉炼钢生产和技术的发展在20世纪60年代初，弧形连铸机技术成功的应用于炼钢生产，迫使电炉冶炼围绕着缩短冶炼周期，以适应生产节奏快，达到与连铸匹配，从而开发了一系列新技术，以保证电炉小时产量能适应多炉连浇的要求，以增强自身的市场竞争力。20世纪60年代，被称为Mini-mill（短流程）的钢厂始于欧洲。Mini-mill的兴起使现代电炉炼钢进入了发生发展期。美国是一个经济高度发达的国家，废钢资源丰富，电力充足，废钢价格及电价便宜，十分有利于电炉炼钢的发展。20世纪70年代，一类以生产长材为主的电炉钢厂（电炉+连铸）在美国兴起。起初，这些钢厂的规模不大，一般年产不超过30万吨，因而
5、被称为小钢厂（Mini-mill）。第一次石油危机以后，美国钢铁工业走下坡路，钢产量从1973年的最高产量1.368亿吨降到1984年的6000万吨。从1982年到1987年的五年内，美国为了振兴钢铁工业，他们大力发展电炉钢的生产，建起了几千万吨的电炉短流程钢厂，电炉钢比列超过30%，电炉钢生产技术取得了长足进步。70年代发展了超高功率供电（见表1-1）及相关技术。由于超高功率供电，电炉的生产率大为提高，电炉冶炼过程的还原期移到炉外成为必然，否则会降低大型变压器的功率利用率。80年代初期LF及EBT技术的开发，形成了“电炉冶炼+在线炉外精炼+连铸”的现代电炉流程（见图1-2），电炉平均冶炼周期
6、从1965年的180min缩短到1988年的60min，可以与50mm厚的薄板坯连铸的节奏匹配。连铸与连轧配合，1989年美国Nucor第一条UHP-EAF-CSP生产线是电炉薄板坯连铸连轧技术发展的里程碑，是当时集成创新的典范，标志着现代电炉炼钢进入了成熟阶段。随着Mini-mill规模的不断扩大，人们开始将这类小钢厂称为现代电炉钢厂。90年代以来，由于连铸单流产量的提高，一机多流、多炉连铸技术以及薄板坯厚度的增加，要求进一步缩短冶炼周期。据报道，单座电炉的冶炼周期已经缩短至4050min，甚至最短达35min，已经达到或接近每昼夜生产36炉钢的水平。在此期间，欧洲和日本的一些电炉厂开发了一
7、系列电炉炼钢技术，它主要包括两个方面，一个是强化用氧；另一个是不同类型的废钢预热。这样就出现了多种型式的现代电炉，如竖井式Focus竖炉电炉、双竖炉电炉、Comelt烟道竖炉电炉、多级废钢预热竖炉电炉（MSP）以及 Consteel电炉等。表1-1 电弧炉功率水平级别和生产率的关系功率级别普通（常规）功率（RP）高功率（HP）超高功率（UHP）低功率中等功率电弧炉功率水平/KV.A/t出钢-出钢时间/min生产率/t/h200240260152540050012015030406508008095608080010005560100图1-2 现代电炉工艺流程关于现代电炉炼钢的特征，我国有的学者
8、总结为“高效、节能、环保”；有的学者归结为“电炉生产节奏转炉化，钢的炉外精炼在线化和钢的凝固过程连续化”和“可持续发展”。这些均正确地反映了现代电炉炼钢的一些特征和发展趋势，使我国的电炉炼钢具备这些特征，是我国电炉钢生产发展的方向。现代电炉炼钢的特征是由现代电炉炼钢的技术特点决定的，表1-2为现代电炉炼钢技术特点和传统电炉炼钢技术特点的比较。表1-2 现代电炉和传统电炉炼钢技术特别的比较比较项目传统电炉炼钢现代电炉炼钢能源电能电能、化学能、物理能冶金过程熔化、氧化、还原三期操作；熔毕碳含量大于0.2%取消电炉还原期、还原期在炉外精炼过程中进行；高配碳，可停电不停氧操作主要原料废钢、10%15%
