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1、钢铁冶金技术脉络(一）,钢铁冶金的发展史可以追溯到两千年前，它是怎样发展到今天的水平？这对于我们钢铁冶金工作者来讲具有重要意义。它将揭示钢铁冶金技术发展的推动力是什么？它将指导我们如何综合利用、经济利用这些技术？它将引导我们如何进一步完善和发展现代技术？,图1 典型的钢铁冶金流程示意图,1.介绍各主体工序技术的昨天、今天和明天。2.介绍主体工序之间的“界面技术”（炉外处理技术）的发展过程。,图2 典型的钢铁冶金工序简图,一、高炉炼铁,图3 高炉炉膛剖面图,高炉技术发展的核心：提高铁水温度，实现“铁水”炼钢,高炉发展理念：由“高产”转化为“高效”1.高效利用资源：各种品位的铁矿石；2.高效利用能
2、源：各种可利用的燃料和能源回收；3.高效利用设备：提高利用系数。,高炉发展的三大问题：1.随着高炉大型化，对烧结矿、球团矿、焦炭等原料强度要求越来越高，加工工艺日益复杂化，同时造成严重的大气、水、粉尘等污染；2.主焦炭在高炉生产中耗用太多，而世界普遍存在其储量较少的问题，这势必会给高炉的后续发展带来危机感；3.高炉规模大会导致铁、烧、焦生产设备庞大复杂、生产流程过长，投资增大，竞争力下降。,二、非高炉炼铁,非高炉炼铁法是除高炉外不用焦炭炼铁的各种工艺方法的统称。根据产品为固态铁或液态铁水或半钢，可分为直接还原法、熔融还原法以及氢冶金。,1.直接还原炼铁 直接还原炼铁是一种使用煤、气体或液体燃料
3、作为能源和还原剂，在铁矿石软化温度下，不熔化即将铁矿石中氧化铁还原获得固态直接还原铁（DRI、HBI、HDRI）的生产工艺。主要工艺 1.流化床法（FIOR法，碳化铁法）;2.转底炉法（FASTMET法，ITMK法）;3.煤制气法（如MIDREX法，HXL-3法等）;,直接还原炼铁目前受到了资源制约出现三种趋势：一是适用于直接还原炼铁的优质矿不断减少，而且热压成球又会增加成本，采用廉价的粉矿已成开发技术方向；二是天然气资源日益减少，价格上升，采用煤作燃料又重新得以发展；三是由于氢作为新的能源和还原剂，具有清洁、循环、环保的冶金技术必将倍受重视，一场冶金技术革命必将到来！,2.熔融还原炼铁 近3
4、0年来，许多国家均积极开发研究熔融还原炼铁新工艺，其主要原因：一、炼焦煤资源缺少且分布不均；二、焦炉重建抉择；三、传统高炉炼铁工艺流程长、投资大;四、新工艺环境污染小，易建立绿色钢厂。,在诸多熔融还原技术开发中，以奥钢联开发的COREX法进展最快,是世界上唯一已实现工业生产的熔融还原炼铁技术。它采用块矿或球团矿和非炼焦煤，而不需用炼焦设备或焦炭。,图4 COREX生产流程,熔融还原的研究自20世纪40年代就已开始，而且方法很多，如HISMELT、CIOS、DIOS、AISI法等。理论研究的成果很多，实验室研究和小型工业试验较多，但进行工业性试验的仅有COREX、FINEX、HISMELT等少数
5、。熔融还原应用于工业生产尚有许多问题需解决，因而融熔还原作为一项炼铁的新技术真正进入工业性大规模生产还要走较长的路。,3.氢冶金i.化石燃料在一次能源中的使用比例将受到限制 在传统的以矿石为原料的炼钢流程中，碳是主要的还原剂，同时，煤炭在不少国家和地区也超过石油、天然气和电力成为钢铁生产过程中主要的能源。本世纪后期世界各国将面临石油资源枯竭的问题，煤炭资源虽然能维持更长的时间，但是由于温室气体排放问题已经受到全球的关注，因此限制化石燃料在一次能源中的使用比例是势在必行的。,ii.氢取代碳作为还原剂的绿色冶金方向 氢作为理想的未来能源日益引起重视，与天然气、煤和石油不同,氢燃烧时高效、清洁，仅产
