电炉钢与废钢的相关性 翁宇庆 2013.11

一.电炉（EAF)发展简况 最早用于工具钢，发展冶炼特殊钢 现代化的大电炉 1899年Paul Heroult 造出第一台工业用的电弧炉。1906年在美国纽约投产，可熔化3吨废钢。 1879年William Siemens 造出世界第一台电弧炉，它用20分钟熔化了5磅废钢。 现代化的大电炉 2

初期连铸机发展大部分和电炉（特殊钢厂）匹配，使立弯式连铸机得到发展. 超高功率电炉发展，废钢资源及非焦炼铁技术等发展，特别由于薄板坯连铸连轧工艺的工业化，形成有竞争力的短流程工艺(mini-mill)。 EAF 、EAF-CC、mini-mill三要素 3

电炉钢的现状： 电炉钢在全球比例 中、美、日与全球电炉钢比例 4

2005-2013年我国钢铁产量、电炉钢产量及 废钢资源、产出及消耗量 （我国废钢协会提供） 单位：万吨 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 粗钢产量 35324 41915 48929 51234 57707 63874 70197 73104 其中 转炉钢产量 31350 37671 43118 44776 52120 57237 63056 65200 电炉钢产量 4179 4420.2 5842.9 6341.3 5576.5 6650 7095 6445 电炉钢比% 11.8 10.5 11.9 12.4 9.7 10.4 10.1 （估)9.1 钢铁积蓄量 252321 284028 316255 355612 402764 457126 511408 566000 621300 废钢产出量 5415 5820 6303 6791 7350 8044 8962 10048 11354 新废钢产出量 190 204 221 238 257 282 314 352 全国进口废钢 1014 538 339 359 1369 585 677 497 废钢消耗量 6330 6740 6850 7380 8370 8810 9340 8520 废钢占铁素 原料比% 15.55 14.01 12.57 13.27 12.75 12.70 12.357 11.32 * 废钢占铁 素原料比 = 废钢消耗量 生铁量+废钢消耗量 5

我国电炉钢的产量 2000年~2011年中国电炉钢产量 中国钢铁工业使用废钢的总量很大，2011年废钢消耗量约为9100万t，但是吨钢的废钢单耗很低，只占13~14%，相应电炉钢比也逐年降低，2006年以来仅占粗钢总产量的10%左右。 6

中国、日本、美国LD转炉的产钢比例 7

电炉钢的应用范围： 一、电炉钢由于炉型相对较小（国内在30-100T居多；转炉在60-300T范围 多，若全废钢，则达3-4小时/炉）； 因此电炉钢在长形材（棒线材，型材）产品应用较多。（长形材流程 60-100万T/年，扁平材流程150-300万T/年）。 二、电炉钢适宜多品种，少量冶炼，特别在合金钢厂中相对于转炉钢，可 灵活调节。 三、电炉采用废钢作主要原料，因而钢铁积蓄量多的国家（发达国家，完 成工业化国家）电炉钢比高。 8

工业化的发展，要求板带材产品增加，促进电炉能生产板带产品 9

电炉（EAF）-薄板坯连铸连轧（TSCR）成为电炉钢厂生产板带流程的样板 世界首条薄板坯连铸连轧生产线——位于美国印第安纳州的NUCOR公司Crawfordsville工厂。 10

废钢原料为主的电炉钢产品难以生产高品质钢，开始 考虑铁水和DRI作为原料 南非Saldanha新的钢铁制造流程 SALDANHA 11

从绿色冶金考虑，电炉具有低排放优势 各类排放物占排放总量的比例 联合企业 电炉钢厂 固废，kg/t 气体，kg/t 电炉流程 高-转流程 固体废弃物9.9% 废水50.7% 气体39.4% 固体废弃物8.8% 废水85.9% 气体5.3% 总排放量5921.6kg/t 总排放量2327.6kg/t 联合企业 电炉钢厂 固废，kg/t 气体，kg/t 电炉流程 204.8 123 高-转流程 586.2 2332 电炉/高-转 0.35:1 0.053:1 12

不同生产流程生产1t钢液产生的CO2排放 生产流程 CO2排放 kg/t 电力 kWh/t CO2总排放 高炉+转炉（153kgPCI) 2111 187 2198 高炉+转炉（250kgPCI) 2084 184 2170 COREX+电炉 1639 632 1934 HISmelt+电炉 ~1600 370 ~1970 电炉（160kg铁水） 396 478 619 电炉（100%废钢） 68 458 282 注：电力生产50%依靠化石燃料为能源。 现代高炉CO2总排放~1900 kg/t，世界高炉平均CO2总排放~2200 kg/t。 13

