鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵共性前沿技術(shù)

1、目錄一、鋼鐵主要工序關(guān)鍵共性工藝技術(shù)- 1 -1.1煉鐵工序- 1 -高爐煉鐵- 1 -非高爐煉鐵- 2 -燒結(jié)煙氣脫硫- 4 -干熄焦技術(shù)- 5 -1.2煉鋼工序- 6 -轉(zhuǎn)爐煉鋼- 6 -1.2.2“短流程”煉鋼- 6 -爐外精煉- 7 -特種冶金- 8 -潔凈鋼生產(chǎn)前沿技術(shù)- 9 -1.3高效連鑄及軋鋼- 11 -高效連鑄- 11 -軋鋼- 12 -薄帶鋼連鑄-連軋新技術(shù)- 13 -有限元及仿真模擬技術(shù)- 14 -二、鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈先進生產(chǎn)工藝技術(shù)- 15 -2.1鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟延長產(chǎn)業(yè)鏈中的先進生產(chǎn)工藝技術(shù)清單- 15 -2.2鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈示意圖- 16 -

2、三、低碳經(jīng)濟下的鋼鐵行業(yè)技術(shù)策略- 17 -3.1國外鋼鐵工業(yè)低碳煉鐵技術(shù)研究- 18 -3.1.1 世界鋼鐵協(xié)會世界鋼鐵2050報告- 18 -歐洲超低二氧化碳排放(ULCOS)項目- 20 -日本二氧化碳減排革新技術(shù)- 20 -韓國“驅(qū)逐碳的煉鐵項目”- 21 -3.2我國低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展方向- 21 -降低高爐燃料比的技術(shù)- 21 -低碳煉鐵技術(shù)集成- 22 -低碳煉鐵技術(shù)創(chuàng)新- 22 -3.3低碳煉鐵技術(shù)展望- 23 -四、節(jié)能減排中的關(guān)鍵共性技術(shù)- 24 -4.1燒結(jié)余熱的回收與利用技術(shù)- 24 -4.2干熄焦技術(shù)- 25 -4.3高爐熔渣顯熱回收技術(shù)- 25 -4.4轉(zhuǎn)爐負能煉鋼技

3、術(shù)- 25 -4.5高溫蓄熱燃燒技術(shù)- 26 -4.6界面熱銜接技術(shù)- 26 -4.7能源管理與控制技術(shù)- 26 -五、鋼鐵企業(yè)信息化建設中的共性問題和共性技術(shù)- 27 -5.1鋼鐵企業(yè)信息化的核心：產(chǎn)銷一體化- 27 -5.2.體現(xiàn)鋼鐵工業(yè)特色的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES- 27 -5.3企業(yè)資源全面管理系統(tǒng)ERM- 28 -5.4鋼鐵企業(yè)的知識獲取和管理系統(tǒng)KMS- 28 -5.5鋼鐵企業(yè)信息化的編碼體系- 28 -5.6把握鋼鐵企業(yè)信息化的難點- 29 -一、鋼鐵主要工序關(guān)鍵共性工藝技術(shù)1.1煉鐵工序煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)中的能耗大戶和主要污染源。由燒結(jié)、球團、焦化以及高爐各工序組成的煉鐵過程，消耗了噸

4、鋼總能量的70 %左右，同時產(chǎn)生大量粉塵、廢氣和廢水。煉鐵的能量消耗成為噸鋼成本中的重要組成部分，而污染物的排放也對環(huán)境造成嚴重影響。因此，煉鐵的節(jié)能與環(huán)保對整個鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展是十分重要的。煉鐵工序?qū)⒆裱咸幚怼⑦€原過程與能源和物料的循環(huán)、轉(zhuǎn)換相結(jié)合, 向低能耗( 包括少焦、非焦) 、高效率、長爐齡、“零”排放的方向發(fā)展。1.1.1高爐煉鐵高爐流程仍是煉鐵工藝的主流, 節(jié)能和環(huán)保是首要任務。高爐普遍采用高爐長壽技術(shù)、TRT發(fā)電技術(shù)、熱風爐技術(shù)、爐渣處理技術(shù)、高爐專家系統(tǒng)等先進技術(shù)來提高各項指標。TRT發(fā)電技術(shù)：TRT是“高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置”的縮寫，是國際公認的鋼鐵企業(yè)很有價值的二次

