王国军，朱青德，魏国立
(酒泉钢铁( 集团) 有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100)
摘 要: 简要介绍近年电炉钢发展新技术及未来电炉炉型发展方向，对不同冶炼模式电炉钢成本与转炉钢成本进行比较，对比长短流程能耗及排放指标。电炉钢成本中，钢铁料、石墨电极及电力三者，决定电炉钢成本竞争力的主要因素为废钢价格，其次为石墨电极消耗及价格，最后为电耗及电价; 环保政策倾向电炉短流程，随着全国碳排放权交易市场逐步完善，电炉短流程炼钢竞争力将增强; 从降低电炉钢成本的角度看，电炉发展方向将是融合转炉部分功能的电转炉工艺。
关键词: 电炉钢；转炉钢；成本；能耗；排放
引言
钢铁生产可分为“从铁矿石到钢材”和“从废钢到钢材”两大流程。相对于钢铁联合企业中以高炉－转炉为代表的常规流程而言，以废钢为主原料的电弧炉炼钢生产具有工序少、投资低和建设周期短的特点，因而被称为短流程［1－3］。近年来，我国废钢资源产生量增多，电力条件改善，国家政策导向支持为电炉钢的发展创造了一定的条件，但电炉钢的发展仍存在一些制约因素，一是废钢资源质量参差不齐，二是电炉钢成本竞争力不强，废钢与铁水价差不能长期支撑电炉钢成本竞争力，国内总体电价水平较高，石墨电极价格高且波动较大，造成电炉钢成本控制难度大。钢铁企业排放指标要求越来越严，钢铁企业排放的污染物 80%来自焦化、烧结等环节，长流程炼钢的弊端日渐明显［4－5］。系统的比较电炉钢和转炉钢成本，以及长短流程能耗与排放，可供发展电炉钢企业参考，具有重要意义。
2 电炉钢发展新技术
电炉炼钢新技术主要有铁水+废钢冶炼技术、强化用氧技术、伸缩炉盖电炉技术、新型康斯迪电炉炼钢技术、新型量子电炉炼钢技术等。未来电炉炉型的发展方向是能实现连续加料、废钢预热、绿色环保、余热回收及人工智能型炼钢的电炉。目前，我国康斯迪电炉占总电炉数量 70%左右，建设较早的电炉企业一般为非连续加料的普通电炉。
2．1 伸缩炉盖电炉技术
德国福克斯技术公司为实现电炉一篮料操作，开发了伸缩炉盖技术，在普通电炉基础上增加炉壳高度、增加炉盖的升降行程，有利于缩短非通电时间、提高生产率。运行效果: 吨 钢吹氧小于 30 Nm3/t，天然气 4 Nm3/t; 电耗 369 kWh /t，电极消耗0．91 kg /t，一篮料加料次数由 40%增加至 54%。
2．2 新型康斯迪电炉炼钢技术
新型康斯迪电炉，其主要特点及优越性: 炉体称量装置安装位置，由倾动平台下四个滚轮内，改为安装在倾动平台上方的四个角，依四个称量单元来测量工作状态的炉体重量，该方式安装、维护方便，故障率小; 缩短废钢预热段的长度，提高烟气出口温度; 控制野风的混入，强化预热段内的二次燃烧，保证出口温度在 800 ～ 900 ℃，抑制二噁英的产生; 电炉炉底设置底吹装置，在废钢下料区炉底设置底吹装置，改善熔池钢水温度偏差，缩短冶炼周期; 在废钢预热段设置挡板，防止电极极心圆偏位。
2．3 新型量子电炉炼钢技术
新型量子电弧炉优越性: 过程基本不停电，非通电时间 1～2 min，高生产率，冶炼周期可实现 33 ～ 36min; 变压器功率利用率高，约等于 1，减小变压器功 率的匹配; 电耗可以达到 280 kWh /t( 废钢预热 600℃ ) ，电极消耗可以达到 0．9 kg /t; 平熔池操作，电压闪烁、噪音水平低，可以免用屋顶烟罩; 节能、环保、新型。这种新型电炉结构复杂，国外有部分钢企投用，但国内目前无新型量子电炉投产［6－7］。