我国粗钢积蓄量的迅速变化 14 粗钢积蓄量，亿吨 2008年 2010年 2015年 2020年 预计消费量，亿吨 积蓄量/产钢量 全球 423.91 447.91 507.91 567.91 12.0 47.3 美国 78.50 80.46 85.36 90.26 0.98 92.1 日本 47.38 49.68 55.43 61.18 1.15 53.2 中国 45.42 54.42 76.92 99.42 4.5 22.09 14 14

电力供应得到缓解 注：电力需求弹性系数=电力需求的年平均增长率/GDP的年平均增长率 发电能力=装机容量（MW）×8760h（年发电时数） 15

当前电力供应的主要问题是如何减少燃煤消耗 700 ℃高参数先进超超临界机组关键品种 蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗 机组类型 蒸汽压力 P（MPa） 蒸汽温度 T（℃） 电厂效率 （%） 供电煤 （g/kW.h） 中压机组 3.5 435 27 460 高压机组 9.0 510 32 390 超高压机组 13.0 535/535 34 360 亚临界机组 17.0 540/540 38 324 超临界机组 24.1 566/566 41 300 超超临界机组 25.0 600/600 44 283 先进超超临界机组 35.0 700/720 52 235 火电占我国实际发电 量的82%，2012年止我国已占600 ℃电站全球装机量70%，为进一步提高发电效率，各国正安排研发700 ℃-760 ℃高参数机组。 700 ℃以上机组钢材将由铁素体、马氏体组织向奥氏体和耐热合金转变，相应各种钢管、汽轮机构件等将有重大变化。 16

可 以 减 少 发展电炉钢是钢铁冶金的发展趋势 电炉钢（相对于转炉钢）使用的优势 75%的能源 90%的原料消耗 86%的空气污染 40%的用水 97%的采矿废弃物 发展电炉钢是钢铁冶金的发展趋势 17

我国为什么电炉钢发展不快？ 1、废钢量不足 单位：万吨 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 生 铁 34375 41245 47652 47067 56863 59560 64543 65791 铁钢比 0.97 0.98 0.94 0.99 0.93 0.92 废钢消耗量 6330 6740 6850 7380 8370 8810 9340 8520 废钢占铁素原料比% 15.55 14.01 12.57 13.27 12.75 12.7 12.357 11.32 电炉钢比 11.8 10.5 11.9 12.4 9.7 10.4 10.1 （估)9.1 * 废钢占铁 素原料比 = 废钢消耗量 生铁量+废钢消耗量 废钢除大部分用于电炉钢冶炼外，还有机械制造铸钢，中频感应炉用冶炼钢（上述均未在统计范围内），但看出废钢量过低，使电炉钢难以高速发展。 18

年份 电炉钢产量 （万吨） 社会采购 废钢（万吨） 进口废钢总量（万吨） 电炉废钢 消耗（万吨） 电炉废钢 单耗 Kg/t 总量 用于炼钢 2000 2020 1788 510 307 1800 891 2001 2401 1900 979 360 1930 803 2002 3049 2280 785 370 2320 760 2003 3906 3220 929 440 3060 784 2004 4167 3300 1023 750 3134 752 2005 4179 3680 1014 710 3210 768 2006 4420 3820 539 3280 742 2007 5843 4310 339 120 3570 611 2008 6341 4360 359 260 602 2009 5577 4600 1369 1020 4060 728 2010 6632 5400 585 420 4140 624 2011 7095 5220 677 4290 605 2012 6485 4470 497 3910 603 2000/2012 变化率% 321 250 97.45 120.52 217 67.67

我国为什么电炉钢发展不快？ 2、电炉钢成本过高 电炉铁素原料在成本中的重要性日益突出 废钢量不足，可以用铁水作为电炉钢的铁素来源，电炉钢比低，最重要原因在于： 电炉铁素原料在成本中的重要性日益突出 对国内2008年九家电炉钢生产企业（A~I）铁素原料（生铁、废钢、铁水和直接还原铁）占制造成本的比例调查，平均比例为84.81。 美国*：对美国7家短流程企业2008年一季度铁素原料（生铁、废钢、铁水和直接还原铁）占制造成本的比例调查 20

废钢与铁矿石价格比较 2000年以来中国铁矿石进口量及单价 128.60 铁矿石铁素单价（以2012年计）吨铁素： = 207.42 $/T 0.62 = 207.42 $/T 21