9、的生铁废钢、30%40%生铁/铁水及DRI/HBI产品钢锭连铸坯环境环保意识差重视环保、绿色制造由表1-2可见，现代电炉炼钢技术具有下述5个特点：1现代电炉炼钢的能源有三种，除传统的电能外，还有化学能和物理能。化学能和物理能所占的比例超过50%。2现代电炉的冶炼过程主要是熔化、氧化过程，取消了传统电炉炼钢的还原期，传统电炉炼钢还原期的任务由在线的炉外精炼完成，现代电炉成为了一个初炼炉；用氧的主要目的由传统电炉的助熔、脱碳去气（熔毕碳大于0.2%）变为提供化学热，以增加现代电炉炼钢的一个重要热源。由于化学热和物理热的增加，冶炼过程中当采用加部分铁水冶炼时，可以有一个停电不停氧的操作，这是由于兑入
10、的铁水比例高，有一段时间像转炉一样可以不供电。3采用高配碳操作。生铁在传统电炉炼钢过程中配入量为10%15%，主要用作增碳剂，以便去气和增碳。现代电炉炼钢的主要原料除废钢外，还有30%40%的生铁或DRI/HBI等，在现代电炉炼钢过程中主要用来高配料，以增加化学热，生铁是最佳的配碳剂。巴西某厂于1995年以前在电炉炉料中加40%的生铁；珠钢150t烟道竖炉电炉和天津钢管公司的150t电炉多年来均是采用30%35%的生铁（部分用HBI来代替）作为炉料；韶关90t Consteel电炉原炉料中也含30%的生铁。以热铁水代替生铁块，增加了物理热，节约了能源，实现高配碳；在全废钢冶炼时，炉料中加入无烟
11、煤，并向熔池中喷吹炭粉。为了增加物理热，采用废钢预热技术的优点是众所周知的，这是国外冶金工作者的贡献。在现代电炉炼钢过程中，炉料预热是包括生铁预热的，考虑到节能降耗，电炉加部分铁水冶炼在理论上也是合理的。在实践中，中国目前34台容量大于60t的电炉中已有22台采用了电炉加部分铁水操作，将来数量还会增加。电炉加部分铁水冶炼是中国冶金工作者对现代电炉炼钢技术发展的贡献。用熔融还原的方法生产铁水代替高炉生产铁水，有利于资源利用和环保，是一种技术进步；DRI/HBI作为生铁的代用品，有利于环境的保护，也是一种技术进步。究竟采用何种炉料结构，应考虑当地的资源和能源供应特点以及不同炉料的经济性。把生铁、铁
12、水（包括熔融还原的铁水）、DRI、HBI等简单的称为“废钢代用品”值得商榷，因为用一种有效资源、载能体来代替废钢，从技术进步的角度考虑是不合理的，当然把它们用来和废钢配合作电炉原料，至少在现阶段还是具有一定的合理性。4现代电炉炼钢的产品主要是连铸坯，传统电炉炼钢的产品是钢锭。由于某些钢种的特殊需要，在现代电炉钢厂中，可以保存部分模铸（生产尺寸较大的钢锭、模块或铸件），但是由于经由模铸的钢通常数量较小，为了提高企业的市场竞争力，这些钢厂有必要大量生产连铸坯轧材，所以必须采用现代电炉炼钢技术。5传统电炉冶炼的环保意识差，电炉车间上空往往褐色烟尘滚滚，现代电炉炼钢从末端治理（公害治理）将发展到源头治
13、理，实现绿色制造，工业生态链，循环经济。众所周知，当今世界钢铁生产主要有两种流程，一种是以铁矿石为主要原料的高炉转炉流程，另一种是以废钢为主要原料的电炉短流程。2006年，世界转炉钢产量占世界总钢产量的65.5%，电炉钢产量占世界总钢产量的32%；如美国等不少国家电炉钢比例已超过50%。图1-3为1993年2005年主要产钢国家及地区粗钢产量及电炉钢比例的变化。表1-3和表1-4则分别列出了1950年1988年及1995年2006年世界主要产钢国家的电炉钢比例。21世纪前几年世界及中国大陆钢产量的变化如表1-5和图1-4所示。图1-4示出了2000年2007年世界及我国大陆地区钢产量及世界电炉