6、生水蒸气而不会产生污染物或温室气体。我们在相关的研讨会上曾展望以氢取代碳作为还原剂的绿色冶金方向，并讨论了相应的工艺流程方案。,iii.氢的经济、安全和有效利用 为使人类能应用氢这一高效、清洁的能源，科学家们正在做不懈的努力，以便利用太阳能、水能、风能、核能等能源制氢，氢的经济、安全和有效利用问题也引起强烈的关注，“氢经济”的概念呼之欲出。在未来，当解决了利用再生能源大量生产和储存廉价氢源的问题时，则其广泛应用将成为可能。,图5 氢冶金流程图,二、炼钢,1、早期炼钢 i.早期精炼法 ii.渗碳法 iii.坩埚法 iv.贝塞麦法（图6）v.托马斯炉,图6 贝塞麦底吹空气转炉,2、平炉炼钢时代 平
7、炉炼钢法也叫“西门斯-马丁”炼钢法。1.酸性平炉2.碱性平炉 二十世纪中叶，平炉钢产量占世界总产量80%，平炉最大容量达到了900吨。但是，转炉却在二十年后又反超平炉，最终平炉在上世纪末被淘汰出局。,图7 平炉工作原理图,3、转炉炼钢时代 从纯氧炼钢的想法提出到实现工业化生产，经过近一个世纪。其中，突破了三大关键技术，即制氧技术、吹氧技术和炉衬适应技术。,图8 氧气顶吹转炉示意图,在随后的技术开发过程，转炉又成功地开发了三大技术：顶底复合吹炼技术、溅渣护炉技术和自动化炼钢。氧气转炉顶底复合吹炼技术。氧气转炉顶底复合吹炼技术是从转炉炉顶吹氧的同时又向炉底吹入不同气体进行吹炼的转炉炼钢方法。溅渣护
8、炉技术。炉龄最高达36000炉，提高了十倍，使转炉产能极大地得到释放。自动化炼钢技术。这是20世纪中后期转炉技术上又一次重大的革命性的进步，使得转炉炼钢实现依据理论计算、经验和先进监测手段相结合并采用计算机控制的科学炼钢。,由于转炉炼钢技术已经走上成熟，其发展可能有三个趋向：一是功能单一化；二是功能复合化；三是转炉热高效利用。转炉的使命最终为氢冶金所代替，退出历史舞台！,4、电炉炼钢时代,图9 电炉示意图,电炉炼钢是以废钢为主要原料，以三相交流电或以直流电做电源。利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温（3000）来加热、熔化炉料，是生产合金钢和特殊钢的主要方法。,电炉的出现开辟了非煤能
9、源炼钢的新途径，使得废钢得到经济回收，最终使得钢铁成为世界上最易于回收的材料，成为循环材料、绿色材料，为可持续发展做出了巨大贡献。在我国，1995年以前电炉钢比例保持在20%左右，但是由于中国钢产量的增长速度惊人，尽管电炉钢的总量是增长的，但所占比例却连续下滑已低于15%。,目前电炉流程虽有一定的发展空间，但由于废钢和电力紧缺的局面存在，电炉钢的发展仍面临着四个方面的制约：成本制约 废钢资源及价格制约 能源制约 钢质量制约,电炉炼钢时代能到来吗？首先从电炉流程的特点看，电炉流程与转炉流程比较具有以下特点（宏观层面）：投资问题 资源问题 环保问题 能耗问题,第二从电炉炼钢的技术进步状况看：电炉炼
10、钢与连铸相匹配：核心问题就是提高生产率，其途径就是扩大炉容和缩短冶炼时间。.有四大技术支撑着电炉炼钢效率的提高。i.超高功率（UHP）电弧炉的供电技术。ii.吹氧熔炼技术。iii.长弧泡沫渣冶炼技术。iv.偏心炉底出钢技术（EBT）。,多元化能量利用技术给电炉炼钢带来新的降本空间。i.二次燃烧技术 ii.电炉烧嘴技术 iii.废钢预热技术主原料的多样化使电炉获得新的竞争力。i.热装铁水 ii.直接还原铁和热压块 iii.非碳炼铁技术发展,电弧炉炼钢的整体优化，使“连续炼钢”成为现实。随着电炉的自动炼钢技术的开发，新的高效炉型层出不穷，特别是双炉壳与竖炉、连续装料与竖炉结合形成了效率更高，能量利用更好的电弧炉系统。,人们断言：连续炼钢技术即将诞生！电弧炉炼钢时代已经来临！,
