钢铁冶炼工艺的长流程与短流程对比分析
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长流程和短流程是两种典型的钢铁冶炼工艺,其中高炉+转炉、电弧炉分别是长流程和短流程的核心设备。原料上,长流程采用铁矿石和冶金焦冶炼铁水短流程采用废钢为主要原料。在经济成本上,电弧炉的建设成本较低,吨钢生产的边际成本较高。
1、 长流程、短流程具体工艺介绍
长流程炼钢工艺的源头从铁矿石、原煤开始,高炉和转炉是关键的设备。主要炉料有:原煤、铁矿石、生石灰、废钢、萤石(CaF2)。原煤经过洗煤、配煤后高温干馏,释放出挥发成分后得到冶金焦炭铁矿石通过研磨磁选成铁精粉,然后以生石灰为溶剂烧结成烧结矿或者加工成球团矿(二者酸碱性不同,按比例使用中和炉内酸碱性)。以上原料加入高炉后冶炼得到碳含量4%以上的液态铁水。高炉铁水经过氧气转炉吹炼配以精炼炉得到合格钢水。钢水经过浇铸连续浇铸或模铸成为钢坯或钢锭,再经过轧制工序最后成为钢材。
短流程炼钢工艺的源头主要是废钢和少量铁水。废钢经简单加工破碎或剪切、打包后装入电弧炉中(避免废钢中有密闭空间引起爆炸),利用石墨电极与废钢之间产生电弧所发生的热量来熔炼废钢,并配以精炼炉完成脱气、调成份、调温度、去夹杂等功能,得到合格钢水,后续轧制工序与长流程基本相同。
2、 长流程、短流程优劣对比
电弧炉炼钢的优点:(1)炉内电弧区温度能精准调控,最高达到3000℃以上,可以冶炼难熔合金原料。(2)炉体维护成本较低,容积较小,可以满足小批量特种钢的生产需要。(3)主要采用废钢为原料,电力为能源,对于厂区所在的环境较为友好。
电弧炉炼钢的缺点:(1)冶炼周期较长,平均出钢时间为50分钟以上。炉体容积较小,不利于大规模批量生产。(2)铁水质量受废钢质量的影响较大。(3)目前国内发电的主要来源是火力。电炉的大规模使用间接对环境造成影响,并且给当地供电造成较大负担。
高炉+转炉炼钢的优点:(1)高炉原料主要采用铁矿石。铁水通过转炉后铁水的纯度较高。(2)高炉容积较大,平均出钢为20分钟左右,适合大批量生产。(3)高炉内的热源主要依靠原料反应放热,无需外部能源接入。
高炉+转炉炼钢的缺点:(1)高炉最高温度只能达到2000℃左右,无法冶炼难熔合金原料。(2)炉体面积大,运营维护成本高,不利于小批量特种钢材的生产。