14、钢比例的变化。由该图可见，随着中国大陆钢产量的迅速增长，世界钢产量迅速增长，世界电炉钢比例有所下降。世界电炉钢比例有所下降的主要原因是由于中国大陆钢增长速度，主要是转炉钢增长速度过快造成的。2007年世界（67个国家和地区）钢产量合计13.22亿吨，除中国大陆以外，世界钢产量合计8.33亿吨，世界钢产量同比增长率为3.2%，而中国大陆的钢产量增长率为15.7%，其中转炉增长率为25%以上。图1-3 1993年2005年世界粗钢产量及电炉钢比例的变化表1-3 1950年1988年世界电炉钢生产的发展年份电炉钢比例/%美国现代电炉钢产量比/%美国日本欧共体全世界19506.215.66.47.30
15、.619556.912.68.68.00.919608.420.210.710.62.019659.620.312.012.52.8197015.316.713.714.45.3197519.416.419.716.66.7198027.924.523.821.112.1198533.929.025.124.819.9198836.929.729.126.621.5电炉钢比例=电炉钢产量/总钢产量，%；现代电炉钢比例=现代电炉钢产量/总钢产量，%；表1-4 世界主要产钢国的电炉钢比例年份电炉钢比例/%世界日本美国韩国德国印度199532.632.339.437.824.129.7199632.
16、933.342.139.526.025.9199733.732.843.243.126.431.6199833.931.944.640.327.531.8199933.530.546.241.629.232.1200033.728.846.842.828.732.1200135.127.647.443.629.342.5200233.927.150.745.229.342.7200334.026.448.944.830.045.6200433.226.453.643.930.743.8200531.725.655.044.130.744.9200632.026.056.945.733.150.
17、5图1-4 世界及中国大陆地区钢产量及世界电炉钢比例的变化（2000年2007年）表1-5 2001年2005年世界钢生产情况年份20012002200320042005世界钢产量/亿吨电炉钢比例/%钢增长速度/%8.45335.09.00533.96.539.63133.16.9510.54833.89.5211.26931.76.83美国钢产量/亿吨电炉钢比例/%钢增长速度/%0.9147.40.92250.72.440.90448.9-1.950.98953.09.400.94955.0-4.04德国钢产量/亿吨电炉钢比例/%钢增长速度/%0.44829.30.45029.30.400.
18、44830.0-0.400.46430.73.570.44530.7-4.28日本钢产量/亿吨电炉钢比例/%钢增长速度/%1.02927.61.00727.1-4.661.10526.42.601.12726.41.991.12525.6-1.77中国大陆钢产量/亿吨电炉钢比例/%钢增长速度/%1.51615.81.82316.720.22.22417.622.02.72516.522.53.49412.928.2钢增长速度=（当年钢产量-去年钢产量）/去年钢产量100%；根据中国钢铁工业协会宣布的电炉钢产量计算有学者预计，现代电炉炼钢的成熟期可能要经历一个较长的历史阶段。即使由于铁矿石、焦煤
