世界钢铁生产工艺经过长期发展和选择，空气转炉和平炉炼钢方法已被淘汰，只剩下两种主要工艺：以高炉-氧气转炉炼钢工艺为核心的钢铁复合生产工艺，即高炉-氧气转炉炼钢工艺。即，长流程；以废钢-电炉炼钢为中心的“小钢厂”的钢铁生产流程，即短流程。预计到本世纪中叶，根据社会资源结构、环境承受能力和技术进步程度，长过程和短过程将相互渗透、并列发展。短流程会比长流程有更广阔的发展空间，直到两个流程最终合而为一。在最佳点达到平衡。

如果说平炉代替了空气转炉，氧气转炉连铸工艺代替了平炉和模铸工艺，电弧炉的短流程与转炉的长流程并存并部分被替代。取而代之的是，这是钢铁行业的三大革命。然后随着电弧炉向转炉的转变，转炉随着电弧炉的不断发展及其炉料、能源、工艺、功能、经济性等结构的进一步趋同，除电弧炉的短流程和转炉的长流程必然出现，或者两者将融为一体。可能还有第三种，就是钢铁工业的第四次或第五次革命一定会到来。

1钢铁加工技术的演变

1855年，英国人贝塞麦向铁水中吹入空气，成功熔炼出第一炉钢，结束了半固态炼钢的历史，为现代钢铁生产奠定了基础。

1856年，英国西门子公司使用蓄热室，为建造平炉奠定了基础。 1864年，法国人马丁利用带有蓄热室的火焰炉，成功地用废钢和生铁冶炼了钢水。从此，发展了平炉炼钢法。在欧洲一些国家，平炉被称为西门子-马丁炉或马丁炉，即是以煤气、天然气或重油为燃料，对生猪等原料进行熔化和精炼的炼钢方法。铁和废钢在燃烧火焰直接加热下变成钢水。与空气转炉相比，该方法具有以下特点：①可大量利用废钢，生铁与废钢的配比灵活； ②对铁水成分的要求不像转炉那么严格，转炉无法使用的普通生铁都可以使用； ③可冶炼的钢种比转炉多，质量也好。因此，碱性平炉炼钢法自问世以来，被各国广泛采用，成为世界上主要的炼钢方法。从1930年到1960年的30年间，世界年钢产量的近80%是平炉钢。

更换平炉的主要原因是熔化的固体废钢的导热面积极小，一次能源的利用率很低（此时电能的利用率为高的）。由于氧气转炉反应速度快、热效率高、氮含量低，还可使用近30%的废钢，可将冶炼时间缩短至传统平炉炼钢方法所需时间的近20% ，从而大大提高了炉子效率。 ，但所需的建设成本并没有相应增加。因此，平炉从20世纪60年代开始逐渐失去其主要地位，并逐渐被取代。

短流程的兴起不仅与钢铁生产工艺装备的技术进步和电力资源丰富有关，也与美国钢铁工业的发展战略密不可分。如前所述，战后30年美国钢铁工业现代化落后，跟不上技术进步的步伐。钢材品种和质量存在较大差距。 1960年左右，随着平炉的逐步淘汰，出现了将电炉（当时用于生产少量特殊钢）与连续式等新技术相结合的简单高效的小型钢厂，即小流程钢厂。铸件。 1973年至1974年，美国钢材交货量为1.08亿吨，低于表观消费总量1.196亿吨。鉴于这种情况，到了20世纪80年代中期，美国钢铁工业进行现代化调整和优化结构，决定投入大量资金新建小型电炉钢厂，以迅速提高产能。同时，对能源消耗高、原材料消耗高、操作环节多、环境污染大、劳动密集型生产环节的投资将减弱，初级冶金产品和炼钢原料甚至将被放置国外。

随着20世纪80年代初薄板坯连铸技术的出现，一度被广泛认为超出小钢厂生产范围的扁钢产品在小钢厂生产中变得具有竞争力，打破了高炉转炉的一统天下。板材的加工生产。情况。

