摘要：上文说到，直流冶炼诞生没多久，就被日本和欧洲用在炼钢上，直流炼钢优势我也赞同，原理逻辑也闭合，但是他们五十多年都没有把直流用在矿热炉，不是他们傻，更不是不会搞直流，整流那点小技术对他们说就是小儿科了，而是他们明白直流矿热炉不行的根源，所以五十多年都不考虑它，尤

上文说到，直流冶炼诞生没多久，就被日本和欧洲用在炼钢上，直流炼钢优势我也赞同，原理逻辑也闭合，但是他们五十多年都没有把直流用在矿热炉，不是他们傻，更不是不会搞直流，整流那点小技术对他们说就是小儿科了，而是他们明白直流矿热炉不行的根源，所以五十多年都不考虑它，尤其是多电极直流矿热炉，是不可能有好的冶炼效果的，就是不能低耗也不能高固收率，这些直流在中国很快会被逐个产品一一证明。

在炼钢和废旧铁或铝重熔时，直流有其优点，所以国外采用了五十多年了，其缺点就是冶炼温度低，只能重熔熔点低的金属，比如铁和钢，其它高温金属它就不是很擅长了，需要增加其它辅助手段和装置，这里面的高温是说矿热炉炉温，不是说直流电阻炉、直流碳化硅或石墨粹冶炼，它的冶炼场景是不同的。

今天我们把这直流炼钢和直流在矿热炉不同特点的技术闭合逻辑和原理简分析一下。

下面括号里钢铁部分知识摘自网上:

（钢和铁的主要区别在于它们的化学成分，特别是碳含量。‌铁的含碳量通常在2%以上，而生铁的含碳量更高，通常在2%到4.3%之间。相比之下，钢的含碳量较低，一般在0.02%到2.11%之间。‌

化学成分和物理性质:

‌铁‌：主要由铁元素和碳元素组成，含碳量高于2%。生铁的含碳量更高，通常在2%到4.3%之间。铁的物理性质包括硬度高但韧性较差，表面粗糙且颜色较暗。‌

‌钢‌：含碳量在0.02%到2.11%之间，根据用途不同可能含有其他合金元素如锰、镍、钒等。钢的物理性质包括高强度、良好的韧性和塑性，表面光滑且颜色较亮。

广义的炼钢电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉等。

通常的电炉钢是指用碱性电弧炉生产的钢，因此本文重点讨论电弧炉(EAF)。电弧炉有直流电弧炉(DC-EAF)和交流电弧炉(AC-EAF)两类，由于直流电弧炉可以减少耐火材料的用量，更节能、噪音小且闪烁减半，因此应用增多且发展迅速。对于直流电弧炉来说，偏心炉底出钢、水冷炉壁、水冷炉盖、氧-燃烧嘴、废钢预热等新技术比较合适且效果较好。20世纪90年代是DC-EAF快速发展的年代，废钢回收率高的工业化国家(如美国、日本、韩国)以及供电能源不足的发展中国家(如中国、东南亚国家)，几年时间所建设50t以上的电弧炉达到100台以上，其中比较有代表性的是日本的240tDC-EAF和美国的280tDC-EAF。

直流电弧炉在炉顶设一个石墨电极，电弧稳定且集中，具有熔池搅拌良好和炉内温度分布均匀的特点，并提高了熔融效率。直流电弧炉的典型特征是以炉顶石墨电极为阴极，阳极与炉底相连接。这就要求其炉底必须具有导电性，炉底可用的导电材料主要有:(1)导电耐火材料(ABB公司);(2)金属元件:包括钢棒电极(Irsid-Clecim)、钢片电极(VAI)、多根钢针电极(GHH)以及铜钢复合水冷底电极。除直流电弧炉炉底所用耐火材料有特殊要求外，其他部位所用的耐火材料均具有很大的相似性。

交流电弧炉(AC-EAF)中应用广泛的是超高功率电炉(UHP-EAF)，这类电弧炉的生产效率高、炉壁损耗慢并具有缩短熔化时间、改善热效率、降低电耗、电弧稳定等优点。因此，超高功率电炉在70年代后期得到了广泛的应用。UHP技术近年来向大容量、高功率趋势发展，国外个别UHP-EAF的功率已达1000kVA/t甚至更高，称为超高功率电弧炉。为更好发挥UHP的优点，相继开发了与超高功率相匹配的技术，主要包括水冷炉壁、水冷炉盖以及长弧泡沫渣冶炼技术。欧洲30t以上的电弧炉均已配备了水冷挂渣炉壁和水冷炉盖，日本的电弧炉配备水冷炉壁的占70%以上，西欧和美国也相继采用水冷挂渣炉壁。使用水冷炉壁技术可使炉壁的使用寿命达到2000炉以上，降低耐火材料消耗60%以上，生产率提高8%〜10%，电极消耗降低0.5kg/t，生产成本降低5%〜10%，而使用水冷炉盖可使炉盖寿命达到4000次。

