电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析.docx
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电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析
电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析
电弧炉与中频炉工艺及成本分析
——关于地条钢泛滥的思考
目前生产螺纹钢常用的方法有几种，最普遍的是被称作长流程的“高炉+转炉+连铸”工艺，以及被称作短流程的“电弧炉+连铸”和“中频炉+连铸”工艺。
这里暂不讨论长流程工艺，单说短流程工艺，即电弧炉和中频炉生产建筑用材工艺，看看这二者之间有什么区别，并借此聊一聊地条钢。
一、炼钢工艺简介
炼钢是严格的“熔化+精炼”过程，不是简单的“化铁水”，炼钢工艺及实际操作是保证成品钢材质量的关键，通过吹氧脱碳、造渣精炼、钢液脱氧、吹氩搅拌乃至真空脱气等手段，进行脱碳、脱磷、脱硫、去除气体和夹杂，调整成分和温度，保证钢材质量。
1、电弧炉炼钢
电弧炉炼钢是利用三相电极向炉内输送电能，通过电极端部与炉料之间的高温电弧形成3000℃以上的高温来熔化炉料。
现在的超高功率电弧炉还配备有炉壁氧枪和炉门氧枪，为炉膛冷区提供辅助热源，进一步提高供热强度，加速熔化。
一些有条件的工厂用高温铁水代替部分废钢，或利用余热对入炉废钢进行预热，提高入炉料温度，以加快熔炼速度，节能降耗。
传统电弧炉熔炼工艺有以下几个过程：
装料→熔化→氧化→脱氧合金化→出钢→铸坯（锭），这种方法冶炼时间长，设备利用率不高，不能够确保生产节奏，现代电弧炉炼钢都把脱氧合金化工作放到炉后的钢包精炼炉进
为了改善钢液质量，中频炉熔化后必须配套钢包精炼炉（LF），进行还原精炼，充分脱氧、脱硫和去除夹杂物。
综上所述，电弧炉炼钢与中频炉炼钢所用的设备不一样，冶炼工艺不一样，冶金效果也大不相同。
3、钢材实际生产工艺
电弧炉、中频炉、精炼炉这三种炉子搭配，再配备一些其它精炼设备，如：
真空脱气（VD），氩氧炉（AOD），真空氩氧炉（VOD），电渣重熔炉等，可以生产出不同品种，不同性能的各类钢材，绝大部分结构钢、不锈钢、工模具钢和特殊钢都是通过这些工艺组合实现的。
商家会根据产品需要选择炉型、设备组合和工艺路线。
对于建筑钢材，由于要求不高，一般采用“电弧炉+精炼”（EBT+LF+CC）工艺，或“中频炉+精炼”（IF+LF）工艺，通过连铸轧材来实现的，不需要配备其它的精炼手段。
实际生产中，由于电弧炉熔炼材料消耗大、成本高，企业多选择中频炉熔炼。
问题在于很多生产商在利益驱使下，连钢包精炼也省却了，结果炼钢变成了化钢，钢材质量根本没法保证，这种钢材被归入“地条钢”行列。
4、地条钢
地条钢原是在九十年代生产力低下、经济条件相对落后的情况下诞生的一种土法生产工艺，产品起先多为小规格圆钢和线材，后来也生产螺纹、型材。
基本生产工艺是用中频炉熔化废钢，但起先因条件所限，炉容量很小，多在几十到几百公斤，上吨的炉子很少，没有连铸机，采取模铸或砂铸浇铸成长条坯，然后轧制成螺纹、线材、圆钢等垃圾材料。
不论模铸还是砂铸，都不能保证铸坯质量。
首先，本身钢液质量就很差，如此小作坊，既不具备检验手段，也不具备质量意识，原料条件很差，生产中偷工减料，成品化学成分是什么只有天知道！
其次，根本不按照模铸要求来设计模型，无论铁模或砂模，都是一条细长的直槽，浇出的铸坯，疏松、缩孔、夹渣、翻皮、气孔等缺陷极为严重，砂铸的坯子更夹杂有大量砂粒。
这样的铸坯掉地上就能断，生产出来的钢材又能保证啥性能？
下面看一组地条钢的图片：
除了上述情况以外，还有一种形式的地条钢。
这种地条钢没有熔炼设备，直接从一些生产铸锭的钢厂购买铸锭产生的汤道、中铸管等废料，或者用废旧钢板边角料剪成条作为坯料，轧制成线棒材，甚至有用废旧钢轨为原料轧材的……这类钢材比上述的地条钢好不到哪去。
