电炉与转炉冶炼特殊钢优劣分析

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近年来，面对我国废钢资源的日益短缺，优质废钢价格和用电成本居高不下的现实，我国以电弧炉作为主要冶炼工艺的特殊钢企业也开始致力于研究用转炉冶炼特殊钢的工艺技术。目前，国外用转炉生产的特殊钢已占特殊钢总量的60%左右（日本更高，约占70%）。特殊钢中的主要钢种如：轴承钢、齿轮钢、弹簧钢以及冷镦钢等均可采用“高炉供热铁水→转炉+二次精炼→连铸→连轧”工艺生产。目前，我国重点普钢企业的转炉都已配备了RH和LF等二次精炼手段，而且已有相当比例的优特钢产品被普钢企业以低成本、低价格的绝对优势所占领。在未来钢铁工业的发展中，科学合理地选择特钢冶炼工艺流程是每个企业都非常关注的课题。


1、特殊钢生产工艺
　　目前，特殊钢生产工艺流程主要有3种：
　　（1）电炉流程：电炉→二次精炼→连铸→轧制。
　　（2）转炉流程：高炉→铁水预处理→转炉→二次精炼→连铸→轧制。
　　（3）特种冶金：真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等→锻造或轧制。


　　由于早期特殊钢大都采用电炉冶炼，习惯上形成了特殊钢厂就是电炉钢厂，特殊钢一定要用电炉冶炼，而电炉一定要生产特殊钢才够水平，才可以有好的经济效益。这主要是由于早期电炉炼钢的特点和特殊钢本身产品特点决定的。电炉炼钢是依靠电能感应的物理热进行冶炼的，可在炉内熔化大量合金和废钢铁，这样电炉钢在合金化等方面较转炉炼钢有一定的优越性。但其缺点是冶炼周期长、生产效率低、电价昂贵、成本高的炉容小等。又由于特殊钢产品有合金含量高、多品种、小批量和附加值高等特点，因此早期用电炉冶炼特殊钢达到了扬长避短之目的，但同时人们也一直认为转炉主要是用来冶炼普通钢的。


　　 随着社会废钢资源的积累，直接还原技术的开发，电力工业的发展，电炉炼钢技术（大容积电炉、超高功率电炉等）、铁水预处理和炉外精炼技术的飞速发展，电炉钢厂越来越多地转向生产普通钢，而转炉钢厂越来越多地生产特殊钢。


2、电炉与转炉生产流程的优劣势分析
　　铁水预处理及二次精炼技术的发展，使得转炉流程在特殊钢生产方面发挥了重要的作用。转炉流程生产特殊钢技术首先是由日本开发的。日本于1957年引进氧气转炉技术，1961年使用转炉生产特殊钢28万t，占当时特殊钢产量的10%；1967年生产156万t，占23%；1971年生产528万t，占51%；1985年产量达1200万t，近年来一直保持在1000万t以上的水平，占特殊网产量的70%左右。



2.1 电炉流程的优劣势
　　 ①电炉炼钢配以LF/VD二次精炼生产特殊钢的优势在于使用化学性质为中性的电弧作为热源，冶炼过程中加热与化学反应相互独立，从而保证了工艺的灵活性。又由于允许加入较多数量的合金，因而在生产高合金钢方面具有更明显的优势。电炉炼钢工艺适合于生产小批缇、多品种、合金含量较高的钢种。
    　②由于电炉加热钢水时会使熔池增碳，而电炉冶炼过程成分控制较为容易，故其优势钢类为中、高碳钢和高合金钢。由于电弧区钢液吸氮，因而难以生产氮含量低的产品。
    　③电弧加热炉料时，产生的物理热大部分被包围在炉料中，而且带走的热损失少，所以热效率比转炉炼钢法要高。但使用小容量的电弧炉生产特殊钢的首要问题在于无法配置有效的二次精炼手段；其次是装备水平难以提高，影响了成分和温度的精确控制；第三是由于出钢量小，炉间成分波动范围大。
   　 ④消耗高、生产成本高。现代大型超高功率电炉技术的不断完善，基本解决了上述问题。



2.2 转炉流程的优劣势
　　①铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢。
    　②采用铁水预处理工艺，进一步提高铁水纯净度：[S]≤0.005%，[P] ≤0.01%。
    　③氧气转炉炼钢配以RH二次精炼的工序优势在于极高的生产速率和优异的纯净度，因而适于低碳/超低碳、低残余元素的钢种，尤其是批量很大、合金含量较低的钢种。
    　④转炉的终点控制水平高，渣钢反应比电炉更接近平衡。
    　⑤转炉钢水的气体含量低，N≤20ppm，H≤3ppm。
    　⑥由于冶炼过程所需的能量依靠钢中易氧化元素与氧作用而释放的化学能供应，因而温度控制与冶金过程密切相关，工艺灵活性较差。
  ⑦转炉冶炼周期短，生产效率高，易于与精炼、连铸形成高效化生产。
  ⑧转炉与LF炉匹配，可灵活生产高、中碳及含有一定合金量的低合金钢。
  　⑨转炉冶炼是采用化学热和物理热，富裕热量只能熔化10%-15%废钢或合金，故不适宜冶炼高合金钢，尤其不适宜炼合金工具钢，难熔钨铁等高熔点合金。

铸造小猫

个人感觉随着钢产量的累积，未来肯定会从高炉铁水转型到大比例废钢来炼钢，这是需要解决的技术问题