电炉按出钢类型可分为槽式出钢电弧炉和偏心炉底出钢电弧炉(EBT)，其结构如图1所示。由于偏心炉底(EBT)出钢口可以使水冷区域扩大、耐火材料费用降低并且使钢包中的卸渣量减少，因而应用逐渐增多。

电炉炼钢以废钢、金属化球团等为原料，主要利用电弧热在电弧作用区温度高达4000℃的条件下经一系列的冶金化学反应把废钢炼成新钢，具体过程如图2所示。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。

我国电炉炼钢主要冶炼优质合金钢。

近年来，随着电炉炼钢工艺不断变化，包括更高的操作温度、越来越大的炼钢电炉容量、更强的温度急变、日益提高的合金钢质量等，对耐火材料提出了更高的要求，这是钢成本不可或缺的关键，钢电耗不是第一需要，质量比电耗重要。

碳是钢中的主要合金元素，在铁—碳系中，大多数钢的含碳量都在1%以下，而生铁的含碳量一般为3.5%～4.5%。因此，炼钢过程必须进行脱碳。脱碳不仅是为了降低含碳量，脱碳反应生成CO气泡(在含碳量很低时也生成少量CO2)，在析出时强烈地搅动熔池，这种现象称为熔池沸腾。熔池沸腾可使钢中气体和钢中非金属夹杂物随上浮的气泡去除掉;使钢水成分和温度均匀化;以及增加气—渣—钢之间的接触面积，加快反应速率，缩短冶炼时间。在平炉炼钢和电弧炉炼钢熔池中，CO气泡的上浮所引起的沸腾，促进熔池由上向下的传热。可以说，脱碳反应实质上是一种非常有效的熔池搅拌操作，当然还有吹氧辅助搅拌和脱碳脱杂质。

钢脱碳工艺的基本原理是通过高温溶解在金属液中的氧、炉渣中的氧化铁等与金属液中的碳进行氧化反应，生成CO气体，然后从金属液中排出‌。在炼钢过程中，脱碳反应是一个物理化学过程，主要包括三个环节：氧通过渣层的传质及钢液内碳和氧的传质、碳和氧的化学反应、以及CO向气相逸出。）

冶炼的核心就电效率和热效率综合，两个效率都高了才是高效节能，才会实现低耗高产。直流冶炼钢优点是因为钢冶炼主要是铁的脱碳脱杂质和增加部分其它金属，这个过程铁水导电导热和导电是非常好，尤其在铁升温后电极的接触电阻很小，如果采用传统交流炉，其极间电压高弧光大，虽然电效率也高，但是导致钢冶炼的热效率很差，因为铁水的导电太好，电极的入料很浅，当然交流噪音也非常大，这时冶炼钢采用直流，交流其极间电压低，电极入炉会好一些，提高了热效率，（尤其采用单电极直流，热效率更高，缺点就是底电极问题和耐用性不好），直流炉膛热源里面虽然弧光热减少了，但是电极间的电流阻热提高了，这种阻热在钢水间流动发热，类似细导线接大功率的发热烧坏线皮绝缘，导流发热量多数都在钢水熔液中，钢水类似电阻炉里的电阻丝，这个方式对易导电的铁水加热效率更高，所以直流一出现，日本冶金技术人员很快把它用在钢铁冶炼上。但直流在还原冶炼它不行，还原需要更高温度，少数冶炼温度比较低，比如锰系、铬系，硅铁可勉强用，虽然直流冶炼会比较稳定，但电耗不高，合金或矿的回收率不好。

特种高温合金精炼炉都是交流，没有直流精炼炉也是这个类似的道理，在高温和高回收率的内燃精炼炉上，都没法用直流得到交流的效果，交流设计好了，比现在指标还要有20%以上节电提升，科学的道理都有互通哲学属性，而且是逻辑闭合的规律，我们择机讲解矿热炉极限指标规律性。