3 成本对比数据选取
据相关介绍，量子电炉电耗可达到 280 kWh /t，电极消耗可达到 0．9 kg /t。
⑴电极消耗。
电极消耗与原料结构、强化用氧、废钢预热、连续加料有关。目前国内外电炉电极消耗 0．91 ～ 4．0kg /t，配加铁水冶炼时电极消耗低于全废钢冶炼电炉。
①全废钢冶炼，电极消耗取 3 kg /t。
②35%铁水+65%废钢，电极消耗取国内先进水平 2 kg /t。
③50%铁水+50%废钢，电极消耗取国内先进水平 1．8 kg /t。
④量子电炉，电极消耗取 0．9 kg /t。
⑵电极价格。
石墨电极价格 10．5 ～ 14．5 万元/t，电极直径越大价格越高，电炉钢企业电极直径一般为 400 ～ 550 mm，以 14．5 万元/t 测算。
⑶电耗。
电炉钢电耗取决于原料结构、装备水平、用氧强度、废钢预热温度、加料方式等因素。目前国内外电炉电耗 200 ～ 480 kWh /t，加部分铁水冶炼在缩短冶炼周期，降低电耗方面具有显著效果。
①全废钢冶炼，电耗以 400 kWh /t 测算。
②35%铁水+ 65%废钢，电耗以国内先进水平250 kWh /t 测算。
③50%铁水+ 50%废钢，电耗以国内先进水平200 kWh /t 测算。
④量子电炉，电耗以 280 kWh /t 测算。
⑷电价。
电价因电力类型、直供电优惠政策等有所差异，按 0．45 元/kWh 测算。
⑸废钢价格。
电炉钢企业废钢价格 2 000 ～ 2 200 元/t，以2 100元/t 测算。
⑹铁水价格。
铁水价格取 2 330 元/t。
⑺废钢通过转炉冶炼转化成的钢坯，测算成本的数据选取。
①转炉使用废钢冶炼时金属收得率因废钢料型、质量等有所差异，在 60% ～93%之间，取 80%。
②石灰消耗按废钢中 Si 含量 0．20%及炉渣碱度 3．0 确定，取 15 kg /t。
③氧气消耗按废钢中 C、Si、Mn 元素氧化所需氧气确定，取 15 m3 /t。
⑻耐材成本。
电炉钢企业耐材成本 68～98 元/t，以 85 元/t 测算。
⑼合金、辅材及电以外的能源单价均以酒钢集团 3 月份价格为准。
4 电炉钢与转炉钢成本对比
以国内电炉钢企业为参照，在现有装备条件和生产水平下，原料结构选取全废钢模式、35%铁水+ 65%废钢模式、50%铁水+50%废钢模式电炉钢成本分别与转炉钢成本进行比较; 假设国内电炉钢企业采用最先进的新型量子电炉后，测算电炉钢成本，与转炉钢成本进行比较。全废钢冶炼模式电炉钢与转炉钢成本比较见表 1。
由表 1 可以看出，全废钢冶炼模式电炉钢成本较转炉钢成本高 349．65 元/t。
35%铁水+65%废钢模式电炉钢成本与转炉钢成本比较见表 2。
由表 2 可以看出，35%铁水+65%废钢模式电炉钢成本较转炉钢成本高 249．48 元/t。50%铁水+50%废钢电炉流程与转炉流程成本比较见表 3。
由表 3 可以看出，50%铁水+50%废钢流程电炉钢成本较转炉钢成本高 224．82 元/t。指标先进电炉钢成本与转炉钢成本比较见表 4。