2 钢铁生产长短流程技术分析

平炉炼钢法已被淘汰废钢预热连续加料工艺，现在长流程和短流程并存和发展。漫长的过程就是将铁矿石在高炉中冶炼成铁水，然后冶炼成钢，最后浇铸成钢坯。短流程的主要技术进步是可以省去高炉炼铁工艺的巨额投资，以废钢（或直接还原铁）为原料，在电炉中炼出钢水，浇铸成一个钢坯。这样可以消除钢铁生产中巨大的投资部分，即炼铁高炉，还可以节省铁矿石、煤炭和焦炭的供应。同时可以减少能源消耗，避免焦化带来的大量污染，降低生产成本。它可以建在钢铁用户区域内。一般来说，小流程小钢厂不是联合企业，因此其生产方式比长流程钢铁联合企业更加灵活。

2.1 钢铁生产长、短流程技术比较

(1)功能。转炉：脱碳器、加温器、能量转换器；电炉：废料熔化器、加温器、能量转换器、废物处理器（如塑料、轮胎等）。

(2)能源构成和消费。转炉：铁水物理热+碳氧反应化学热；电炉：电能+化学热（碳氧反应、氧气燃烧器等）+物理热（预热废钢、加入铁水）。与废钢-电炉-钢水和高炉-转炉-钢水两种工艺相比，前者的总能耗仅为后者的50%。

(3)原材料。转炉：主要是高炉铁水+固体含铁物料；电炉：主要是固体含铁物料（目前我国添加了一些高炉铁水）。

(4)钢材质量。转炉和电炉冶炼的钢种几乎相同（只是含有耐火合金），电炉钢比转炉钢残留元素多。由于早期的特钢大多采用电弧炉冶炼，因此习惯上将特钢厂称为电炉钢厂。特殊钢必须用电炉冶炼，电炉必须生产出足够水平的特殊钢才能取得良好的经济效益。这主要是由于早期电炉炼钢的特点和特钢本身的产品特点决定的。早期采用电弧炉制造特殊钢达到了扬长避短的目的。同时，人们一直认为转炉主要用于生产普通钢材。随着社会废钢资源的积累、直接还原技术的发展、电力工业的发展，电弧炉炼钢技术（大容量电炉、超高功率电炉等）迅速发展。 ）和炉外精炼技术，电炉钢厂越来越多地生产普通钢，而转炉钢厂越来越多地生产特殊钢。电炉炼钢和转炉炼钢两种方法，无论是特钢还是普通钢，在质量和经济性上都越来越接近。

(5)过程连接。转炉比电炉冶炼周期短，与连铸衔接较好。电炉比转炉具有更好的生产灵活性。

(6)成本。生产成本取决于当前废钢资源、电价等。在我国，转炉的生产成本低于电炉。随着社会工业化的发展、社会废钢资源的增长和炼焦煤资源的限制、直接还原铁技术的进步以及政府节能减排管理体系的进一步加强，短流程生产成本将持续下降。相对减少。

（七）环境保护。转炉工艺的焦化和烧结过程加剧了环境污染，而电炉工艺有效地部分改善了环境污染问题。

2.2 短流程与长流程的优点及问题

流程短的优点：温度高、易于精确控制温度和成分、热效率高、能够控制炉内气氛等；与转炉炼钢相比，可以使用更多的固体炉料，不像转炉需要热铁水，自然不需要庞大的炼铁和焦化系统；电弧炉可间歇生产，还可满足各种小批量、特殊规格、品种、高合金含量钢种的需要。是一种灵活的炼钢方法；可保证冶炼含磷、低硫、低氧的优质钢；可与多种元素（包括铝、钛等易氧化元素）合金化，冶炼各类优质钢和合金钢，也用于冶炼普通钢。

短流程存在的问题：电弧电离空气和水蒸气，生成H2和N2，如果它们进入钢水中，会影响钢水质量；电弧为点热源，炉内温度分布不均匀。熔池平静时，钢水各部位温度变化较大；由于在电炉中加热钢水会增加熔池中的碳量，因此其优势钢种是中碳钢和高碳钢。由于弧区钢水吸收氮，很难生产低氮含量的钢材；目前生产成本较高。

