電弧爐（簡(jiǎn)稱 EAF）煉鋼是以電能作為熱源的煉鋼方法，它是靠電極和爐料間 放電產(chǎn)生的電弧，使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒔柚娀≥椛浜碗娀〉闹苯幼饔? 加熱并熔化金屬爐料和爐渣，冶煉出各種成分合格的鋼和合金的一種煉鋼方法。電弧爐煉鋼通過(guò)石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)行煉鋼的方法。電爐鋼以廢鋼為主要原料，有些電弧爐采用直接還原的海綿鐵來(lái)代替部分(30~70%)廢鋼。
電弧爐煉鋼通過(guò)石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)行煉鋼的方法。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對(duì)熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利，發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼。并得到較大的發(fā)展。隨著電弧爐設(shè)備的改進(jìn)以及冶煉技術(shù)的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電爐鋼的成本不斷降低，現(xiàn)在電爐不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來(lái)生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國(guó)家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升(見(jiàn)表)。
2(FeO)+Si─→2【Fe】+(SiO2)
(FeO)+C─→【Fe】+CO↑
這種爐渣的形成時(shí)間較短,脫硫能力強(qiáng)。爐渣呈白色,冷卻后自行碎裂成白色粉末，以此得名。有時(shí)為了提高脫氧能力，在還原開(kāi)始時(shí),先造一個(gè)短時(shí)間的弱電石渣,隨即使之轉(zhuǎn)變?yōu)榘自?/p>
另有火磚渣，用石灰、螢石和廢耐火磚塊造成，是中性渣，主要用于冶煉不銹鋼;特點(diǎn)是加熱快，不易增碳，渣、鋼容易分離，但脫硫能力低。
1900年P(guān)aul Heroult發(fā)明了電弧爐是近代煉鋼電爐的起源，電弧爐煉鋼使用過(guò)炭質(zhì)電極、天然石墨電極，后來(lái)主要用人造石墨電極（簡(jiǎn)稱石墨電極）為導(dǎo)電材料，也是現(xiàn)代電爐煉鋼工業(yè)不可缺少的耐高溫導(dǎo)電材料。石墨電極生產(chǎn)與電爐煉鋼有著密切的聯(lián)系，電弧煉鋼爐的不斷革新對(duì)石墨電極品種的增加、理化性能的提高起到促進(jìn)作用。
1960年下半年|美國(guó)W.E.Schwabe博士主張電爐配備大容量變壓器，和通常的電弧爐比較，由于投入了高密度的電能，生產(chǎn)率上升，電爐煉鋼正式走向大型化。
1971年日本大同特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了爐外精煉法，將電弧爐煉制的功能分在兩臺(tái)電爐中進(jìn)行，即熔化爐和精煉爐。隨后，由于鋼包精煉的普及，在鋼包內(nèi)可以加熱，將還原期移到了LF（氣體攪拌）、ASEA-SKF(感應(yīng)攪拌)等鋼包精煉爐上，這樣的結(jié)果是電弧爐僅僅用來(lái)進(jìn)行熔化和氧化精煉。因此，目前國(guó)內(nèi)外許多轉(zhuǎn)爐煉鋼廠也添置了鋼包精煉設(shè)備，搞起了爐外精煉，進(jìn)行化學(xué)成分及溫度的精確稠整。
鋼包精煉爐也需要使用高功率或超高功率石墨電極，由于每爐精煉操作時(shí)間較短，一般也不吹氧，因此多數(shù)精煉爐消耗電極較少，每噸鋼只消耗石墨電極l kg左右。同樣功率的電弧爐，使用的石墨電極直徑有所不同，電極單耗也有差別。
