电弧炉和中频炉的经济与环境效益分析

黄亮

摘要：通过对某钢铁企业实际生产状况的研究，对电弧炉和中频炉的投资、能耗、生产状况及经济和环境效益等方面进行了对比分析和总结。

关键词：电弧炉；中频炉；经济效益；环境效益

中图分类号：X196

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08009802

1 引言

目前，在我国特殊钢、重机以及普通铸锻行业均主要采用电弧炉粗炼钢水加炉外精炼的传统方法生产合金钢、优质碳素钢和大型铸锻件，而当前电弧炉冶炼的问题主要在于电级、金属原材料烧损量大，有害气体和颗粒物排放量多。相对而言，中频炉采用感应方法加热，可以达到清洁熔炼的效果[1，2]。某钢铁企业同时建设有电弧炉和中频炉的生产设施，针对该企业具体情况，对电弧炉和中频炉的投资、能耗和环保等方面进行了分析与总结。

2企业基本情况

2.1 冶炼设备情况

企业拥有1台100 t电弧炉，1台20 t中频感应炉，2台100 tLF钢包精炼炉，2座100 tVD处理工位，可生产100 t以上大型钢锭。此外，企业还有1台20 t中频感应炉，1台25 tLF钢包精炼炉，1座30 tVD处理工位，可生产20 t以下钢锭。

2.2 钢锭制备工艺

根据企业设备情况，形成了三条优质钢锭生产工艺流程。

第一条工艺流程：100 t电弧炉→100 tLF钢包精炼炉→100 tVD真空工位→优质钢水→浇注钢锭（大气下注和真空浇注）。主要生产20～200 t钢锭。

第二条工艺流程：20 t中频感应炉→25 tLF钢包精炼炉→30 tVD真空工位→形成优质钢水→浇注钢锭。主要生产20 t以下钢锭。

第三条工艺流程：20 t中频感应炉（高合金钢水）+100 t电炉钢水→100 tLF钢包精炼炉→100 tVD真空工位→优质钢水→浇注钢锭。

3 电弧炉和中频炉工艺对比分析

3.1 设备基本参数对比

企业现有电弧炉较中频炉相比，由于炉型不同，其生产能力和功率均远大于中频炉，生产过程中的维护维修费用和电费也远高于中频炉，设备基本参数的数据对比见表1。

3.2 操作过程的辅材和能源消耗对比

电弧炉在生产过程中，除 t钢电耗和 t钢炉衬消耗成本较中频炉低外，其废钢收得率和除尘动力及耗材费用均远高于中频炉；中频炉在生产过程中由于没有吹氧工艺，因此不存在电极、氧气及辅助材料的消耗， t钢生产成本要远低于电弧炉[3]。经计算， t钢生产成本中频炉比电弧炉要低433～533元，详细参数对比见附表2。

3.3 环境效益对比

电弧炉影响环境的根本原因是其加热熔化废钢的方式。它是在炉内利用电能作为热源进行冶炼的，首先通过电极向炉内输送电能，然后电极与炉料发生作用产生电弧来升高炉内温度。由于熔炼时操作功率较大，电极周围被加热的钢水温度较高，在电弧炉氧化期操作中，钢水氧化严重，产生大量粉尘、烟气、废渣、噪音、费水等污染，影响环境。电弧炉的高温电弧引发强烈的燃烧、氧化和气化，产生的烟气量极大，通常达到3000～5000 m3/ t，而中频炉由于不含吹氧工艺过程，废气量大大降低，一般只有1000 m3/ t，为电弧炉的1/3以下，并且烟气中粉尘浓度也大大降低。因此环保处理成本低，容易达到环保排放的标准[4]。