随着不断的资本积累和社会进步，地条钢生产也逐步走向了规模化，炉子越来越大，从几百公斤→几吨→十几吨→几十吨，逐步从工艺4进化到工艺3—“IF+CC”，产能也一跃超过亿吨！
尽管这样的状态比原先的地条钢质量好了不少，但总体上质量还是没有保障，性能也不稳定，使用这样的材料建成的设施，隐患多，危害大，所以这种钢材只能称为“地条钢”。
二、不同熔炼工艺的冶金效果
1、“电弧炉+精炼”工艺
采用“EBT+LF+CC”（电弧炉+钢包精炼炉+连铸）的工艺，有全套的吹氧脱碳、二次精炼等手段，可以充分去除钢中的气体和非金属夹杂物，一般情况下，可以把H、O、N分别控制到5.5ppm、50ppm和80ppm以下，钢中的S、P更可以很轻松地降到100ppm、150ppm以下，钢中非金属夹杂物总量可控制到70ppm以下。
2、“中频炉+精炼”工艺
“IF+LF+CC”（中频炉+钢包精炼炉+连铸）的工艺，有钢包精炼炉进行二次精炼，能够实现钢液脱氧及去除部分钢中夹杂物的功能，可以将硫控制到较低水平，钢中N含量甚至可略好于电弧炉钢，但由于原料条件差，缺乏氧化脱碳的过程，对于危害更大的P和H却完全无能力控制，成品P的高低完全取决于原料条件，成品H往往高于6ppm至十几ppm，夹杂物含量比电弧炉钢也要高出很多。
3、中频炉工艺
“IF+CC”（中频炉+连铸）工艺，直接将废钢熔化后连铸成坯，完全没有去气、脱磷、脱氧、脱硫和去除夹杂物的过程，生产出来的钢种，S、P杂质元素，H、O、N气体和各类大型夹杂物含量都完全没有保障，甚至连基本的化学成分C、Si、Mn等都无法有效控制，钢中的H可高达8-20ppm，这种钢材性能根本无法保证。
在遇到配料降不下碳出现熔清后碳高的情况时，一种书本上没有学过的脱碳方法—“水脱碳”，被广泛应用。
所谓“水脱碳”，就是直接用自来水浇在钢液面上，利用高温将水分解成H和O，O用于脱碳，H则残留于钢中。
这种工艺生产的钢中H含量岂不要达到饱和状态？
所以，这种方法生产的钢材，被归入“地条钢”范畴。
三、电弧炉和中频炉设备投资及钢材成本比较
1、投资情况
相对中频炉而言，电弧炉设备庞大，同样吨位的炉子厂房高度要高很多，主跨行车吨位也要大出不少，除尘风量要大出2倍，除尘设备投资、动力配备也要大不少，另外还要有全套的氧气、氩气、压缩空气系统，因此总投资要比单纯中频炉高出一倍以上。
2、成本比较
2.1材料成本
电弧炉跟中频炉所用材料不一样，同样炼钢，电弧炉比中频炉多使用的材料有：
电极、造渣材料、脱氧材料等，即便同样使用耐火材料，其材质和价格也相差很大：
电弧炉用镁质料炉衬，价格高，中频炉多用石英砂炉衬，价格低廉，因此电弧炉冶炼比中频炉冶炼成本要高出很多。
2.2动力成本
由于除尘、水、压缩空气等方面原因，电弧炉动力消耗比中频炉至少高出1倍以上，相对于不使用LF工艺的中频炉产线，消耗又要更多一些。
2.3金属料消耗
由于电弧炉是通过电弧高热，在熔化炉料的同时，部分金属被气化随烟气排出炉外，这部分金属损耗约为2-3%，以目前平均1700元/吨的废钢计算，损失高达30-50元/吨。
2.4成本差距
电弧炉炼钢与中频炉生产地条钢，在成本上究竟有多大的差距？
就此，我们做了调查。
以2017年7月中旬某厂40吨电弧炉和40吨中频炉作对比，按实际消耗和现行价格计算，电弧炉钢成本要比中频炉钢高出近500元/吨，差异情况详见下表。
电弧炉与中频炉炼钢成本差异
某企业40吨电弧炉与40吨中频炉实际生产情况消耗增减部分对比成本单位：
元/吨钢
增减项目
冶炼方法
①超高功率电弧炉
②中频炉
成本差
备注
消耗项目
单位
单价
消耗
成本
消耗
成本
①-②
冶炼时间
min
-
70-80
-
70-80
-
-
冶炼用电
kwh/t
0.7
420
294
560
392
-98
石墨电极
kg/t
100
4
400
0
0
400
超高功率
氧气
kg/t
0.7
61
42.7
0
0
42.7
氩气
Nm3/t
25
0.2
5
0
0
5
纯冶炼用
碳粉
kg/t
3
5
15
0
0
15
石灰
kg/t
0.7
46
