小钢厂设计(engineering design of mini steel works)

以废钢、直接还原铁为主要原料，用电弧炉冶炼成普通钢或某些高级钢种并用相应轧机轧成钢材的工厂设计。小钢厂无炼铁高炉，不用冶金焦炭，故又称“无焦冶金厂”；与高炉一转炉长流程的钢铁联合企业相比，小钢厂无高炉、焦炉、烧结(球团)等，生产流程短，故也称短流程钢厂；由于小钢厂生产产品种类灵活性大，销售靠近市场，还被称为“市场钢厂”。随着钢铁生产技术的发展，小钢厂的生产流程和产品结构也将随之不断变化，因此，对这种短流程工厂暂时不必定出一个标准名称。在较广的含义上，特殊钢厂也属于短流程生产工艺范畴(见特殊钢厂设计)。

小钢厂有以下5个主要特点：(1)主要以废钢、直接还原铁为原料，不使用昂贵的冶金焦炭。(2)经济规模较小，因此建设时间短、投资少、回收快。(3)生产灵活性较大，易于改扩建和采用先进技术，以满足经常变化的小批量新品种的要求。(4)厂址易于选择，接近市场；不像大型钢铁联合企业那样，要求具备多种建设条件的地点，且远离销售市场，运输费用高。(5)环境污染较少、能耗较低。这些都使小钢厂在竞争中处于有利地位。

简史 20世纪60年代已出现了一种被称为小钢厂的工厂。1967年美国已建有大约20家平均年产规模为10万t的小钢厂。到20世纪80年代末，全世界约有小钢厂360家，年生产能力约为1亿t；其中以美国、日本、意大利等国较多。小钢厂开始发展时，年产规模多为5～20万t，后来达到50万t，到80年代已经达到100～150万t或更多一些。由于生产技术的不断发展，如超高功率电弧炉、各类炉外精炼设施、各类连铸机以及适于小钢厂生产的各种类型轧钢机的发展，促使小钢厂的产品结构也发生了变化，初期只生产小型型钢、钢筋等产品，逐步发展到可以生产线材、带材、板材、管材及较大规格的型材。小钢厂的生产工艺及设备仍在继续发展之中。

产品 有炼钢、轧钢设备的小钢厂生产出来的最终产品有型材、棒材、线材、带材、板材、管材等，视要求而选用不同的轧制设备。冶炼的钢种有普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和某些特殊钢种。

生产工艺流程 小钢厂基本生产工艺为电弧炉炼钢一轧钢流程。但由于原料供应、钢的质量、钢材种类要求不同以及节能、经济等因素不同而采用不同的工序。小钢厂的基本生产工艺流程见图1。

图1    小钢厂基本生产工艺流程

设置什么类型的轧钢设施要视生产的钢材种类而定。几种生产不同轧材的小钢厂典型轧钢工艺流程见图2。

图2      小钢厂几种典型轧钢工艺流程

关于炼钢、轧钢的一些较详细的技术及设计参见电弧炉炼钢车间设计、超高功率电炉工艺设计、钢水炉外精炼设施设计、连续铸钢车间设计以及轧钢厂设计的有关部分。

紧凑流程和布置 传统钢厂各生产车间多为独立布置，车间之间采用铁路及道路运输。随着新工艺和新技术的发展，如采用连续铸钢以取代模铸和初轧，采用钢坯热送、直接轧制、连轧等，发展了一种紧凑流程(Compact Process)。该流程可将原有生产流程更加缩短，各车间之间布置更加紧凑，半成品尽可能采用内部运送方式，能提高效率、质量、降低投资和成本。一种采用薄板坯连铸生产带钢的紧凑式小钢厂布置示意如图3所示。

车间组成 小钢厂的车间组成大致如下所列，可视具体情况及要求设置。(1)电弧炉炼钢车间，包括炉外精炼及连铸设备；(2)各类轧钢车间；(3)废钢储存及加工设施；(4)外购直接还原铁储仓；(5)铁合金储存设施；(6)全厂各种公用系统，包括变配电站、氧气站、压缩空气站、锅炉房、水泵站、供排水和水处理设施、供燃气和供油设施等；(7)理化检验，机电和自动化仪表等检修设施；(8)运输设施，各类仓库包括耐火材料、油脂仓库等；(9)计算机系统和有关计算机房；(10)电信系统；(11)办公和辅助设施等。此外，有些设施是附属于主生产车间，如除尘设施、余热利用设施、车间变电所、钢坯库和钢材库等。有些小钢厂还建有生产直接还原铁的车间，还需有一系列的生产工序和设备。

经济性 由于原料、产品种类、技术水平等具体条件的不同和变化，要较准确地简要比较小钢厂与钢铁联合企业两者的投资较为困难。但由于小钢厂是用电炉炼钢，以废钢作为主金属原料，不需建设钢铁联合企业中的高炉、焦炉、烧结(球团)，故概略地说，小钢厂建设的单位投资一般仅为钢铁联合企业的45％～55％。在废钢及电力价格较便宜的地区，小钢厂电炉炼钢的成本，也较钢铁联合企业低。

电炉炼钢成本中，废钢费用占很大比重，废钢价格的高低在很大程度上影响其成本的高低。由于连续铸钢、连轧等新技术的发展，使钢的收得率和成材率不断提高，钢厂返回的优质废钢相对减少且将日趋昂贵。另外，从社会购进的用于炼钢的废钢中，含残留有害元素多，将影响钢的质量。因此，在配加的金属料中，常加入不同百分比的直接还原铁，它和高炉生铁一样含残留有害元素很少，但其价格较废钢贵。这些都将影响小钢厂电炉炼钢在成本上的经济效益优势。钢铁工业金属原料来源主要为铁矿石和废钢，它们是一种初生和次生关系，当以废钢为主原料的电炉钢发展到一定程度时，小钢厂与钢铁联合企业的发展将形成在一定范围内波动的比例关系。

展望 20世纪80年代以来，几个先进国家大力试验研究了熔融还原(Smelting Reduction)技术。它是用非焦煤代替焦炭，将铁矿石冶炼成液态生铁的非高炉炼铁方法。熔融还原法与高炉法炼铁相比，可以不用资源有限且价格昂贵的焦炭，可取代传统的高炉、焦炉，并有可能取消烧结(球团)，其流程较短、综合投资较低，对环境污染也较少，但耗氧量大。熔融还原炼出的液态生铁可供给炼钢做金属料。待进一步完善后，它与炼钢、轧钢相结合，将是一种有发展前途的新的短流程生产工艺。