1980年國(guó)外鋼鐵工業(yè)把煉鋼電弧爐按每噸爐容的變壓器容量分為3類：普通功率電爐（RP爐）、高功率電爐（HP爐）和超高功率電爐（UHP爐）。1980年以后建成的大型電弧爐，其變壓器容量都在550 kVA/t以上。一部分新建的煉鋼電爐的單位爐容的變壓器容量達(dá)到800 kVA以上，個(gè)別電爐達(dá)到1000-1200 kVA。電爐煉鋼擴(kuò)大每噸爐容的變壓器容量，使用HP、UHP操作技術(shù)后，輸入電功率高，縮短了冶煉時(shí)間。但因初期是大電流短弧操作，石墨電極的消耗量上升和冷點(diǎn)殘存冷鋼，所以經(jīng)濟(jì)效果受到一定限制。
交流電弧爐大功率化 通常會(huì)發(fā)生電網(wǎng)沖擊故障，制約了其進(jìn)一步大型化。而直流電弧爐能減輕電網(wǎng)沖擊的故障，作為能輸入大電流的冶煉沒(méi)備而倍受關(guān)注。由于直流爐的變壓器功率是交流爐的2倍，使通常輸入大電流的困難變得容易。直流電弧爐的特點(diǎn)是可以用1根石墨電極（作為陰極）代替交流爐的3根石墨電極，爐底也有電極（陽(yáng)極），但爐底不是使用石墨電極。直流電弧爐的石墨電極消耗比交流電弧爐低得多，約為交流爐的40%-60%，每噸鋼消耗石墨電極1.0-1.3 kg。大電流操作要求石墨電極具有高的抗熱震性能、低電阻率和熱膨脹系數(shù)。直流電弧爐對(duì)石墨電極的理化性能提出更加苛刻的要求。
一、電弧爐鋼行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
電弧爐煉鋼是以廢鋼鐵為主要原料、以電為能源進(jìn)行煉鋼的一種工藝，在鋼鐵生產(chǎn)中屬于短流程工藝，以區(qū)別于使用鐵礦石、焦炭的長(zhǎng)流程煉鋼工藝。電弧爐煉鋼的基本工藝包括扒渣補(bǔ)爐、裝入金屬爐料、送電、熔化、氧化、還原精煉和出鋼。
電弧爐煉鋼的主要原料包括金屬料、氧化劑以及造渣材料，金屬料是原料的主要成分，金屬料包括廢鋼、直接還原鐵、鐵水、生鐵等，廢鋼是電弧爐煉鋼的傳統(tǒng)主原料，采用廢鋼為主要原料符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。在歐美等國(guó)，由于廢鋼資源充足，價(jià)格便宜，廢鋼成為了電弧爐煉鋼的主要原料，然而，我國(guó)廢鋼資源匱乏，成本偏高，廢鋼量不能滿足鋼鐵發(fā)展的需求，因此我國(guó)電弧爐煉鋼中廢鋼的使用比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于世界平均水平。廢鋼資源的匱乏也限制了我國(guó)電弧爐煉鋼的發(fā)展。
2012-2021年10月全國(guó)廢鋼進(jìn)口量走勢(shì)圖
目前我國(guó)煉鋼企業(yè)中，轉(zhuǎn)爐煉鋼仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，而電弧爐煉鋼僅僅占煉鋼總量的9%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平，電弧爐煉鋼企業(yè)主要集中在頭部集團(tuán)，并且占比較少，但是相比于高爐—轉(zhuǎn)爐煉鋼，電弧爐鋼所產(chǎn)生了廢氣排放物以及原材料消耗情況都具有明顯優(yōu)勢(shì)，并且復(fù)合我國(guó)工業(yè)發(fā)展的發(fā)展方向，國(guó)家對(duì)于電弧爐鋼的推行政策也在逐步推出，由此可以看出，未來(lái)我國(guó)電弧爐鋼的發(fā)展前景非常可觀，有一定加速上升的推動(dòng)力。
國(guó)內(nèi)外電爐鋼（電弧爐和感應(yīng)爐）產(chǎn)量占煉鋼總量比重對(duì)比
數(shù)據(jù)顯示：2023年全球電爐鋼產(chǎn)量達(dá) 4.71 億噸，我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量 7749 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 52.16%、占全球電爐鋼產(chǎn)量的 16.43%。從歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，2009 年至 2011 年，我國(guó)電爐煉鋼產(chǎn)量處于上升階段，至 2011 年達(dá)到7094.60 萬(wàn)噸，2012~2016年電爐煉鋼產(chǎn)量逐年下降，但同比降幅逐漸縮小，2023年迅猛增長(zhǎng)至7749萬(wàn)噸。