5、能源回收裝置，它利用高爐爐頂煤氣所具有的壓力能和熱能，通過透平機膨脹做功轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。這種發(fā)電方式既不消耗任何燃料，也不產(chǎn)生環(huán)境污染，發(fā)電成本極低，是高爐冶煉工序的重大節(jié)能項目，經(jīng)濟效益十分顯著。新修訂的高爐煉鐵工藝設計規(guī)范中已明確指出：高爐（指鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中規(guī)定的容積大于1000立方米的高爐）必須設置高爐爐頂煤氣壓余發(fā)電裝置，余壓透平發(fā)電裝置應與高爐同步投產(chǎn)。一般來說，采用高爐煤氣干法除塵，設備投入為濕法除塵的60%70%，從工藝上來講完全可以取代濕法除塵設備。除此之外，干法除塵還具有以下優(yōu)勢：不耗新水，不會產(chǎn)生污水和污泥，噸鐵可節(jié)水0.70.8立方米；除塵效果好，可

6、以實現(xiàn)煤氣含塵量小于3毫克/立方米；煤氣溫度高和含水量低，可使煤氣發(fā)熱值提高，同時使TRT發(fā)電能力增強36%，減輕煤氣管道銹蝕；干法除塵裝置占地少，僅為濕法除塵的50%，且建設周期縮短；采用氮氣脈沖反吹技術(shù)，清灰效果好，減少了煤氣泄露。萊鋼、柳鋼、通鋼、韶鋼、攀鋼、首鋼、邯鋼、石鋼、青鋼、杭鋼、太鋼、本鋼等企業(yè)的部分高爐均采用了干法除塵。在設備上，TRT裝置代替了原來煤氣系統(tǒng)的高壓閥組，不同的是，原煤氣系統(tǒng)的高壓閥組將煤氣的壓力能白白泄漏掉了，而TRT裝置可以回收高爐鼓風能量的30%左右。目前，全國已有220多套TRT系統(tǒng)在運行，但是其發(fā)電量有很大的差異，除采用干法除塵與濕法除塵所造成的差異之

7、外，尚有多種因素存在。絕大多數(shù)高爐還在采用濕法除塵技術(shù)裝備，發(fā)電潛力較大。一部分企業(yè)TRT設備管理水平不高，致使TRT設備沒有達到設計能力。我國高爐爐頂煤氣壓力水平與國外相比還存在較大差距，這也影響了TRT設備能力的發(fā)揮。據(jù)統(tǒng)計，寶鋼3號高爐（4350立方米）的爐頂壓力為234千帕，是我國高爐爐頂壓力最高的高爐，鞍鋼6號高爐（3200立方米）頂壓為232千帕，首鋼2號高爐（2536立方米）頂壓為197千帕，武鋼1號高爐（2200立方米）頂壓為209千帕，柳鋼2號高爐（1080立方米）頂壓為181千帕，均是同類型容積高爐頂壓較高的高爐。如全國高爐全部采用干式TRT裝置技術(shù)，年可節(jié)電120億kWh

8、，還可解決噪音、震動、粉塵污染等問題。高爐噴煤：高爐噴吹煤粉是一項綜合技術(shù), 包括煤制粉技術(shù)、輸送技術(shù)(濃相輸送和煙煤粉輸送屬于高技術(shù)含量的技術(shù))、噴吹工藝技術(shù)等, 與之相關(guān)的技術(shù)還有1200高風溫“自身予熱”熱風爐技術(shù), 噴煤過程的計量、測溫、調(diào)節(jié)和控制等技術(shù)。煉鐵精料水平的提高,富氧率和風溫的提高,均有利于噴煤量的提高。高風溫、高富氧、超高量(噴煤比大于250kg/t)噴煤技術(shù)是今后發(fā)展方向。今后要在精料、高風溫、高富氧條件下, 研究高爐的最大噴煤量或極限噴煤量; 研究大量噴煤時煤粉在高爐內(nèi)的行為, 對高爐料透氣的影響及高爐內(nèi)碳的平衡等。加拿大冶金專家發(fā)明一種高噴煤量氧氣煉鐵工藝,仍采用傳