4 企业中频炉生产情况

4.1 总体概况

传统中频炉生产，主要作为铸造等熔化设备，尤其生产地条钢。因此，造成中频炉不能炼好钢的不好印象。企业2011年5月投产，每月6000 t上下，最高7500 t，都是采用中频炉→精练炉→真空工位处理→优质钢锭，钢锭总量已超过20万 t，给企业增加了可观的经济效益。产品用于大型机械装备、风电、船舶、石油工业、工模具、锅炉等。采用特殊工艺，可以实现低P、低C钢生产。

4.2 中频炉制备的优质钢锭检测结果

4.2.1 化学成分

由于传统中频炉不能进行脱磷操作，因此钢种的化学成分除了对钢中磷含量有特别低要求，其余元素成分都可以通过优选废钢量而实现。显然，这是中频炉与电弧炉制备钢锭时的主要不同之处。

4.2.2 夹杂物级别

钢锭是锻件的坯料，而锻件将会最终成为工业装备中关键部件，因此，为了使锻造产品在服役过程中性能稳定，一般对锻件中夹杂物等级进行了明确的规定，较为严格的钢中非金属夹杂物等级，一般要求A、B、C、D、Ds低于1.5级[5]（表3）。

实际生产中发现，采用中频炉或电弧炉两种生产钢锭工艺都能满足以上对钢中非金属夹杂物等级要求。钢水中夹杂物主要在精炼过程中去除，而这两种工艺中，后续精炼工艺一致，因此可获得钢中同样的夹杂物水平。

4.2.3 气体含量

钢水中的气体排出主要有两个环节，一是电弧炉氧化阶段；二是真空工位处理。在生产过程中发现，虽然中频炉生产钢锭工艺中缺少电弧炉氧化排气阶段，但经20 t真空工位处理后，可获得与电弧炉同一水平的钢水中气体含量。因此两种工艺，都能满足钢水中对气体含量的要求。

4.2.4 性能、探伤

经2011年至今20万t以上钢锭锻后产品检测，其性能指标及探伤结果都能够满足产品检测要求，因此中频炉与电弧炉生产钢锭都能达到产品质量要求。

4.3 生产品种

电弧炉能生产的钢种，传统中频炉也能生产，除了钢种中对磷含量有特别低要求外。中频炉生产的典型品种：P92、P91、H13、st52.4（柴油发动机油管用）、齿轮类18CrNiMo7、38CrMoAl、风机轴34CrNiMo等，这些钢种都被用在关键装备领域[6]。

5 结语

与100t电弧炉相比，20 t中频炉在企业的生产中有以下优点。

（1）可以满足20 t以下优质钢锭的生产，并且比电弧炉生产钢锭更具有成本低的优势；

（2）20 t中频炉生产过程比电弧炉更清洁，污染排放量小，因此除尘环保设备投资及运行成本低，现场环境明显优于100 t电弧炉；

（3）20 t中频炉设备运行正常，且国内优质合金废钢料较为充足，可满足正常生产需要，并实现大规模的生产。

参考文献：

[1]李士琦，郁 健，李京社.电弧炉炼钢技术进展[J].中国冶金，2010（4）：1～7.

[2]李 峰，刘润藻，李士琦.电弧炉炼钢技术的国内外现状及发展趋势[J].宽厚板，2003，9（6）：1～8.

[3]耿振伟，安 杰，李忠伟.30t中频炉的生产实践[J].工业加热，2014，43（5）：63～65.

[4]罗建中，张新霞，凌定勋.钢铁厂废气污染控制措施[J].环境技术，2002（2）：45～47.

[5]姜钧普，崔 萍.国内外废钢供求分析與对策[J].河南冶金，2004，12（1）：3～6.

[6]潘宏涛，吕 明.中频感应炉的炼钢特性分析[J].工业加热：2015，44（1）：18～20.

Abstract： Through studying on the production status of one steel mill in south China， the investment， energy consumption， production status and economic and environmental benefits of electric arc furnace and medium frequency induction furnace are analyzed and summarized.

Key words： electric arc furnace；medium frequency induction furnace；economic and environmental benefits