长流程的优点：生产效率高、消耗低、生产成本低；铁水的纯净度和质量稳定性优于废钢；采用该铁水预处理工艺，可进一步提高铁水纯度：[S]≤0.005%，[P]≤0.01%；配置RH精炼可达到极高的生产率和优异的纯净度，因此适用于低碳/超低碳、低残留元素钢种，特别是大批量、低合金含量品种的钢种；终点控制水平高，渣钢反应比电炉更接近平衡；钢水含气量低，N≤20ppm，H≤3ppm。

流程长的问题：需要热铁，必然需要庞大的铁、燃烧和焦化系统，投资巨大，污染严重等；由于它仅依靠钢中易氧化元素释放的化学能和氧气来供给熔炼，工艺灵活性较差；由于没有有效的二次精炼方法，用小型转炉（30t以下）生产特殊钢比较困难。

2.3 电炉炼钢技术进展

连铸的发展，使传统炼钢工艺转变为连续化生产。因此，要求炼钢周期短。氧气转换器正好满足了这个要求。因此，氧气转炉钢比平炉、电炉具有绝对优势，并且具有经济效益。显著地。提高电炉冶炼速度、缩短从出钢到出钢的时间、匹配连铸节奏等已成为电炉发展的核心问题。近年来，围绕缩短冶炼周期的总体目标，发展了许多电炉炼钢技术。

熔炼周期（从出钢到出钢的时间）是通电时间和热关断时间之和。通常热停炉时间由修炉时间、装料时间、电极连接时间、测温取样分析时间、出钢时间、设备故障时间等组成。在热停炉时间内，钢水会向外散发热量，这将导致通电时间相应延长。要缩短冶炼周期，必须减少通电时间和热关断时间。

减少通电时间的技术进步是：提高吨钢输入电功率，如超高功率电炉、直流电炉、高阻抗或变阻抗交流电炉；提高电效率和功率因数，如优化电炉供电系统和短网结构、采用导电横臂、长弧操作、吹氩搅拌等；提供化学热源，如二次燃烧、氧气燃烧器、碳氧喷枪、底吹氧气、外加热铁水技术等；提供物理热源，如废钢预热、加热热铁水适量的显热等；优化工艺，如采用二次精炼、氧化还原期分开、偏心底部出钢等。

减少热停炉时间的技术有：采用修炉机械、清渣门机械、快速测温采样分析设备、机械化加料系统和连续加料方式；采用废钢加工技术，保证料堆比重，减少上料次数；提高生产组织和管理能力；提高设备运行和维护水平；确保机电设备的可靠性。

3 我国电炉工艺存在的问题及发展

近30年来，中国钢铁工业快速发展。我国钢产量从新中国成立时的15.8万吨、“一五”五年（1957年）的535万吨，增加到1996年的10120万吨（占世界钢产量的10%）。钢材产量）。 13.5%），首次成为全球钢铁产量第一大国。 2007年，中国钢铁产量为4.89亿吨，占世界钢铁产量的36.4%，约为第二大生产国日本、第三大生产国美国和俄罗斯钢铁产量总和的1.7倍。第四大生产国。我国电炉钢产量占钢铁总产量的比重，从1983年到1994年的12年间，一直徘徊在20%到30%之间。1995年到2007年的13年间，总体趋势是逐渐下降，从19%到20%。 9%，这与世界电炉钢逐年增加的发展趋势恰恰相反。例如，2006年各国电炉钢产量占该国钢铁总产量的比例为：美国56.9%、印度50.5%、韩国45.7%、德国31.1%、日本26%。日本为10.5%，中国为10.5%。