由表 4 可以看出，指标先进电炉钢成本较转炉钢成本高 6．34 元/t。若量子电炉采取铁水+废钢工艺，成本将进一步降低，与之相比转炉钢基本无优势。
综合以上测算，全废钢、35%铁水+ 65% 废钢、50%铁水+50%废钢电炉钢成本均高于转炉钢成本，波动范围在 224．82 ～ 349．65 元/t，转炉钢在成本方面更有优势; 若在转炉出钢后加部分废钢，转炉流程使用废钢的成本更有优势; 新型量子电炉钢成本较转炉钢成本高 6．34 元/t，综合考虑长流程碳排放税以及国家鼓励废钢消费等政策，量子电炉钢成本优于转炉钢成本。
5 长流程与短流程能耗及排放比较
钢铁的主流生产工艺可分为两种: 高炉－转炉长流程和电炉短流程。钢铁企业排放的污染物80%来自焦化、烧结等环节，电炉短流程炼钢工艺由于直接使用废钢作原料，省去了造成污染的诸多环节，受到许多钢铁企业的青睐。用废钢直接炼钢比用铁矿石炼铁炼钢可减少废气 80%、废水 76%和废渣 97%，有利于清洁生产和排废减量化［8－10］。
2005 年以来，中国是世界最大能源消费国和碳排放国，面临着严峻的碳减排任务，其中 2016 年，全球 CO2排放量 361．83 亿吨( 石油、天然气和煤炭等化石燃料的排放量) ，中国碳排放量高达 105．06 亿吨，总量超过欧美之和。高炉－转炉长流程与电炉短流程能耗及排放比较见表 5。
由表 5 可以看出，高炉－转炉长流程生产吨钢CO2排放为 2．2 t 左右，电弧炉生产吨钢 CO2排放量为 0．5 t 左右，电炉短流程排放的 CO2约为长流程的1 /4; 高炉－转炉长流程生产吨钢消耗标煤 15．8 左右，电弧炉生产吨钢消耗标煤为 9．48 左右，吨钢消耗标煤约为长流程的 1 /2。
经估算，我国重点钢厂的碳排放占到全国碳排放总量的 13．5%，我国碳排放量依然居多，钢铁行业碳排放量不仅占全国碳排放量的比重增加，而且钢铁行业碳排放量也在持续增加，而电炉炼钢碳排放明显低于转炉炼钢碳排放量。工信部 2015 年 3 月20 日发布的《钢铁产业调整政策( 2015 年修订) ( 征求意见稿) 》，明确要求: “鼓励推广以废钢铁为原料的短流程炼钢工艺及装备应用，到 2025 年，我国钢铁企业炼钢废钢比不低于 30%，废钢铁加工配送体系基本建立”。此项工作实际推进比较缓慢，预计国家将出台强有力的措施支持电炉钢发展。
6 结语
⑴决定电炉钢成本竞争力的主要因素为废钢价格。以全废钢电炉流程测算的电炉钢成本为例，电炉钢成本中钢铁料成本占总成本的 68．53%，石墨电极成本占总成本的 12． 79%，电力成本占总成本的5．29%，因此，钢铁料、石墨电极及电力三者中，决定电炉钢成本竞争力的主要因素为废钢价格，其次为石墨电极消耗及价格，最后为电耗及电价。
⑵环保政策倾向电炉短流程，随着全国碳排放权交易市场逐步完善，电炉短流程炼钢竞争力将增强。随着全国碳排放权交易市场逐步完善，电炉短流程工艺将迎来发展机遇期，需持续关注国家碳排放相关政策。
⑶从降低电炉钢成本的角度看，电炉发展方向将是融合转炉部分功能的电转炉工艺。随着近年电炉炼钢技术的推陈出新，电炉生产电耗、电极消耗及冶炼周期都有长足进步，电炉转炉化趋势日益明显，无论是配加铁水冶炼、强化供氧，还是增加底吹功能等强力降低能耗的措施，都已融合转炉工艺技术。
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