9、統(tǒng)的高爐作為反應器,通過風口噴入非煉焦煤可達300kg/t以上,使焦比降至200kg/t以下,實現(xiàn)了以煤代焦,以煤為主,改變了煉鐵工序能源結(jié)構(gòu)。ORP工藝是日本新日鐵公司開發(fā)的一種目前廣為應用的高效率生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純凈鋼工藝。該工藝的特點是在高爐出槽脫硫, 在魚雷混鐵中采用頂噴粉同時脫磷脫硫, 在LD-OB 中脫碳。1.1.2非高爐煉鐵非高爐煉鐵主要有直接還原工藝和熔融還原工藝，省去了燒結(jié)、球團和焦化工序，具有流程短、降低投資成本、減輕環(huán)境污染、生產(chǎn)靈活性強等一系列優(yōu)越性，是一種節(jié)約能源、環(huán)境友好、投資低且生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)工藝。但與高爐煉鐵相比，對所需要的原燃料條件、生產(chǎn)工藝、技術(shù)設備等方面要求嚴格

10、，在能源消耗、CO排放、基建投資、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)規(guī)模、設備壽命等方面并沒有形成絕對的優(yōu)勢，很多地方仍需改進，在全世界尚未得到普及。1.1.2.1直接還原煉鐵技術(shù)國外從80年代以來，由直接還原爐-高功率直流電弧爐-薄板坯連鑄機-熱連軋機構(gòu)成的現(xiàn)代化短流程鋼鐵生產(chǎn)線得到大力發(fā)展。直接還原爐作為短流程的一環(huán)發(fā)揮重要作用。直接還原煉鐵是一種使用煤、氣體或液體燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下，不熔化即將鐵礦石中氧化鐵還原獲得固態(tài)還原鐵（DRI、HBI、HDRI）的生產(chǎn)工藝。該技術(shù)因其設備簡單、投資少、不需要消耗焦炭和燒結(jié)礦、建設周期短等倍受青睞。直接還原鐵生產(chǎn)方式，大致分為兩種：一種煤基回轉(zhuǎn)窯法

11、，另一種為氣基豎爐法。氣基直接還原法由于環(huán)境污染小、耗水量少、噪音小、產(chǎn)生的CO2少，而且生產(chǎn)的熱壓金屬團塊（HBI）便于運輸和儲存，具有很強的競爭力和發(fā)展?jié)摿?，因此占絕對優(yōu)勢。MIDREX及HYL-比例逐年升高，目前已占80%以上。MIDREX法是目前最完善的直接還原工藝，但由于作為還原劑的天然氣價格昂貴，且需用塊礦做原料，該法不適于我國。發(fā)展煤基還原的兩個重要國家是印度和南非，印度和南非均富鐵礦而少焦煤，這兩國的回轉(zhuǎn)窯都實現(xiàn)了全煤操作，設備完善，溫度控制容易，生產(chǎn)工藝成熟。由于我國天然氣短缺，直接還原煉鐵技術(shù)發(fā)展緩慢。我國迄今已建成直接還原鐵能力40萬t/a，天津鋼管公司耗資10億元引進戴