19、等资源枯竭，废钢成为唯一原料，未来的当代电炉炼钢技术仍然会具有现代电炉炼钢技术的五个特点，但那时化学热和物理热的利用、电炉炼钢对环境友好、循环经济等会表现得更成熟，过程理论会更趋于完美，具体如下：1电炉冶炼过程中仍然是三个能源，电能和化学能的利用率会有所提高，电耗占总总能耗的比例仍会有所降低（例如降至30%），氧气利用率进一步提高，废钢预热技术进一步发展，像Ecoarc技术一样，除单一的废气预热废钢外，还会增加金属熔池的显热预热废钢；2电炉冶炼过程仍然是高配碳，在线炉外精炼，还原期仍在炉外进行并实现钢液的微合金化；3在原料方面，仍然是铁素材料加炭素材料，废钢成为唯一的铁素材料，炭素原料不会以生
20、铁的形式加入，而是喷粉（炭粉），这一点在目前废钢资源丰富的发达国家，废钢便宜时已经在实施了；4产品主要仍然是连铸坯，不会回到模铸小钢锭；5电炉炼钢环保技术会更完善，循环经济更可行。1993年以来，我国在现代电炉流程与电炉工程技术方面取得了长足进步，主要体现在以下几个方面：1初步实现了炉子容量大型化。我国电炉在20世纪80年代数量增加极快，但大多数是技术经济指标落后的小炉子，1992年平均炉容量为4.6顿每台，见表1-6。表1-6 我国电炉炼钢设备总量和电炉炼钢总量年份1993199419951996199719981999200020012002200320271966181118931912
21、18141948202024013049390623.221.219.018.717.615.815.715.715.916.717.61403156116063380179620082979704212804982电炉钢产量/万吨； 电炉钢比例/%； 电炉数量/座； 公称容量/吨1993年以后，我国淘汰了大批小炉子，目前我国有容量为50150t的大电炉34台，大于100t的13台，它们的生产率能够满足连铸要求，形成了“电炉冶炼-炉外精炼-连铸”或“电炉冶炼-炉外精炼-连铸-连轧”现代电炉流程群体。电炉钢主要是靠这些大电炉来生产的。2000年，我国共产电炉钢2020万吨，其中由50t以上电炉生
22、产的1241万吨，占电炉总产钢量的61%。实践证明，炉子容量大型化是现代电炉炼钢流体整体优化的基础。2技术经济指标显著提高，缩短了与国外的差距，不少厂家已达到国际先进水平。1993年我国电炉主要技术经济指标为：冶炼周期180200min，电耗610kwh/t以上，电极消耗8.77kg/t，低于1965年的国际水平，也就是说，我国比国外落后约30年。2003年，我国部分现代电炉炼钢厂的主要技术经济指标进入国际领先行列，下面是安阳钢铁公司第一炼轧厂100t烟道竖炉电炉在加25%铁水条件下（铁水现场供应不足）2003年的技术经济指标：冶炼周期 平均41min，最短30min电炉冶炼时间 平均31mi
23、n，最短27min竖炉作业率 92%热停率 1.5%最高班产 13炉最高日产 37炉，3970t最高月产 103673t2003年钢产量 1081278t电耗 平均222kwh/t，最低160kwh/t氧耗 平均41m3/t（标态）电极消耗 平均1.5 kg/t，最低1.3 kg/t在现有22座60150t加部分铁水冶炼的电炉中，已有16座生产率超过了8000t/(t.a)，其中有7座超过了10000 t/(t.a)。3在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新。近十年来，我国引进了烟道竖炉电炉、Consteel电炉、Danarc 及Danarc Plus电炉、双壳炉及其它超高功率交、直流电炉
