電弧爐（簡稱 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代替部分(30~70%)廢鋼。
電弧爐煉鋼通過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。隨著電弧爐設備的改進以及冶煉技術的提高，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，而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升(見表)。
2(FeO)+Si─→2【Fe】+(SiO2)
(FeO)+C─→【Fe】+CO↑
這種爐渣的形成時間較短,脫硫能力強。爐渣呈白色,冷卻后自行碎裂成白色粉末，以此得名。有時為了提高脫氧能力，在還原開始時,先造一個短時間的弱電石渣,隨即使之轉變?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;特點是加熱快，不易增碳，渣、鋼容易分離，但脫硫能力低。
1900年Paul Heroult發(fā)明了電弧爐是近代煉鋼電爐的起源，電弧爐煉鋼使用過炭質(zhì)電極、天然石墨電極，后來主要用人造石墨電極（簡稱石墨電極）為導電材料，也是現(xiàn)代電爐煉鋼工業(yè)不可缺少的耐高溫導電材料。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石墨電極品種的增加、理化性能的提高起到促進作用。
1960年下半年|美國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發(fā)了爐外精煉法，將電弧爐煉制的功能分在兩臺電爐中進行，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(感應攪拌)等鋼包精煉爐上，這樣的結果是電弧爐僅僅用來進行熔化和氧化精煉。因此，目前國內(nèi)外許多轉爐煉鋼廠也添置了鋼包精煉設備，搞起了爐外精煉，進行化學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到800 kVA以上，個別電爐達到1000-1200 kVA。電爐煉鋼擴大每噸爐容的變壓器容量，使用HP、UHP操作技術后，輸入電功率高，縮短了冶煉時間。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殘存冷鋼，所以經(jīng)濟效果受到一定限制。
交流電弧爐大功率化 通常會發(fā)生電網(wǎng)沖擊故障，制約了其進一步大型化。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備而倍受關注。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、焦炭的長流程煉鋼工藝。電弧爐煉鋼的基本工藝包括扒渣補爐、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)濟的發(fā)展要求。在歐美等國，由于廢鋼資源充足，價格便宜，廢鋼成為了電弧爐煉鋼的主要原料，然而，我國廢鋼資源匱乏，成本偏高，廢鋼量不能滿足鋼鐵發(fā)展的需求，因此我國電弧爐煉鋼中廢鋼的使用比例遠遠小于世界平均水平。廢鋼資源的匱乏也限制了我國電弧爐煉鋼的發(fā)展。
2012-2021年10月全國廢鋼進口量走勢圖
目前我國煉鋼企業(yè)中，轉爐煉鋼仍然占據(jù)主導地位，而電弧爐煉鋼僅僅占煉鋼總量的9%左右，遠遠低于世界平均水平，電弧爐煉鋼企業(yè)主要集中在頭部集團，并且占比較少，但是相比于高爐—轉爐煉鋼，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，并且復合我國工業(yè)發(fā)展的發(fā)展方向，國家對于電弧爐鋼的推行政策也在逐步推出，由此可以看出，未來我國電弧爐鋼的發(fā)展前景非常可觀，有一定加速上升的推動力。
國內(nèi)外電爐鋼（電弧爐和感應爐）產(chǎn)量占煉鋼總量比重對比
數(shù)據(jù)顯示：2023年全球電爐鋼產(chǎn)量達 4.71 億噸，我國電爐鋼產(chǎn)量 7749 萬噸，同比增長 52.16%、占全球電爐鋼產(chǎn)量的 16.43%。從歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2009 年至 2011 年，我國電爐煉鋼產(chǎn)量處于上升階段，至 2011 年達到7094.60 萬噸，2012~2016年電爐煉鋼產(chǎn)量逐年下降，但同比降幅逐漸縮小，2023年迅猛增長至7749萬噸。
2008-2023年我國電爐鋼（電弧爐和感應爐）產(chǎn)量走勢圖
2023年我國電弧爐鋼行業(yè)需求量約7632.8萬噸，同比2016年的4889.1萬噸增長了56.12%，近幾年我國電弧爐鋼行業(yè)需求量情況如下圖所示：
2011-2023年中國電弧爐鋼行業(yè)需求情況
2011年我國電弧爐鋼行業(yè)市場規(guī)模3324億元，隨后幾年呈現(xiàn)下降趨勢，到2015年達到最低點1165億元，隨后市場規(guī)模反彈，到2023年我國電弧爐鋼行業(yè)市場規(guī)模達到了3091億元。
2011-2023年中國電弧爐鋼行業(yè)市場規(guī)模情況
二、電弧爐鋼行業(yè)集中分析
據(jù)相關統(tǒng)計，目前國內(nèi)擁有30噸以上電弧爐的企業(yè)有146家，共計282座電爐，總公稱容量為1.8萬噸，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，總容量12980噸。也就是說，不在名單內(nèi)的電弧爐還有91座，對應的公稱容量約為5000噸，這些電爐是2014年以來陸續(xù)投產(chǎn)的。
2023年電弧爐粗鋼細分產(chǎn)品產(chǎn)能集中度
三、電爐煉鋼行業(yè)投資方向
我國電弧爐煉鋼技術雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但與國際先進國家生產(chǎn)技術仍然有很大的差距，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)過程中的能源消耗，降低電爐煉鋼生產(chǎn)對環(huán)境的污染等是電弧爐煉鋼的發(fā)展目標。
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發(fā)展的核心和關鍵。提高電爐煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，縮短冶煉周期，推進我國電弧爐的高效化生產(chǎn)，進而形成系統(tǒng)綜合控制。提高我國電弧爐的自動化操作水平及計算機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：加強精細管理與操作，充分利用鋼水中化學反應產(chǎn)生的化學能和排放廢氣中的物理能，如二次燃燒技術和廢鋼預熱技術；同時，開發(fā)新型電弧爐，同時高效利用電能。綠色電弧爐冶金。
21世紀煉鋼技術的發(fā)展必須從能源消耗、資源的綜合利用以及環(huán)境保護等幾個方面之間的相互關系統(tǒng)籌考慮，即煉鋼技術的發(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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