12、維公司兩條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，使用南非塊礦生產(chǎn)，尚未達到30萬t/a的設計能力，遼寧喀左采用“一步法鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝”，登封回轉(zhuǎn)窯使用富塊礦，兩廠合計56萬tDRI，其余為隧道窯生產(chǎn)，目前籌建中的山東魯中、吉林樺甸、安徽霍邱等回轉(zhuǎn)窯隧道窯直接還原工廠規(guī)模都不超過10萬t/a。用煤為主的轉(zhuǎn)底爐（RHF）技術(shù)，以FASTMET和REDMELT為代表，近年來發(fā)展迅速，技術(shù)日趨成熟，但仍有改進空間，這一技術(shù)規(guī)模也不大，目前一般用于鋼鐵廠粉塵的回收和處理（脫除和回收Sn、Zn），以及和電爐煉鋼相結(jié)合，實踐直接還原鐵的生產(chǎn)和電爐熔煉煉鋼相結(jié)合的鋼鐵冶煉短流程工藝。隨著廢鋼越來越多，電力供應充足，電爐煉鋼比例的

13、逐步增加，這種技術(shù)在中小型鋼廠將會取得更大發(fā)展。北京科技大學自主開發(fā)了煤基熱風轉(zhuǎn)底爐法（CHARP），實驗效果很好，現(xiàn)已開始在山西、河南兩地各建一座年產(chǎn)10萬t的轉(zhuǎn)底爐。投資約500元/t，僅相當于高爐系統(tǒng)（鐵、燒、焦）的60%70%。我國煤炭資源豐富，此法在我國前景較好。氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵重要條件之一，即需要提供大容量氫資源。國外普遍采用天然氣熱裂解制氫，提供氫資源，而我國天然氣相對短缺，不宜普遍采用。在我國以碳冶金為基礎(chǔ)長流程的煉焦過程中發(fā)生大量焦爐煤氣，（年焦爐煤氣發(fā)生量為8001000億m3）而焦爐煤氣中含有60%以上的氫，合理利用焦爐煤氣可為直接還原鐵生產(chǎn)提供大容量氫資源，為傳統(tǒng)

14、鋼鐵廠生產(chǎn)直接還原鐵提供資源條件，推進鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟發(fā)展方式。利用焦爐煤氣采用HYL-ZR技術(shù)生產(chǎn)直接還原鐵，在墨西哥HYL-SA公司進行半工業(yè)性試驗取得完全成功，為焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵提供技術(shù)保證。在傳統(tǒng)高爐上，利用焦爐煤氣或改質(zhì)焦爐煤氣進行噴吹，可以增加高爐產(chǎn)量、降低焦比，這是日本鋼鐵聯(lián)盟COURSE50研發(fā)課題之一，我國鋼鐵業(yè)應跟蹤研究開發(fā)?？傮w上說，直接還原鐵發(fā)展呈現(xiàn)以下三大趨勢，采用粉礦；采用煤做燃料；設備大型化。技術(shù)經(jīng)濟上比較，直接還原工藝仍以豎爐-球團（塊礦）法最有競爭力，該法投資最少，成本最低、技術(shù)最成熟、生產(chǎn)率最高。非高爐煉鐵原料的發(fā)展趨勢正顯示出從使用塊礦向使

15、用廉價的粉礦轉(zhuǎn)移，從使用天然氣向非結(jié)焦煤做燃料轉(zhuǎn)移。1.1.2.2熔融還原技術(shù)熔融還原是當代鋼鐵工業(yè)前沿技術(shù)之一，現(xiàn)泛指用非焦煤直接生產(chǎn)出熱態(tài)鐵水的工藝。熔融還原流程不建焦化設施，用塊礦時不建燒結(jié)、球團設施，減少了污染源，使建立綠色鋼廠成為可能。熔融還原諸多技術(shù)中，以奧鋼聯(lián)開發(fā)的COREX法進展最快。其他方法有韓國浦項和奧鋼聯(lián)共同開發(fā)的FINER法，澳大利亞的AusIron法和HISMELT法、俄羅斯的ROMELT法、日本的DIOS法等均有不同進展。COREX是世界上唯一已實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的熔融還原技術(shù)。但還存在著耗煤高、原料要求苛刻（需塊礦）、全氧煉鐵強化程度低等不足。FINEX工藝直接使用煤和