24、，这些电炉目前大多已经达产。达产说明我们已经很好地消化吸收了国外先进技术。同时，在消化吸收引进国外先进技术的基础上有所创新，创新技术主要包括：提出了现代电炉冶炼周期的综合控制理论。开发了电炉加部分铁水冶炼的新技术，其中主要有：安钢最佳铁水加入比的确定，特别是理论计算与实践一致；韶钢Consteel电炉连续加铁水工艺以及沙钢等专建高炉生产铁水做电炉原料等。电炉以氮代氩全程底吹技术。珠钢引进的150t烟道竖炉电炉及韶钢引进的90t Consteel电炉均设置了底吹氩系统，熔炼过程中底吹氩或先吹氮然后氮氩切换，在研究了不同钢液溶解氧含量条件下吹氮对钢液增氮影响的理论指导下，开发了电炉全程底吹氮技术，
25、用于生产，珠钢在全程底吹氮条件下，电炉出钢氮含量可低于0.0030%。低氮电炉钢生产技术。我国对钢液脱氮与吸氮理论进行了深入系统研究，促进了低氮电炉钢的生产。美国电炉钢氮含量一般为0.0080%0.0120%；日本山阳特殊钢厂150t电炉生产的一般钢材氮含量为0.0100%0.0150%，轴承钢0.0080%0.0100%；Ecoarc炉子的氮含量为0.0100%0.0110%；我国不少同容量电炉生产的钢材氮含量达到0.0040%0.0060%，最低可低于0.0020%。电炉冶炼终点控制技术。根据电炉冶炼过程的碳氮平衡与铁氧平衡，开发了电炉冶炼终点碳控制技术，在生产含碳量低于0.06%的低碳钢
26、过程中，将电炉出钢碳控制在0.035%0.045%，一次终点命中率可达90%以上。宝钢在智能炼钢、自动控制终点技术方面取得了创新性进展。电炉优化供电技术。开发了在加部分铁水冶炼条件下充分地利用变压器功率，提高有功功率的供电技术以及普通超高功率电炉及高阻抗电炉的非线性电抗模型。开发了电炉炉料结构模型和不延长冶炼周期的HBI加入工艺。针对含Cu、Ni、Cr的集装箱板钢，以废钢中的Cu、Ni、Cr残余元素作合金元素来源；针对要求Cu等杂质元素含量低的深冲钢板，炉料中加HBI进行稀释利用开发的加入工艺，在加入量为30%35%的条件下，保持冶炼周期不延长，以满足多炉连铸需要。尽管我国电炉钢产量近年来还在
27、增长，但是当前电炉钢生产仍面临不少困难，归纳起来，主要困难有下列三个：1认识问题。面对2004年以来，转炉钢总产量迅猛增长，电炉钢比例快速下降，出现了“转炉会消灭电炉”、“中国不同于外国”这样的声音，这种观点或多或少地会影响我国钢铁工业健康发展的决策（包括投资等）及钢铁企业领导的生产管理，可能会延缓我国由一个钢铁大国变为钢铁强国的进程。2废钢价格问题。在一个相当长的时期内，我国废钢资源紧缺的局面会依然存在，原因是：我国是发展中国家，大量钢材回收周期长，目前废钢生成量较小，能用于炼钢的废钢量比发达国家少；转炉消耗掉大量废钢，转炉冶炼过程由于化学反应热相对炼钢所需要的热量过剩，需要加入冷料来降温，
28、从理论上说有一个合适的冷料比，冷料包括废钢和生铁，通常加入转炉的废钢均是优质废钢，我国转炉产钢量特别大，故消耗的废钢量也特别大，如果有的企业采用不合适的废钢比操作，废钢消耗量就会更多；非理性消耗，我国还存在生产“地条钢”现象，也导致废钢资源浪费。目前，一般来说，国际废钢价格比生铁价格每吨低5080美元，特别像美国这样的国家，废钢资源丰富，价格便宜。而我国国情不同，废钢价格高，基本上是废钢与生铁的实际价格相当。3电力紧张问题。电炉是用电大户，当电力紧张时，首当其冲被拉闸限电的就是电炉；或者由于电力紧张，电价上涨，电炉钢成本增加，容易被关停。虽然近年来我国电力装机容量会迅速增长，但国民经济其它部门