32.2
0
0
32.2
萤石
kg/t
2.3
1.7
3.91
0
0
3.91
耐材
元/t钢
55
55
21.5
33.5
其它*
60
合计
494.31
目前在打击地条钢的形势下，绝大部分中频炉退出了历史舞台，电弧炉数量和产能猛增，其所用的石墨电极价格出现了快速、大幅的上涨。
据统计，普通功率电极近6月上涨120%，12月上涨160%；高功率电极近6月上涨240%，12月上涨336%，目前高功率电极价格6万元/吨，超高功率电极10万元/吨，而且目前市场供应紧张，后市应仍有上涨空间，电极消耗越来越成为电弧炉炼钢加工成本的大头，从上表可以看出，电极价格每上涨1万元/吨，炼钢成本将增加40元/吨左右，同样，电极消耗每增加1kg/t钢，则炼钢成本将增加100元/吨。
炼钢工人要小心了，电极真心地断不起了啊！
四、打击地条钢回顾与展望
早在2002年，原国家经贸委《关于地条钢有关问题的复函》（国经贸产业函〔2002〕156号）中就表明，“地条钢”是指以废钢铁为原料、经过感应炉等熔化、不能有效的进行成分和质量控制生产的钢及以其为原料轧制的钢材。
地条钢从此被列为打击对象。
2004年，国家发改委等7部门联合下发了《关于进一步打击地条钢建筑用材非法生产销售行为的紧急通知》，对地条钢进行了更加明确的界定：
以废钢为原料，采用感应炉（工频炉、中频炉）生产建筑用材的钢坯、钢锭，以及以其为原料轧制的建筑用材（线材、螺纹钢、小型材）。
生产设备包括冶炼设备和轧制设备，冶炼设备是指感应炉（工频炉、中频炉），轧制设备是指复二重、横列式钢材轧机。
通知要求各地坚决取缔地条钢非法生产企业，依法查处流通环节的地条钢建筑用材。
十多年过去了，地条钢并未得到有效控制，反而愈演愈烈，一些企业为规避国家产业政策限制，采用扩大炉容、配备炉外精炼、配套连铸连轧等办法，以此表达生产的是合格产品。
但从实地调查来看，绝大部分中（工）频炉企业没有炉外精炼和检验检测手段，生产的钢坯及钢材产品质量性能差，存在明显的安全隐患，个别企业尽管配备了精炼设备，但从经济利益出发，只作摆设，应付检查，根本不使用。
因此，这类企业生产的建筑钢材统统归入“地条钢”范畴，据统计，2016年底归入地条钢范畴的产能竟超过亿吨！
大量劣质钢材涌入市场，不仅严重干扰市场秩序，加剧恶性竞争，造成劣币驱逐良币现象，而且普遍存在监管缺失、偷逃税收、非法牟利等问题，必须予以全面清理取缔。
2016年12月26日，发改委等5部门联合发布《关于坚决遏制钢铁煤炭违规新增产能打击“地条钢”规范建设生产经营秩序的通知》（发改运行[2016]2547号），指出：
“钢铁方面，严厉打击‘地条钢’非法生产行为，坚决拆除并销毁工频炉、中频炉设备。
”
2017年1月10日举行的中钢协2017年理事（扩大）会上，国家发改委副主任林念修在讲话中透露，按照中央和国务院部署，1月5日-15日，去产能部际联合会再次派出12个督导组，对各地淘汰落后产能尤其是打击清理“地条钢”等工作进行专项督导，指出“清理地条钢是此次督导工作的重点。
虽然全国地条钢总量到底有多少，我们都说不清，但有一条（能明确的），（那就是）今年地条钢必须彻底出清。
今年上半年到6月30号，各地务必彻底清除地条钢，这是一个政治任务！
”
经过半年多的努力，绝大部分地条钢遭到取缔。
据国家发改委、工信部透露，上半年我国共取缔、关停“地条钢”生产企业600多家，涉及产能约1.2亿吨。
然而，由于电弧炉比中频炉生产成本高出很多，且随着电弧炉数量和产能不断增加，与之相关的材料价格涨幅也在扩大，特别是石墨电极和一度被冷落的废钢，目前价格都在节节攀升，电弧炉生产成本在迅速增高，利润空间被大幅压缩，在此背景下，会不会有人铤而走险恢复中频炉生产呢？
商人唯利是图，地方政府有意偏袒，倘若政策稍有松懈，这种可能不是没有。
真心希望此项工作常抓不懈，并且要加大对违规者和庇护者的处罚力度，直至追究刑事责任。
打击地条钢任重而道远！
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