在過(guò)去的40年里，高爐-轉(zhuǎn)爐聯(lián)合流程是鋼鐵生產(chǎn)的中流砥柱。伴隨著二次煉鋼、連鑄、軋鋼等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，它已經(jīng)發(fā)展成一種高產(chǎn)能、成熟的、復(fù)雜的、資本密集的、高固定成本的生產(chǎn)流程，可生產(chǎn)眾多的基準(zhǔn)質(zhì)量的鋼。   

電弧爐最初在20年代開(kāi)發(fā)成功，用來(lái)熔煉廢鋼，生產(chǎn)一般應(yīng)用級(jí)別的鋼材，如鋼筋等。與聯(lián)合鋼鐵廠相比，常規(guī)的立足于電爐的短流程鋼廠的生產(chǎn)要簡(jiǎn)單得多，靈活得多。它能生產(chǎn)正常質(zhì)量的且在價(jià)格上比聯(lián)合鋼鐵企業(yè)要廉價(jià)的鋼材，所需要的就是廢鋼與電能的充足供應(yīng)。直到幾年前，制約著短流程鋼廠發(fā)展的最大的因素仍是沒(méi)有能力正常地生產(chǎn)某些優(yōu)質(zhì)低碳鋼。然而，尤其是近20年，技術(shù)的全面發(fā)展和兩種流程間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，明顯改變了生產(chǎn)效率。其結(jié)果它們很早以前就頂替了成本更高的聯(lián)合企業(yè)，成為諸如大型材、鋼梁、SBQ等大部分優(yōu)質(zhì)碳鋼的供應(yīng)者。對(duì)于厚板的生產(chǎn)，那些基于電爐的鋼廠的重要性愈發(fā)突出。

 因?yàn)榻^大部分扁平材要求極好的表面質(zhì)量和很高的鋼純凈度，聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)擁有充足的資金和高度完善的加工能力，繼續(xù)在這一領(lǐng)域占據(jù)著優(yōu)勢(shì)。然而，在最近的10—15年間，得益于電爐設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與原料供應(yīng)、中厚板坯連鑄技術(shù)和直接軋制的發(fā)展，某些電爐鋼企業(yè)，尤其是美國(guó)的電爐鋼企業(yè)，已經(jīng)躋身于扁平材市場(chǎng)，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的帶鋼。但是，絕大多數(shù)小鋼廠的生產(chǎn)仍集中在長(zhǎng)材領(lǐng)域。  

殘留物控制    

基于廢鋼的電爐煉鋼有它的優(yōu)勢(shì)，也存在劣勢(shì)。它極度依鞍于廢鋼的價(jià)格和供應(yīng)能力，且有些地方的電價(jià)昂貴。雖然電爐的產(chǎn)量能比聯(lián)合流程更好的追隨市場(chǎng)需求，但廢鋼價(jià)格走向卻隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)而變。因?yàn)榛陔姞t的小鋼廠要占據(jù)更大的鋼產(chǎn)量比重，它們要想保持競(jìng)爭(zhēng)力，則必須確保廢鋼市場(chǎng)具有充足的供應(yīng)能力。這就要求更高的廢鋼回收率，然而，從地區(qū)角度看，發(fā)達(dá)地區(qū)和發(fā)展中地區(qū)的廢鋼回收率存在巨大的差異。另一個(gè)可用方案是，額外的原料來(lái)自純凈的鐵源，如生鐵，還可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況、價(jià)格等因素選擇直接還原鐵或者鐵水，這些都是低殘留物的金屬爐料。   

聯(lián)合鋼鐵廠以鐵礦石為基礎(chǔ)原料，鋼中殘留金屬量比電爐流程低，且遠(yuǎn)低于目標(biāo)規(guī)范。對(duì)于相當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)材，殘留金屬量的公差范圍較寬，在不損害產(chǎn)品性質(zhì)的時(shí)候是可以接受的，甚至殘留金屬量還相當(dāng)高。另一方面，最終用戶對(duì)扁平材的要求非常嚴(yán)格，如深沖性能、高耐沖擊性能和表面光潔度等，因此，殘留金屬量必須低，以實(shí)現(xiàn)所要求的產(chǎn)品性能。  