16、粉礦，但仍在開發(fā)中。HIS法商業(yè)規(guī)模工廠于2005年5月建成投產(chǎn)，萊鋼已簽訂商業(yè)化協(xié)議，如實踐證明可行，將在萊鋼建設生產(chǎn)線。1.1.3燒結(jié)煙氣脫硫鋼鐵行業(yè)脫硫工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢必然是煙粉塵、二氧化硫、二惡英等多組份的同時去除。我國企業(yè)缺少長遠規(guī)劃，目前大多數(shù)燒結(jié)脫硫工藝現(xiàn)在和將來都無法脫除二惡英有害物質(zhì)，不符合未來燒結(jié)脫硫的發(fā)展趨勢。 我國燒結(jié)脫硫的基礎(chǔ)薄弱，2008年初，我國僅有3家鋼鐵企業(yè)4臺燒結(jié)機脫硫裝置真正處于正常運行中，燒結(jié)機脫硫面積僅611m2，最大面積265m2。 通過國家有關(guān)部門的高度重視和業(yè)內(nèi)專家的強烈呼吁，以及迫于節(jié)能減排的壓力，2008年以來越來越多的企業(yè)開始開展燒結(jié)脫硫

17、，如寶鋼、鞍鋼、武鋼、太鋼、馬鋼、邯鋼、攀鋼、南鋼、湘鋼、萊鋼、杭鋼等企業(yè)紛紛開始建設或者正在做方案，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)脫硫呈現(xiàn)良好勢頭。但經(jīng)過一年多時間的發(fā)展，至2009年5月底，我國已建成燒結(jié)煙氣脫硫裝置35套，實現(xiàn)脫硫的燒結(jié)機共40臺，燒結(jié)機總面積6312m2，形成燒結(jié)煙氣脫硫能力8.2萬噸。到2009年底，全國又有數(shù)十套燒結(jié)機脫硫投產(chǎn)。而且配備脫硫的燒結(jié)機面積越來越大。除去以脫氟為主的包鋼265m2燒結(jié)機之外，以前我國脫硫的燒結(jié)機最大面積僅180m2。2008-2009年兩年寶鋼495m2、南鋼360m2、湘鋼360m2、馬鋼300m2等大型燒結(jié)機的脫硫工程都已經(jīng)投產(chǎn)或開始建設，太鋼500m

18、2、鞍鋼360m2等大型燒結(jié)機也開始做方案。目前，我國燒結(jié)機煙氣脫硫主要涉及的脫硫工藝主要有干法、半干法和濕法。十法工藝主要有活性焦吸附法、LJS煙氣循環(huán)流化床多組份干法、ENS干法、密相干塔法、GSCA雙循環(huán)循環(huán)流化床干法、MEROS煙道噴射干法、LEC石灰石排控干法；濕法工藝主要有石灰石-石膏濕法、硫銨濕法、氧化鎂濕法、雙堿液濕法、離子液濕法；半干法主要有NID煙道循環(huán)法、SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法。國家在政策方面扶持力度逐步加大，國務院通過了鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃，提出未來3年內(nèi)鋼鐵行業(yè)要“加大技術(shù)改造力度，推動技術(shù)進步。實施鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步與技術(shù)改造專項，對燒結(jié)煙氣脫硫等循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排工藝技

19、術(shù)，給予重點支持”，并對重點大中型鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排提出了明確的指標要求。鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策（修訂版）也將燒結(jié)脫硫裝置作為新建燒結(jié)機的“三同時”項目。1.1.4干熄焦技術(shù)干熄焦具有回收紅焦顯熱、改善焦炭質(zhì)量、減少環(huán)境污染三大優(yōu)點。近年來，干熄焦技術(shù)在我國得到迅速推廣，目前，我國已投產(chǎn)和在建的干熄焦裝置已經(jīng)達到了102套，年干熄焦炭總處理能力達到9854萬t，成為世界上干熄焦裝置建設最多的國家，2001年以后建設的干熄焦裝置的國產(chǎn)化率均在90 %以上，最高達到97 %，達到國際先進水平。經(jīng)過多年開發(fā)和實踐，我國干熄焦技術(shù)實現(xiàn)了干熄焦技術(shù)和設備的國產(chǎn)化；實現(xiàn)干熄焦裝置的系列化、大型化、最優(yōu)化；掌握了旋轉(zhuǎn)焦

