電爐與轉爐冶煉特殊鋼優(yōu)劣分析
近年來(lái)，面對我國廢鋼資源的日益短缺，優(yōu)質(zhì)廢鋼價(jià)格和用電成本居高不下的現實(shí)，我國以電弧爐作為主要冶煉工藝的特殊鋼企業(yè)也開(kāi)始致力于研究用轉爐冶煉特殊鋼的工藝技術(shù)。目前，國外用轉爐生產(chǎn)的特殊鋼已占特殊鋼總量的60%左右（日本更高，約占70%）。特殊鋼中的主要鋼種如：軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼以及冷鐓鋼等均可采用“高爐供熱鐵水→轉爐+二次精煉→連鑄→連軋”工藝生產(chǎn)。目前，我國重點(diǎn)普鋼企業(yè)的轉爐都已配備了RH和LF等二次精煉手段，而且已有相當比例的優(yōu)特鋼產(chǎn)品被普鋼企業(yè)以低成本、低價(jià)格的絕對優(yōu)勢所占領(lǐng)。在未來(lái)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展中，科學(xué)合理地選擇特鋼冶煉工藝流程是每個(gè)企業(yè)都非常關(guān)注的課題。
1、特殊鋼生產(chǎn)工藝
目前，特殊鋼生產(chǎn)工藝流程主要有3種：
（1）電爐流程：電爐→二次精煉→連鑄→軋制。
（2）轉爐流程：高爐→鐵水預處理→轉爐→二次精煉→連鑄→軋制。
（3）特種冶金：真空感應熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔、電子束熔煉、等離子熔煉等→鍛造或軋制。
由于早期特殊鋼大都采用電爐冶煉，習慣上形成了特殊鋼廠(chǎng)就是電爐鋼廠(chǎng)，特殊鋼一定要用電爐冶煉，而電爐一定要生產(chǎn)特殊鋼才夠水平，才可以有好的經(jīng)濟效益。這主要是由于早期電爐煉鋼的特點(diǎn)和特殊鋼本身產(chǎn)品特點(diǎn)決定的。電爐煉鋼是依靠電能感應的物理熱進(jìn)行冶煉的，可在爐內熔化大量合金和廢鋼鐵，這樣電爐鋼在合金化等方面較轉爐煉鋼有一定的優(yōu)越性。但其缺點(diǎn)是冶煉周期長(cháng)、生產(chǎn)效率低、電價(jià)昂貴、成本高的爐容小等。又由于特殊鋼產(chǎn)品有合金含量高、多品種、小批量和附加值高等特點(diǎn)，因此早期用電爐冶煉特殊鋼達到了揚長(cháng)避短之目的，但同時(shí)人們也一直認為轉爐主要是用來(lái)冶煉普通鋼的。
隨著(zhù)社會(huì )廢鋼資源的積累，直接還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)，電力工業(yè)的發(fā)展，電爐煉鋼技術(shù)（大容積電爐、超高功率電爐等）、鐵水預處理和爐外精煉技術(shù)的飛速發(fā)展，電爐鋼廠(chǎng)越來(lái)越多地轉向生產(chǎn)普通鋼，而轉爐鋼廠(chǎng)越來(lái)越多地生產(chǎn)特殊鋼。
2、電爐與轉爐生產(chǎn)流程的優(yōu)劣勢分析
鐵水預處理及二次精煉技術(shù)的發(fā)展，使得轉爐流程在特殊鋼生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要的作用。轉爐流程生產(chǎn)特殊鋼技術(shù)首先是由日本開(kāi)發(fā)的。日本于1957年引進(jìn)氧氣轉爐技術(shù)，1961年使用轉爐生產(chǎn)特殊鋼28萬(wàn)t，占當時(shí)特殊鋼產(chǎn)量的10%；1967年生產(chǎn)156萬(wàn)t，占23%；1971年生產(chǎn)528萬(wàn)t，占51%；1985年產(chǎn)量達1200萬(wàn)t，近年來(lái)一直保持在1000萬(wàn)t以上的水平，占特殊網(wǎng)產(chǎn)量的70%左右。
2.1 電爐流程的優(yōu)劣勢
①電爐煉鋼配以L(fǎng)F/VD二次精煉生產(chǎn)特殊鋼的優(yōu)勢在于使用化學(xué)性質(zhì)為中性的電弧作為熱源，冶煉過(guò)程中加熱與化學(xué)反應相互獨立，從而保證了工藝的靈活性。又由于允許加入較多數量的合金，因而在生產(chǎn)高合金鋼方面具有更明顯的優(yōu)勢。電爐煉鋼工藝適合于生產(chǎn)小批緹、多品種、合金含量較高的鋼種。
②由于電爐加熱鋼水時(shí)會(huì )使熔池增碳，而電爐冶煉過(guò)程成分控制較為容易，故其優(yōu)勢鋼類(lèi)為中、高碳鋼和高合金鋼。由于電弧區鋼液吸氮，因而難以生產(chǎn)氮含量低的產(chǎn)品。
③電弧加熱爐料時(shí)，產(chǎn)生的物理熱大部分被包圍在爐料中，而且帶走的熱損失少，所以熱效率比轉爐煉鋼法要高。但使用小容量的電弧爐生產(chǎn)特殊鋼的首要問(wèn)題在于無(wú)法配置有效的二次精煉手段；其次是裝備水平難以提高，影響了成分和溫度的精確控制；第三是由于出鋼量小，爐間成分波動(dòng)范圍大。
④消耗高、生產(chǎn)成本高?，F代大型超高功率電爐技術(shù)的不斷完善，基本解決了上述問(wèn)題。
2.2 轉爐流程的優(yōu)劣勢
①鐵水的純凈度和質(zhì)量穩定性均優(yōu)于廢鋼。
②采用鐵水預處理工藝，進(jìn)一步提高鐵水純凈度：[S]≤0.005%，[P] ≤0.01%。
③氧氣轉爐煉鋼配以RH二次精煉的工序優(yōu)勢在于極高的生產(chǎn)速率和優(yōu)異的純凈度，因而適于低碳/超低碳、低殘余元素的鋼種，尤其是批量很大、合金含量較低的鋼種。
④轉爐的終點(diǎn)控制水平高，渣鋼反應比電爐更接近平衡。
⑤轉爐鋼水的氣體含量低，N≤20ppm，H≤3ppm。
⑥由于冶煉過(guò)程所需的能量依靠鋼中易氧化元素與氧作用而釋放的化學(xué)能供應，因而溫度控制與冶金過(guò)程密切相關(guān)，工藝靈活性較差。
⑦轉爐冶煉周期短，生產(chǎn)效率高，易于與精煉、連鑄形成高效化生產(chǎn)。
⑧轉爐與LF爐匹配，可靈活生產(chǎn)高、中碳及含有一定合金量的低合金鋼。
⑨轉爐冶煉是采用化學(xué)熱和物理熱，富裕熱量只能熔化10%-15%廢鋼或合金，故不適宜冶煉高合金鋼，尤其不適宜煉合金工具鋼，難熔鎢鐵等高熔點(diǎn)合金。
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