氮量控制    

鋼水中氮含量的控制主要與工藝參數(shù)有關(guān)。在電爐上控制氮含量是非常困難的，這是用電爐流程生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼最大的限制條件。氮含量控制與低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼有特殊的關(guān)系，鋼中氮含量高會(huì)引起應(yīng)變時(shí)效；使鋼的延展性下降。這些鋼一般用于深沖加工制品，要求氮含量小于50ppm。在更嚴(yán)格的應(yīng)用中，如超低碳Ⅳ鋼，氮含量要求小于30ppm，經(jīng)常要接近20ppm。雖然這些專用的高附加值產(chǎn)品在聯(lián)合鋼廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中只占很小的比重，但他們表達(dá)了最嚴(yán)格的生產(chǎn)極限。通常，轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)的氮含量不到電爐的1／3，轉(zhuǎn)爐為15—40ppm，電爐為60～100ppm。傳統(tǒng)的電爐操作是在敞開(kāi)渣門的情況下完成大部分的精煉工作，這就導(dǎo)致大量的空氣進(jìn)入電爐，促進(jìn)了爐內(nèi)的高氮?dú)夥?。通常，普通電爐是不密封的，在爐殼和爐頂區(qū)域有很多開(kāi)口，空氣可自由穿越這些開(kāi)口。因此，普通的以冶煉廢鋼為主的電爐煉鋼工藝的顯著特點(diǎn)是爐內(nèi)氣氛中的氮會(huì)被暴露的鋼水吸收。在電弧等離子區(qū)尤為如此，高溫將氮?dú)夥纸獬稍踊螂x子狀態(tài)的氮，進(jìn)一步促進(jìn)了氮的吸收。在電爐工藝中，通過(guò)有效的消除氣源與鋼液的接觸可降低吸氮量。在生產(chǎn)操作中，可以通過(guò)在電孤四周形成大量的保護(hù)性泡沫渣、增強(qiáng)熔池上方一氧化碳?xì)夥蘸徒档蛧姶禋怏w的氮含量等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的?！懊芊狻彪姞t，即關(guān)閉渣門有助于削減空氣的滲入量。  

歐洲煤鋼共同體最近的研究顯示，電爐出鋼時(shí)鋼水中的氮含量隨著爐料中預(yù)還原鐵的數(shù)量、生鐵的添加量或者在脫碳時(shí)噴碳量而變化。與全廢鋼裝料相比，利用脫碳期增加一氧化碳發(fā)生量的操作可以實(shí)現(xiàn)較低的氮含量。然而，除去少數(shù)個(gè)案外，現(xiàn)代電爐的設(shè)計(jì)、操作、入爐原料、產(chǎn)品規(guī)范等對(duì)實(shí)現(xiàn)最低氮出鋼并不樂(lè)觀。因此，電爐流程低氮含量的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈地依賴于當(dāng)?shù)刂苯舆€原鐵的可用性和價(jià)格，或者鐵水的供應(yīng)情況，以及特定電爐的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和具體操作。國(guó)際鋼協(xié)最近在世界范圍的調(diào)查表明，對(duì)于在53座電爐上生產(chǎn)的眾多的鋼鐵產(chǎn)品，出鋼目標(biāo)氮沒(méi)有低于40ppm的，而且，雖然40ppm在基本原理上看似是可實(shí)現(xiàn)的，且也可搜集到20-30ppm的引述，但是可實(shí)現(xiàn)的最低氮量水平還沒(méi)有建立。電爐低氮含量有幾個(gè)突出的例子，如下低氮水平是在連續(xù)加入含碳的 2.3％直接還原鐵時(shí)實(shí)現(xiàn)的：

·45％DRI：平均50ppm，最大70ppm；   ·70％DRI：20～30ppm； 

·70％DRI：如果噴碳載體由空氣改換成CO2，氮含量<20ppm。 

  這些值與轉(zhuǎn)爐氮含量相當(dāng)。低氮煉鋼是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)扁平材最大的要求，因此，為保證這些鋼是成功的，電爐操作人員須關(guān)閉渣門并采用低氮操作制度。

其它質(zhì)量因素   

近20年來(lái)，大部分重要的煉鋼工藝進(jìn)步集中在二次煉鋼、連鑄和控軋等技術(shù)的普遍應(yīng)用上，結(jié)果是拓展了鋼種范圍，產(chǎn)品形狀和表面質(zhì)量得到不斷改進(jìn)以滿足市場(chǎng)和產(chǎn)品應(yīng)用的要求。汽車車身用焙烘硬化鋼要求有完美的表面質(zhì)量，因此為確保得到最高質(zhì)量的產(chǎn)品，大板坯連鑄機(jī)有嚴(yán)格的降級(jí)規(guī)范。這種質(zhì)量等級(jí)的產(chǎn)品通常只有70％-80％是連鑄生產(chǎn)。目前的薄板坯連鑄機(jī)還不能達(dá)到這種質(zhì)量要求，其原因在于它的高拉速使得鋼水彎月面不穩(wěn)定，影響渣的上浮。因此，它只具有澆鑄普通質(zhì)量帶鋼的能力。中厚板坯連鑄機(jī)的拉坯速度較低，鑄坯質(zhì)量較好。但是，他們還不能表現(xiàn)出穩(wěn)定的澆鑄質(zhì)量，在連鑄機(jī)設(shè)計(jì)、連鑄技術(shù)上還有待改進(jìn)，未來(lái)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)這種潛力。   

