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行，并且在熔化炉料的过程中，通过提前造渣、大量用氧以及吹氧搅动熔池等，通过氧化脱碳和流渣换渣操作，迅速降低钢中的磷和气体、夹杂物含量，缩短冶炼时间。

过去普通功率电弧炉熔炼时间多在4小时以上，而现在的超高功率电弧炉整个冶炼周期仅为70-90min。

电弧炉初炼出的钢液，含氧量很高，而且成分、温度都不符合要求，需要通过钢包精炼来脱氧、调整化学成分和温度，以及尽可能多地去除钢中的非金属夹杂物。

钢包精炼炉简称LF炉，也是通过三相电极向钢包内的钢液通电加热，并且在钢包底部配有透气芯，可向钢液底部通入惰性气体氩气。

通过补加合金调整化学成分，通过沉淀脱氧和造还原渣扩散脱氧不断地降低钢液含氧量和含硫量。

连续的底部吹氩，可促进钢液内部的非金属夹杂上浮去除。

电弧炉和钢包炉所用炉衬材料都是碱性耐火材料，耐浸蚀性好，被卷入钢中形成夹杂物的数量也少。

所以“电弧炉+钢包炉+连铸”（简称EBT+LF+CC）工艺生产的钢产品质量好，且稳定可靠。

电弧炉（EBT）和钢包精炼炉（LF）熔炼示意见图1、图2。

2、中频炉炼钢中频炉全称中频感应电炉，中频炉炼钢又称感应熔炼，它是通过向炉体的感应线圈输入中频电源，在坩埚内形成一个强大的交变磁场，这个强交变磁场使得坩埚内的金属炉料产生感应电流，在自身电阻的作用下逐步发热发红直至熔化。

这种熔炼的优点是金属挥发少，炉料收得率比电弧炉略高，烟气排放也相对较小。

感应熔炼理论上可以进行氧化、还原等各种操作，但这些工艺仅针对那些生产特殊材料、且以镁砂制作碱性坩埚的小炉子（一般3吨以下），而且一般只进行还原操作而不会选择氧化操作。

对于建筑钢材，由于其价格低廉且要求不高，多以石英砂打结坩埚，这样的酸性炉衬，不能够造碱性渣脱硫，所以一般情况下中频炉熔炼仅仅只有一个“化铁水”的功能，没有任何的精炼手段，钢液质量好坏完全取决于炉料条件。

中频感应熔炼示意见图3.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 -70-8- -冶炼用电kwh/t0.7 420 294 560 392 -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/t25 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）。