29、和人民生活对电量的需求也会增长，对于电炉炼钢用电问题还是不能太乐观。解决上述问题的对策有以下几点：1认清转炉与电炉的发展趋势随着钢铁工业的发展，现在转炉和电炉存在越来越多的共性，主要表现在以下方面：现代炼钢流程冶炼工序（转炉与电炉）功能转变。现代转炉的功能逐渐演变为快速高效脱碳器、快速升温器、能量转换器和优化脱磷器。现代电炉的功能演变为废钢快速熔化器、快速升温器、能量转换器、高效脱碳脱磷器、废弃塑料和橡胶制品（轮胎等）的回收器。如上所述，转炉和电炉的功能已演变为基本相近，只是由于炉型不同，原料成分（主要是碳、磷）不同，在脱碳量、脱碳速度和脱磷要求方面有所不同，从而工艺有所差别。现代炼钢流程的能
30、源结构。现代转炉钢生产流程的主要原料是铁水和冷料（包括废钢、生铁），铁水主要取决于铁矿石、焦煤资源。现代电炉生产流程的主要原料是废钢和生铁，加入生铁是为了有效进行高配碳操作，为了进一步缩短冶炼周期，最好是加入部分铁水。电炉、转炉均有一个最佳铁水比或冷料比。现代炼钢流程的能源结构。传统转炉的能源主要是铁水带入的物理热和吹氧氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等产生的化学热。电炉主要是电能，现代电炉由于高配碳，强吹氧和加入部分铁水，能源结构除电能外，引入了物理热和化学热。物理热也可由预热废钢带入。现代炼钢冶炼工序（转炉、电炉）的底吹气。为均匀成分和温度，现代大型转炉采用顶底复吹，现代大型电炉也采用底吹技术，
31、吹气采用氮氩切换方式，前期吹氮，后期吹氩。中国冶金工作者深入研究了钢液吸氮和脱氮动力学，开发了以氮代氩全部底吹氮技术，使转炉和电炉在以氮代氩全部底吹氮气条件下，出钢氮含量分别达到约0.0010%和低于0.0030%，特别使电炉钢达到相当低的氮含量。终点控制。由于转炉与电炉冶炼末期，钢水中氧含量高，氧化性钢液出钢，具有相同的出钢目标控制，即控制出钢温度、碳含量及磷含量，主要是控制碳含量，两者控制原理一致。冶炼周期。现代电炉的冶炼周期已可达30min左右，与转炉冶炼周期基本相当，均可以与连铸匹配，实现多炉连浇。现代炼钢流程冶炼工序的经济性评估。冶炼工序效益（单位时间利润或冶炼一炉钢的经济效益）可以
32、表示为： （1-1） 式中工序效益，元/h； E一炉钢水的价格，元； 一炉钢水的成本，元；Pi消耗i的价格；Cii的消耗量；冶炼周期，h。如果表示一个月，则为一个月的经济效益；如果表示一年，则为一年的经济效益。对钢种的适应性。传统的转炉主要生产普通钢，电炉主要生产优质特殊钢。钢铁生产技术的进步，使得转炉配上炉外精炼（或炉外处理）也可生产特殊钢；而电炉取消还原期，大大缩短了冶炼周期，使得它可以与连铸匹配，生产普通钢。目前转炉和电炉生产的钢种基本类似。综上所述，转炉冶炼与电炉冶炼具有越来越多的共性，正是基于这一共性决定了两者之间会在不同历史时期、不同地区，比例有所不同。在转炉钢的成本低于电炉钢的成
33、本条件下，电炉可采取生产高附加值钢和加部分铁水冶炼等缩短冶炼周期的措施降低成本；当铁矿、焦煤资源短缺，废钢资源增长时，高炉会加入部分废钢，转炉可以采取生产高附加值钢（特别是对金属杂质含量有严格要求的钢种）和提高入炉铁水温度，降低出钢温度等措施多加废钢，降低成本。即使出现一种更先进的炉型，只要它与现代转炉和电炉在本质上相同，基本投资及就业等社会原因，现代转炉和电炉均不会消亡，现代电炉炼钢成熟期还会经历一个相当长的历史阶段。只有当钢铁不再是“必选”材料，不再成为推动全球经济发展和社会文明进步的物质基础，或出现一种从本质上与现代炼钢截然不同的、具有比较优势的新方法时，转炉、电炉炼钢才会逐渐从成熟发展