3.1 问题

电炉未能占领平炉失去的地盘，也未能通过提高电炉产量来弥补淘汰平炉后损失的产量。相反，它增加了转换器过程的输出。

现代电炉技术还不够。 ①传统电炉退出缓慢。传统电炉冶炼周期长、体积小，无法与连铸机配套。早期特钢连铸技术也处于转型期。因此，传统的小型电炉+模具铸造工艺已难以支撑。 ②早期，超高功率电炉靠东拼西凑艰难求存。 20世纪80年代和90年代初一些特钢厂引进的超高功率电炉存在容量仍然较小（50-60t）、冶炼周期仍然较长（80-90min）等诸多问题。当时，特钢连铸技术还没有完全通过考验。连铸机引进滞后于电炉，导致连铸机无法匹配，无法实现多炉连铸。 ③现代电炉技术落后。 20世纪90年代中后期推出的超高功率电炉也存在技术滞后、缺乏创新技术的问题。同时，现代大型电炉的发展速度跟不上落后小型电炉的淘汰，转炉填补了空白。

生产成本仍然很高。我国是发展中国家，工业化进程短，社会废钢资源不足。此外，钢铁制造工艺的技术进步，导致自产废钢量持续减少。与此同时，废钢进口量也相应下降。因此，我国废钢资源供不应求，价格居高不下。电炉钢成本的15%来自于电费。国内电力资源紧张，电费明显高于国外发达国家。大批量生产高质量、低成本的直接还原铁还需要一段时间。

3.2 我国电炉工艺未来发展

电炉钢产量的增加不仅需要社会废钢资源的增加、电价的下降和更高的环保要求，而且主要取决于电炉技术的一系列进步。最关键的是出钢与连铸出钢时间的匹配。电炉钢的投资成本和运行成本降低，效益显着提高。未来，随着国家进一步提高能源、资源、环保标准和加强管理，转炉工艺节能减排成本增加，社会废钢等资源积累，转炉工艺的不断进步和完善。电炉工艺装备技术，国家电力部门的市场随着规范化运作，我国电炉短流程技术的发展一定会走出低谷，呈现上升趋势，这与短流程一样工业化国家钢铁产量趋势。预计2020年我国电炉钢占比将达到20%（全球将达到40%），预计到2030年将达到25%~30%（全球将达到50%）。最终长过程和短过程会达到相对平衡。

4钢铁生产工艺技术的未来

未来转炉法与电炉法将长期共存，电炉法将发展更快。那么新的钢铁生产工艺技术会出现吗？结合长、短流程原材料燃料：铁矿石、焦煤、废钢等，能源结构：一次能源、二次能源等，工艺流程的共性和特点，生产成本及现实情况平炉将被淘汰等等，可以预见新的工艺技术必然会出现。如“一次能源-电炉炼钢炉”。

电炉炼钢过程中，废钢加热、废钢熔化、过热三个阶段消耗的能量不同。各阶段消耗的能量比例为加热阶段约70%，熔化阶段约20%，过热阶段约10%。前两个阶段（废钢预热除外）合起来称为熔化期，是指从通电开始到炉料熔化的这段时间，约占整个炉子冶炼时间的一半。由于熔化期的“崩铁”常常损坏电极，因此熔化期的电极消耗占电极消耗的一半以上。可见，加快炉料熔化速度、缩短熔化时间对于提高产量、降低电耗具有重要意义。熔化期经历起弧、熔深、电极上升和熔化完成四个过程。为了提高生产率、缩短熔炼周期，许多采用电炉强化熔炼技术。

第一阶段——废钢加热，固态废钢具有较大的导热面废钢预热连续加料工艺，一次能源即化石能源（煤炭、石油、天然气）比电能更好地熔化废钢电弧的能量。在第三阶段——过热阶段，熔化的废钢表面变得很小，与电弧的电能相比，一次能源利用率很低，比使用电能要好。

现代电炉冶炼工艺与传统电炉冶炼工艺的根本区别在于，电炉只是一个高效熔化器和氧化精炼器，还原期任务是在炉外精炼过程中完成的； “一次能源-电炉炼钢炉”是一种现代化的电炉。冶炼过程的高效熔炼机和氧化精炼机进一步分离。一次能源熔化炉是完成熔化期任务的高效熔化器。电能过热炉是完成氧化期任务的氧化精炼机，即把传统电炉炼钢的三个阶段——熔化阶段、氧化阶段、还原阶段全部分开。 “一次能源-电炉炼钢炉”的特点是大大缩短了从出钢到出钢的时间，节约能源，减少二氧化碳排放，提高废钢产量。