这交流矿热炉和直流矿热炉就是卖枣和卖核桃，卖枣吆喝“大枣小仁，小枣没仁，快来买”，大家都买了，卖核桃的学着吆喝“大核桃小仁，小核桃没仁”，聪明人听了就不买了，这把直流用在矿热，也很有这个味道，其实最初就是很多人看到直流炼钢把它挪移到矿热炉的，中国最早1985年就有人提出，1997-2000年中国有过一次尝试潮，好用的一个没有，用到今天的一个没有，多数昙花一现后面都被拆除了，交学费记忆惨痛的项目一堆。

电加热无论是电阻热还是电弧热，或者微波电磁加热，浪费了电无论效率高低总是能冶炼，但冶炼好冶炼出利润和优势很难，很多直流总是说开炉成功，一问指标打死不说，送上电出来产品就可以说成功，但没有利润、质量或成本优势，成功就就没有了意义。

这是因为，在矿热炉上原料主要是金属或非金属的氧化物不是液态熔化的金属，首先他们还原温度明显高于铁的熔化温度，而且氧化物的电阻大、热阻也大，多数氧化物原料的导热不好，这样直流的优势就不能满足。直流的功率因数高了没有带来电效率和热效率的提高，同时，直流加热温度主要是阻热和原料间发热，发热慢而且低温原料间导流不好做功就不好，所以直流矿热炉冶炼效果就明显不如交流，因此国外多年都不采用直流矿热炉，这些五十年前他们就研究清楚了。中国今天也没有一台敢于公开真实冶炼全数据的直流矿热炉。

直流矿热炉的极心很多不吃料或吃料不好，直流冶炼起炉和低温升温慢，都明显说明直流弧光温度不行，所以直流炉心吃料慢送电起炉升温慢。

很多产业在选择直流和交流的基础逻辑都是吻合特点的，生活中最相似的就是电焊，矿热炉电极也是巨大的焊条，只是不是熔化自己，电极只是熔化加热原料，自己被迫消耗一部分，之所以选择碳素，因为碳素是大自然里在空气中导电耐高温又不污染冶炼唯一的材料，基本无可替代的，人类或许还要用几千年，但电焊一但不起弧，不但熔化不了钢板，连焊条自己也熔化不了，虽然这时电焊条电流很大，憋的焊机嗡嗡响，这就是大电流低电压的结果，很多时候矿热炉坐死了电极不吃料就是这个因素和趋势，直流矿热炉是走向了这个坐死冶炼趋势，又怎么会好。

好就是拿出冶炼真实的全数据，让世人看到好不好？50多年了，除了单电极直流处理低品位铬原料有数据，其它直流炉基本拿不出稳定真实的数据，稳定的炉况都没有，怎么好？数据都拿不出来不让验证真假，凭什么说好？直流冶炼提出来五十多年了，谁都没有完整真实长期的数据，说好是从何来？

有人上了就是好吗？请换位思考一下吧，上当受骗都是有人接受了才上当，并不代表骗子们是对的，世界每个领域“庞氏骗局”多少人跟风，谁见他们最后成功了，任何荒唐虚假总有翻车的时候。

直流冶炼还有一个启示案例，就是直流点焊机，大家看到锂电导出极很多铝片转镍片，就是点焊，还有咱们圆形充电池186500-21700电池或7号5号很多理发器剃须刀电池的镍片焊接就是直流点焊的。点焊通过两个尖触头分别接 直流电源或电池正负极，把两个正负极距离不远同时点在镍片上，直流短路发热，会把镍片和铝片或电池正负极贴片焊接到一起，实现导电的输出，这个点焊接都是直流，没有交流的，就是直流电压低不起弧，电流大电阻发热大点焊效果好。

如果点焊换成交流就反过来了，同样功率点焊弧光温度高，不小心会打烂薄薄的镍片，交流的电阻热不如直流，它们各有千秋，交流骗重弧光发热，直流侧重电阻发热，这个点焊机直流和交流特点，完全可以说明直流和交流的不同特征。直流有稳定弧光和电流，通过电压可以精确控制功率，比较稳定。交流有频率和电压两个方式控制弧光和电流，在很多领域更科学。

直流炼钢主要是用电流发热，但矿热炉还原需要的是弧光热，直流炼钢要的是电阻热，矿热炉要弧光热，直流矿热炉就是核桃和枣，吃的东西不一样，因此直流矿热炉没有好冶炼结果，多年没有好的案例，基本都好的不让看，实际根本不会好，这道理和计划经济和自由经济一样，所以国外发达国家五十多年也不用直流做矿热炉。

其它还有二十多个不同冶炼可以说透直流不能用在矿热炉的根本技术原理，后面逐个列出来，分不同篇幅深度介绍和讲解。

治冶子

2024/12/18

来源：新浪财经