當(dāng)使用隧道爐直接連接到熱帶軋機(jī)上以后，他們成為使用傳統(tǒng)的、順序批加熱和熱軋生產(chǎn)的大板坯連鑄機(jī)的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。  

聯(lián)合型對(duì)決市場(chǎng)型    

煉鋼的歷史充滿了革新，已建立的冶金理論、生產(chǎn)效率或者成本基礎(chǔ)被廢棄時(shí)，更新的技術(shù)取代了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)。然而，因?yàn)楦甙旱耐顿Y成本、低增長(zhǎng)、低利潤(rùn)率、低現(xiàn)金生成量、政治干擾和工業(yè)慣性等原因，新技術(shù)從變革到推廣應(yīng)用要經(jīng)歷數(shù)十年的時(shí)間。50年代的大規(guī)模氧氣供應(yīng)的開(kāi)發(fā)是個(gè)革命性的例外。然而，即便如此，這個(gè)技術(shù)也花費(fèi)了20多年的時(shí)間才徹底取代了生產(chǎn)低效的平爐工藝。   

在近20年里，電爐煉鋼的發(fā)展明顯快于高爐一轉(zhuǎn)爐流程。特別是參與扁平材生產(chǎn)的電爐鋼廠的數(shù)量在不斷增加，尤其是投資成本低且以直接還原鐵為原料的新廠不斷出現(xiàn)，或者建在能獲得鐵水的原有廠址的工廠。現(xiàn)代電爐在設(shè)計(jì)上與薄板坯、中厚板坯技術(shù)直接產(chǎn)生聯(lián)系，在加上直接軋制技術(shù)，其成本要比傳統(tǒng)的順序批處理工藝低得多。這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)流程相比，它操作步驟簡(jiǎn)化、工藝裝備少、生產(chǎn)時(shí)間短和能耗低的結(jié)果。最近，已經(jīng)有一些高爐一轉(zhuǎn)爐企業(yè)開(kāi)始采用薄板坯連鑄技術(shù)，利用他們固有的低金屬殘留和低氮含量的優(yōu)勢(shì)，使用薄板坯連鑄的高效率來(lái)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著熔融還原煉鐵新技術(shù)開(kāi)始替換高爐、燒結(jié)廠和焦?fàn)t，傳統(tǒng)的聯(lián)合流程會(huì)適時(shí)減少。

對(duì)于扁平材，現(xiàn)代電爐和技術(shù)先進(jìn)的傳統(tǒng)煉鋼流程間的競(jìng)爭(zhēng)才剛剛開(kāi)始，這種競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)烈的依賴于當(dāng)?shù)氐脑稀⒛茉春褪袌?chǎng)條件。然而，發(fā)展趨勢(shì)更多的體現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，帶有地域性或者生產(chǎn)集中，更小、自動(dòng)化水平更高、更專業(yè)化，即生產(chǎn)一定范圍內(nèi)的普通或高附加值鋼材，擁有自己的消費(fèi)點(diǎn)，能靈活迅速的應(yīng)對(duì)客戶或市場(chǎng)的變化。因這種布局與客戶的距離更近，通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品的分配降低生產(chǎn)和運(yùn)輸成本，并加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。這些小規(guī)模的資本密集度低的工廠的成本競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)確保了在選定地區(qū)建立新煉鋼產(chǎn)能的行動(dòng)，并根據(jù)那里的能源、原料、勞力、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸成本、市場(chǎng)需求等條件開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。  

結(jié)語(yǔ)   

對(duì)于聯(lián)合型鋼鐵公司，巨大的歷史資產(chǎn)和長(zhǎng)久的資產(chǎn)壽命嚴(yán)重制約了他們對(duì)“市場(chǎng)型工廠“生產(chǎn)模式的響應(yīng)。因?yàn)樾赂?jìng)爭(zhēng)者為提高鋼的質(zhì)量在技術(shù)上持續(xù)改進(jìn)，熱切期望至少要達(dá)到聯(lián)合鋼鐵企業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，聯(lián)合型鋼鐵企業(yè)的不利形勢(shì)在加劇。因?yàn)槭袌?chǎng)型企業(yè)的最憂配置，使得它相對(duì)于傳統(tǒng)的、集中的、聯(lián)合的工藝能更迅捷、更廉價(jià)、更能響應(yīng)市場(chǎng)。聯(lián)合型鋼鐵企業(yè)只有精簡(jiǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、降低能耗，以此來(lái)提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還要不斷開(kāi)發(fā)更高級(jí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，只有通過(guò)這些才能保持競(jìng)爭(zhēng)力。在扁平材領(lǐng)域，現(xiàn)代電爐煉鋼與高爐一轉(zhuǎn)爐聯(lián)合流程的競(jìng)爭(zhēng)才剛剛開(kāi)始。