废钢与铁矿石价格比较 铁矿石铁素单价207.42$/T 废钢铁素单价389.5$/T 摘自 金属专家报告 2013.10.4价格范围 2013.10.11价格范围 俄 国 生铁（FOB） 380 3A废钢 FOB 圣彼得堡 329-331 330-340 FOB Novorossiysk 327-335 土 耳 其 废钢HMSI ex-EU.CFR 358-360 370.5 ex-USA.CFF 365 375-375.5 中 铁矿石 ex-印度.CFF 132-133 133-134 ex-巴西.CF 140-144 141-145 ex-澳大利亚 132 132-134 ex-warehous 367-369 371-373 美 FOB 西部 330-335 335-340 FOB 东部 345-350 铁矿石铁素单价207.42$/T 废钢铁素单价389.5$/T 摘自 金属专家报告 （Metal Expert’s Reports） O.Alekseeva 22

各种冶金原料价格比较（从2008-2009大波动为例） 2005年12月末国内市场综合价格指数：94.18；长材价格指数：90.81；板材价格指数：92.42。 2009年4月末国内市场综合价格指数：95.50；长材价格指数：99.33；板材价格指数：94.52。 国内市场综合价格指数100=1994年4月国内市场综合价格 23

电炉钢“吃铁水”是我国发展趋势，也是中国特色，但受到环保和产业政策的限制。 《钢铁产业发展政策》 …… 第四章 产业技术政策 第十九条：特钢企业要向集团化、专业化方向发展，鼓励采用以废钢为原料的短流程工艺，不支持特钢企业采用电炉配消耗高、污染重的小高炉工艺流程。鼓励特钢企业研发生产国内需求的军工、轴承、齿轮、工模具、耐热、耐冷、耐腐蚀等特种钢材，提高产品质量和技术水平。 对特钢协17家企业2008年电炉吃铁水情况的调查。 用铁水多的这些企业，其主要目的是想降低电炉冶炼电耗，降低生产成本，提高钢水洁净度。 24

我国为什么电炉钢发展不快？ 1 2 3 3、电炉冶炼其他费用高 电炉机电系统复 杂，设备维护费 用比转炉高； 电炉耐火材料寿命低（～1000炉/次），而转炉在发展溅渣护炉技术后，寿命高（ ～ 10000 炉/次； 电炉钢“废气”回收困难，CO% ≈ 30-40%，而高炉CO% ≈ 70%，转炉厂煤气回收≧ 90%，电炉间歇作业，造成能源成本显著高于转炉。 如果采用电炉品种灵活，批量转换快等因素，比转炉钢有100元/吨成本优势，综合因素比较，电炉钢成本高100-200元/吨是目前现状。 25

我国为什么电炉钢发展不快？ ４、电炉采用废钢为主要原料带来钢水质量不高，影响高档产品生产 　废钢利用愈多，循环冶炼次数愈多，钢中残余元素（主要是有色 　　金属元素）含量愈高，使特钢（电炉钢）质量下降。 美国对过去25年生产和使用的废钢进行分析： 废钢中的铜（Cu）含量增加了20% 废钢中的镍（Ni）、铬（Cr）含量增加了50% 废钢中的锡（Se）含量增加了100% 26

各种废钢中铜和锡浓度的估计 废钢种类 杂 质 产生量/千t · a-1 铜 锡 1990年 2010年 低级废钢 0.230 0.017 杂 质 产生量/千t · a-1 铜 锡 1990年 2010年 低级废钢 0.230 0.017 26895 45295 高级废钢 0.027 0.002 7159 6008 生铁 0.010 微量 废钢分类和杂质 27

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废钢的“净化技术”在发展，但从经济观点讲，还应 （1）废钢加工，分选； （2）采用直接还原铁（DRI），热压铁块（HBI）渗加； （3）发展“净化技术”； 低温（液氮）破碎，脆化部分后磁选； 自动识别分类； 采用“转底炉”类似技术，形成“氧化或硫化脱Cu,脱Sn”； 自动分离识别系统 减压下铜的蒸发分离 29

美国不同等级废钢和直接还原铁中残余元素的含量的比较 No.1 打包废钢 切碎 废钢 重废钢 No.2 熱压块 HBI Cu 0.10 0.2 0.20 0.4 0.60 0.01 Sn 0.02 0.03 0.05 Ni 0.13 0.14 Cr 0.09 0.12 0.15 0.18 Mo S 0.04 0.07 p * * 取决于铁矿石中的磷含量 国际电炉炼钢炉料一般配加20~30%DRI/HBI是必不可少的条件。 30