2008-2023年我國(guó)電爐鋼（電弧爐和感應(yīng)爐）產(chǎn)量走勢(shì)圖
2023年我國(guó)電弧爐鋼行業(yè)需求量約7632.8萬(wàn)噸，同比2016年的4889.1萬(wàn)噸增長(zhǎng)了56.12%，近幾年我國(guó)電弧爐鋼行業(yè)需求量情況如下圖所示：
2011-2023年中國(guó)電弧爐鋼行業(yè)需求情況
2011年我國(guó)電弧爐鋼行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模3324億元，隨后幾年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到2015年達(dá)到最低點(diǎn)1165億元，隨后市場(chǎng)規(guī)模反彈，到2023年我國(guó)電弧爐鋼行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了3091億元。
2011-2023年中國(guó)電弧爐鋼行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模情況
二、電弧爐鋼行業(yè)集中分析
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)擁有30噸以上電弧爐的企業(yè)有146家，共計(jì)282座電爐，總公稱容量為1.8萬(wàn)噸，主要分布在江蘇、湖北、四川、廣東、山東等地。其中，在工信部公布的三批《符合鋼鐵行業(yè)規(guī)范條件企業(yè)名單》上的有191座，總?cè)萘?2980噸。也就是說(shuō)，不在名單內(nèi)的電弧爐還有91座，對(duì)應(yīng)的公稱容量約為5000噸，這些電爐是2014年以來(lái)陸續(xù)投產(chǎn)的。
2023年電弧爐粗鋼細(xì)分產(chǎn)品產(chǎn)能集中度
三、電爐煉鋼行業(yè)投資方向
我國(guó)電弧爐煉鋼技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)技術(shù)仍然有很大的差距，提高電爐冶煉效率，優(yōu)化電弧爐煉鋼的生產(chǎn)工藝，從而降低生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗，降低電爐煉鋼生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染等是電弧爐煉鋼的發(fā)展目標(biāo)。
電弧爐煉鋼冶煉效率的提高。電爐煉鋼的高效化生產(chǎn)和高效率冶煉是電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的核心和關(guān)鍵。提高電爐煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，縮短冶煉周期，推進(jìn)我國(guó)電弧爐的高效化生產(chǎn)，進(jìn)而形成系統(tǒng)綜合控制。提高我國(guó)電弧爐的自動(dòng)化操作水平及計(jì)算機(jī)控制管理水平是提高電爐冶煉效率的重要方法。優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低電爐煉鋼能耗。
優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低電爐煉鋼能耗主要體現(xiàn)在以下方面：加強(qiáng)精細(xì)管理與操作，充分利用鋼水中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能和排放廢氣中的物理能，如二次燃燒技術(shù)和廢鋼預(yù)熱技術(shù)；同時(shí)，開(kāi)發(fā)新型電弧爐，同時(shí)高效利用電能。綠色電弧爐冶金。
21世紀(jì)煉鋼技術(shù)的發(fā)展必須從能源消耗、資源的綜合利用以及環(huán)境保護(hù)等幾個(gè)方面之間的相互關(guān)系統(tǒng)籌考慮，即煉鋼技術(shù)的發(fā)展必須合理且高效率地利用冶金能源和自然資源，同時(shí)最大限度地減少和避免環(huán)境污染，發(fā)展綠色冶金。
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