34、到衰老、消亡，而这目前还难以想象，也许是若干代人以后的事了。所以应该更多地研究当前电炉钢生产的发展问题。2生产高附加值钢基于式（1-1），在我国目前废钢及电力紧缺、价格高的条件下，要使电炉钢厂能够赢利，电炉钢生产能够获得发展，必须生产高附加值产品（增大E），缩小冶炼周期（减小）；对于电炉流程冶炼工序，高附加值优质产品因时、因地具有不同的含义。目前我国高附加值优质产品，也就是能赢利的电炉钢品种包括：转炉流程不适合生产的高合金钢、高温合金、大型铸锻件用钢；一些大型机械（包括冶金机械）部件，特别是铸钢件，用随时可以启动、终止的电弧炉冶炼比较合适；对一些特厚板，用电炉生产大型钢锭的轧材比用电炉或转炉生
35、产的连铸坯的轧材质量好；对于一些军工产品，即使转炉流程能够生产，但军方不愿意重复试车，还得让电炉流程生产。转炉流程能够生产但目前在国内质量还是不太大的一些合金钢种，如轴承钢、齿轮钢、弹簧钢等。过去仅能用转炉流程生产的、现代电炉流程也能生产的一些品种，如高附加值的板材（薄板、中板、厚板）。优质碳素钢（低碳钢板材，中、高碳钢棒材）和低合金钢（包括使用量很大的螺纹钢、钢筋钢等）。3降低操作成本缩短冶炼周期是降低操作成本的关键，为了缩短冶炼周期，可以采用下述措施：加铁水冶炼；强化用氧，这有利于节能，生产1m3的氧气只需要消耗0.215kg标准煤，而用1m3氧气理论上可节电7kw.h/t以上，提高1m3
36、氧气的节电数，是今后电炉技术发展的一个主要方向；充分利用变压器的功率，提高有功功率和电功率，增加电能输入；改进设备，提高作业率。（4）实行宏观调控宏观调控主要是利用政策和法律促进电炉钢生产的发展，主要有：注重电炉钢生产对钢铁工业可持续发展和循环经济的作用，及在我国目前的条件下发展电炉钢必须重视技术进步。通过税收和环保政策，加速淘汰落后的工艺和技术，避免落后流程与先进流程争夺原材料；限制低端产品出口，控制钢总量无序扩张。引导钢铁企业考虑对发展我国现代电炉炼钢进行第二轮投资，新增现代电炉炼钢生产能力。目前，我国已经有一些厂家例如宝钢、沙钢、舞阳钢厂、天津钢管公司、衡阳钢管公司等正在或已经对发展现代
37、电炉进行第二轮投资了。第三节 电炉炼钢的技术经济指标电炉炼钢的技术经济准则是高效、优质、多品种、低消耗，以及综合利用资源，提高经济效益。因此，技术经济指标能够反映生产中的技术水平与经济效果，它反映并衡量一个企业完成计划的情况，同时也能为企业内部的各项技术、生产、经营活动与检查分析提供依据。电炉炼钢的技术经济指标，主要包括产量、质量、品种、成本、炉龄与包龄等项内容。一、产量指标电炉炼钢的产量指标包括：1利用系数。电炉的利用系数是衡量一座电炉产量高低的标志。它是只电炉1天（24h）每百万伏安（1MV.A）变压器生产合格钢的吨数，它的单位为t/(MV.A.d)。计算公式为： （1-2）式中，合格钢产
38、量检验量废品量电炉变压器容量按铭牌容量计算；但经改造后的变压器应按新测定的容量计算。天数通常按月、季度、年进行统计，但扣除计划检修和停电所占去的时间。利用系数在很大程度上综合反映了产品质量的优劣、产品的增减、操作水平的高低，设备潜力的挖掘以及企业管理水平等。冷装电炉的利用系数一般为1030 t/(MV.A.d)。2作业率。电炉的日历作业率是指电炉实际炼钢时间占日历时间的百分比。计算公式为： （1-3）实际炼钢时间包括补炉、装料、炼钢、出钢以及冶炼过程中的耽误时间。冶炼过程中的耽误时间是指等吊车、等钢包、等分析、等原材料、接换电极以及处理冶炼过程中的各类事故所耗的时间。停工时间包括检修设备、更换
39、水冷件、特殊修砌补打炉衬、计划停电、停水及换炉壳与换炉盖等所花费的时间的总和。作业率反映了电炉炼钢对时间的利用程度，一般在94%96%之间波动。如果企业管理水平高，设备维修保养好，炉衬寿命高，冶炼操作正常，防止各类事故发生，缩短计划或杜绝非计划检修时间，就能提高作业率。例如，自从炼钢电炉广泛采用水冷炉壁与水冷炉盖后，更换炉衬的次数减少，电炉的日历作业率获得了明显的提高3生产率。电炉炼钢的生产率是电炉单位时间内的产量，它是指每座电炉在一定时间内生产的合格钢数量。它与一定时间（N）内的平均作业率（g）、每炉装入量（P）及每炉合格钢的收得率（f）成正比，而与每炉平均冶炼时间（）成反比。设G为电炉生产
