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印度感应电炉炼钢的利与弊

 近期,笔者了解到,印度应用其独特的感应电炉融化废料和直接还原铁混合料的小规模炼钢技术,满足了当地市场的需要,特别是满足了农村地区的需要。但与此同时,感应电炉生产的钢种质量还存在一些问题,这种感应电炉炼钢技术的利与弊值得我们思考。

从传统上讲,现代炼钢的工艺路线主要有两种:一种是传统的高炉加上碱性氧气转炉(BF/BOR)的一体化工艺路线,采用矿石加上20%废料来生产“原生”铁(VirginIron);第二种是电弧炉(EAF)工艺路线,重熔废料,或用直接还原生铁,即高炉生铁或直接还原铁(DRI)来改善质量。但是在印度还存在第三种工艺路线,即感应电炉(IF)炼钢。在印度,感应电炉的贡献较为突出,在2010~2011财政年,感应电炉粗钢产量占到印度粗钢总产量的33%。

印度钢铁业的“功臣”

20世纪70年代末,印度用进口小型感应电炉来熔化不锈钢废料生产厨具级材料。逐渐的,企业家发现了一个用来生产软钢条锭的方法,遵循同样的原理,他们成功地安装了2吨炉容的感应电炉来熔化碳素钢废料。随着采用感应电炉生产条锭方法的扩展,重轧工业开始在20世纪80年代中期进入感应熔炼市场,感应电炉的炉容也开始增加。如今,12~15吨炉容的感应电炉在印度相当普遍,最近印度国内40吨炉容的感应电炉已经建成。现在整个印度约有1100家公司运营着各种规格的感应电炉。感应电炉的炼钢总产能在印度估计达到3000万吨/年,产能利用率约为75%。

感应电炉炼钢工艺的采用,使得废钢成为印度钢厂主要的入炉料,然而,印度能开发的废钢资源有限,这造成废钢价格大幅上涨。为解决废钢短缺的问题,印度将直接还原铁作为感应电炉的入炉料,且使用量在不断增加。2010年,印度直接还原铁产量为2630万吨,成为全球最大的直接还原铁生产国。印度的直接还原铁,约3/4是以煤为燃料在回转炉中生产的,而不是以天然气为燃料在传统竖式炉中生产。现在,印度许多直接还原铁厂感应电炉工业消耗直接还原铁占到炉料的60%~80%。根据专家的说法,印度直接还原领域的创新是在小产能感应电炉上采用了直接还原铁粉料来炼钢,这使得印度的钢铁工业分布到全国各地。

前塔塔钢铁公司技术顾问认为,“在世界其他地方直接还原铁只用于电弧炉时,印度的直接还原铁,特别是直接还原铁粉颗粒度小于3毫米,不经过团矿装入感应电炉。实际上印度是全球唯一采用感应电炉大规模炼钢的国家,在20世纪80年代,印度许多小型轧钢厂关闭了电弧炉,采用5吨~10吨炉容的感应电炉取而代之,因为后者生产成本较低。”

印度感应电炉的优秀性能在海湾地区、沙特阿拉伯、伊拉克、伊朗、土耳其和非洲等国家和地区受到用户的关注。这些地区和国家的小型钢厂从印度引进感应电炉、小方坯连铸机、电动天车和材料处理设备等。

生产工艺有一定限制

感应电炉生产钢水的化学成分不容易控制,且不能实现对粗钢的化学精炼,钢中磷和硫含量的超标会影响钢的质量,如韧性和强度。因此用来生产直接还原铁所用铁矿石的磷和硫含量要低,所用煤的磷和硫含量也要低。感应电炉钢水的质量很大程度上依靠控制入炉原材料的质量,通过保持正确的比例、添加如白云石溶剂以及保证耐火材料的质量可以避免炉衬对钢水造成的污染。

直接还原铁的金属化率一般在88%~90%,碳含量为0.2%~0.3%。碳含量比采用煤气工艺生产的直接还原铁要低得多,煤气工艺生产的直接还原铁碳含量通常超过1%,因此不能投入感应电炉来生产低碳钢,取而代之的是把其装入电弧炉,由于最终温度上升增加的热量可以使碳被氧化,从而降低了电耗,约10%~16%的FeO以及5%~8%的脉石留在产品里。

感应电炉厂的正常运营必须保证不间断提供低成本电源,因为其60%左右的生产成本来自电力消耗。一些感应电炉厂建起了火力发电厂和直接还原铁厂一起合作来发电,这样才能比较容易地控制成本。

遭遇钢质提升新挑战

为改进感应电炉厂炼钢的能源效率和进一步改进产品质量,有必要通过不断的实验研究来保证技术不断更新。但是,感应电炉工业主要由中小企业组成,他们很少有能力和资金来实施研发项目。

全球钢铁动态组织(WorldSteelDynamics)注意到,印度的煤基直接还原铁和30吨感应电炉的产量在逐渐下降,这归因于原材料成本的上涨和日益严峻的环保压力,其中一些钢厂不能再购买非法矿山的铁矿石。

印度标准局于2012年9月份引入标准以改进建筑、桥梁和道路用钢的质量,印度钢铁工业部联合工厂委员会常务秘书G.K.Basak表示,政府计划改进基础设施用钢质量。

新标准的出台将影响到印度1100万吨低质量钢产能。印度钢产能为8800万吨/年,约23%是感应电炉用煤基直接还原铁生产的。这类炉子不能去除钢中磷和其他杂质,而采用气基直接还原铁来炼钢可改进钢的质量。生产商需要资金、时间和技术来转换到这一新工艺。WelspunMaxsteel有限公司常务副总裁R.S.Borwankar表示,该公司采用煤气竖炉生产直接还原铁。“目前,印度标准局对钢产品的认证是供选择的方案,但到9月份就会成为了强制性标准,大型钢铁公司例如塔塔、JSW和国有的印度钢铁局有限公司所认证的产品将受益,感应电炉所生产的钢将需要通过经过进一步精炼才能达到标准的要求。”R.S.Borwonkar这样表示。

但同时也应该看到,印度政府正致力于加快印度钢铁工业的发展。特别是对于农村地区,其人均钢消费水平约10千克,政府将努力利用低成本小规模手段生产钢铁以作为增加农村地区钢铁消费的一个途径,例如钢筋产品。在此方面感应电炉可以发挥出它的作用,如果感应电炉工业面对挑战,印度政府将采取支持措施。(中国冶金报)

 

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