2007年炼钢资源（消费量）来源 直接还原铁作用：高品质钢、稀释剂。 生铁 废钢 直接还原铁 亿吨 % 全球 9.478 63.41 4.819 32.24 0.649 4.35 中国 4.076 84.44 0.75 15.53 0.001 0.02 美国 0.413 34.94 0.609 51.52 0.160 13.53 数据源于世界钢协（WSA）统计 直接还原铁作用：高品质钢、稀释剂。 31

美国对钢中残余元素的通用极限 在兑铁水受到政策限制后，生产0~II级产品必须考虑使用直接还原铁（DRI/HBI） 等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 元 素 % Cu(<) 0.005 0.01 0.10 0.15 0.20 0.30 Sn 0.001 0.015 0.02 0.03 Ni 不定 Cr 0.020 0.05 Mo 0.002 S 0.035 0.04 p 钢 产 品 航空级 核能级 石油特级 电渣重熔 轴承特级 马氏体时效钢 特殊深冲钢 高强度钢 细拉拔丝 特殊合金 轴承钢 深冲及罐头锡板 深冲钢 冷拉、变形、顶锻 不锈钢 合金钢 无缝管连铸圆坯 锻棒 汽车零件 穿孔带 热处理用合金钢 压力容器 标准管 薄壁管 薄板 车轮 轴类 冷作丝棒 电镀板 珐琅板 丝棒 细圆丝 预应力钢筋 角钢 型钢 槽钢 在兑铁水受到政策限制后，生产0~II级产品必须考虑使用直接还原铁（DRI/HBI） 32

国内外直接还原铁应用效果 美国乔治城钢公司在电炉原料中配加不同比例的DRI得到的效果 澳大利亚的BHP公司，配加HBI的比例与钢中的残余元素的变化 DRI(％) Cu (%) Cu+Ni+Cr+Mo+Sn（%） N (%) 0.30 0.45 0.009 25 0.23 0.35 0.007 50 0.15 0.18 0.006 75 0.05 0.08 0.005 33

国内外直接还原铁应用效果 天津钢管公司配加30％的DRI生产高质量无缝钢管用钢 配料方案 元素 Cr Ni Mo Cu Sn As 100％废钢 0.050 0.060 0.020 0.13 ＜0.0096 0.0085 70％废钢＋30％DRI 0.017 0.046 0.018 0.10 ＜0.0068 0.0067 宝钢集团特殊钢部，100t EAF配10%~30%HBI生产轴承钢 每增加1%HBI，[Pb+Sb+As+Sn+Ti]降低0.0003% [Cu]降低0.0016% [Ni]降低0.0005% [Cr]降低0.0003% HBI用量达30%左右，电耗上升30~50kWh/t 34

做好废钢的采选分离和加工，是扩大废钢在电炉钢 中应用的重要途径 1、提升废钢回收量首先需要经营和管理好再生 金属市场。废钢回收量的多少依赖于从各种 废弃物、废弃产品中分离金属的成本以及初 级金属的价格。换言之，只有努力降低废钢 价格（废钢收集成本不高），分选加工成本 要努力降低，市场才有发展前景。 35

做好废钢的采选分离和加工，是扩大废钢在电炉钢 中应用的重要途径 2、国际回收局（BIR）数据显示，全球2012年与2011年比较， 废钢消费量（5.7亿吨），基本持平。 第一废钢消费群体 欧盟（27国）9410万吨，同比下降6%； 第二废钢消费群体 中国，8520万吨，同比下降8.8%； 钢厂废钢采购量 3.7亿吨，占废钢消费比64.9%； 其中废弃废钢： 2.5亿吨 加工废钢： 1.2亿吨 钢厂自产废钢 2.0亿吨，占废钢消费量35.1%； 自产废钢在转炉厂供转炉降温使用，中国在 6000~9000万吨之间，不作为电炉钢原料。 努力发展“加工废钢”是我们的努力方向。 36

做好废钢的采选分离和加工，是扩大废钢在电炉钢 中应用的重要途径 3、作为废钢的加工，还需努力做好以下事项： （1）把废钢采选分离和加工的成本降下来，价格降下来！ （2）废钢加工后余下的约5%“垃圾”，如何处理？ （3）分类加工废钢和钢厂如何合作？为优质钢铁服务？ 37

谢 谢 大 家 ！ 翁宇庆 weng@csm.org.cn 38