40、率，则计算公式为： （1-4）式中N电炉生产的天数，天； g电炉平均作业率，%； P每炉装入量，t； f合格钢收得率，%； 每炉平均冶炼时间，min； G生产率，如N=1天，则G单位为t/d；N=1年，则G单位为t/a（常写成万t/a）。从上式中不难看出，随着作业率、合格率、装入量的提高和冶炼时间的缩短，钢产量就高。炼钢废品是从出钢开始考核，其中包括从出钢到浇注整个过程中所产生的跑钢、漏钢、混号钢锭及连铸各种因素造成的断流损失，以及轧后废品、用户退回的废品。炼钢必须的合理损失不计入废品，如模铸中注管、汤道、钢包底粘钢等为合理损耗；连铸的切头、切尾、开浇摆槽损失、中间包注余钢水、氧化铁皮等损耗在
41、规定范围之内均属于合理损失。另外，电炉炼钢中常用的小时产钢量可用下式表示： （1-5）4平均冶炼时间。指冶炼一炉钢平均所需的时间 （1-6）冶炼作业时间与日历作业率计算内容相同。炼钢出钢总炉数不包括全炉废品、全炉钢水回炉、事故回炉等。电炉钢的冶炼时间直接与炉子吨位、变压器容量、冶炼方法、冶炼钢种、装料方式、原材料质量、企业管理水平、是否用氧及工艺路线与操作水平等因素有关。因此，同容量电炉的冶炼时间，不仅各厂，就是同厂也有较大的差别。5炉龄。炉衬寿命也称炉龄。炼钢电炉的炉龄是指在一个炉役期内，即炉底、炉壁（或炉盖）从投入使用起到更换新炉底、新炉壁（或新炉盖）期间内的炼钢炉数。炼钢电炉的炉底、炉壁
42、或炉盖平均使用寿命的计算公式为： （1-7） （1-8） （1-9）炉底、炉壁或炉盖的平均使用寿命通常按月、季度、年进行统计。6劳动生产率。包括实物劳动生产率和全员劳动生产率。炼钢工人实物劳动生产率是指每个炼钢工人及学徒工在某一规定时间内（年、月、日）所生产合格钢的数量。 （1-10） （1-11）二、质量指标电炉炼钢的质量指标包括：1合格率质量一般是指铸坯（锭）的合格率，按钢种分月、季、年统计。 （1-12）铸坯（锭）的合格率也应从出钢开始考核，与电炉生产率的考核完全相同。2废品率铸坯（锭）的废品率是指铸坯（锭）的废品量占所产钢总量的百分比，即： （1-13）三、品种指标电炉炼钢的品种指标包
43、括：1品种完成率。即计划钢种率，指完成钢种占计划钢种的百分数。 （1-14）2合金比。指合金钢合格产量占合格钢总产量的百分数。 （1-15）高合金比是指合格的高合金钢（合金元素总含量大于10%的钢）产量占合格钢总产量的百分比。计算公式为： （1-16）四、成本指标电炉炼钢的成本指标包括：1铸坯（锭）的收得率。它是指合格铸坯（锭）与金属料消耗量的百分比。计算公式为： （1-17）2原材料消耗。它是指生产1t合格铸坯（锭）所消耗的某种原材料数量。一般它又可细分为：钢铁料消耗。每冶炼1t合格铸坯（锭）所消耗钢铁原料的数量，即： （1-18）钢铁料数量=铁水量+废钢铁量废钢铁量包括废钢、生铁块及废铁等加入量。金属消耗量。为每冶炼1t合格铸坯（锭）所消耗的金属材料，其中包括钢铁料和铁合金的消耗量，铁合金包括脱氧剂、提温剂和发热剂及调整成分用的铁合金；还要将含铁原料如铁矿石、氧化铁皮折合成铁后计入消耗。有些钢铁原料可按规定折算后计入消耗，例如轻薄废钢可按60%折算；压块废钢按65%折算；渣钢按70%折算，若是砸碎加工的渣钢可按90%折算；钢丝和铁屑按40%折算；粉状铁合金按50%折算