20、罐技術(shù)、振動給料器及格式密封閥式連續(xù)排焦技術(shù)、熱管給水預熱技術(shù)、多管二次除塵技術(shù)、帶料鐘的裝入裝置和高溫高壓鍋爐技術(shù)等國際領(lǐng)先的干熄焦技術(shù)；并在應用熱管技術(shù)、采用電機振動給料器和“三電一體化”計算機控制系統(tǒng)開發(fā)等方面取得了突破。我國的干熄焦技術(shù)仍然存在的一些技術(shù)問題及缺陷：比如耐火材料損壞嚴重、壽命短、干熄焦裝置的整體能耗高、系統(tǒng)操作難度大、個別設備可靠性需要提高以及干熄焦后續(xù)的環(huán)保問題等等。目前在建的干熄焦裝置投產(chǎn)后，寶鋼、首鋼、武鋼、馬鋼、太鋼、唐鋼、沙鋼等國內(nèi)大型鋼鐵廠的焦爐將全部采用干熄焦。鞍鋼6m以上的大型焦爐也將全部采用干熄焦。1.2煉鋼工序煉鋼工序?qū)⒆裱ば蚬δ艿慕馕鰞?yōu)化、工序間

21、的協(xié)調(diào)優(yōu)化的原則, 向連續(xù)高效生產(chǎn)潔凈鋼的方向發(fā)展。凝固成型工序?qū)⒆裱咚倩?遠離平衡的凝固)和近終形(強化成形功能)的原則, 成為使整個鋼鐵生產(chǎn)過程向著連續(xù)化-緊湊化-專業(yè)化方向發(fā)展的核心工序。用四句話16 個字概括為“生產(chǎn)高效, 鋼水潔凈, 工藝智能, 環(huán)境協(xié)調(diào)”。1.2.1轉(zhuǎn)爐煉鋼由于我國缺乏廢鋼資源，轉(zhuǎn)爐煉鋼一直是我國的主流。從上世紀60年代末開始,連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展,對轉(zhuǎn)爐煉鋼在時間、溫度、成分及鋼水方面提出了更高的要求，集頂吹和底吹優(yōu)點為一體的復合吹煉技術(shù)的開發(fā)引起了國內(nèi)外的高度重視。1978年, 盧森堡阿爾卑德公司和法國鋼鐵研究所共同開發(fā)出頂吹氧和底吹惰性氣體的復合吹煉技術(shù),即L

22、BE 技術(shù)。此后,復吹技術(shù)在全世界迅速推廣。復吹轉(zhuǎn)爐采用長壽高效技術(shù)、計算機全自動煉鋼技術(shù)以及高潔凈度鋼“分階段精煉”的生產(chǎn)技術(shù)，即:鐵水三脫轉(zhuǎn)爐少渣冶煉多功能二次精煉連鑄保護澆注和中間包冶金，并積極回收顯熱和潛熱用于發(fā)電。濺渣護爐技術(shù)：1995年,我國學習和借鑒美國轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù),國內(nèi)轉(zhuǎn)爐平均爐齡迅速提高，但復吹轉(zhuǎn)爐的底吹噴嘴壽命未能同步提高, 這導致復吹比仍然較低。北京鋼鐵研究總院和武漢鋼鐵公司合作開發(fā)了“長壽復吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝技術(shù)”,2000年,在武漢鋼鐵公司第二煉鋼廠3號90t氧氣復吹轉(zhuǎn)爐爐齡達到19238 爐,底吹噴嘴一次壽命與爐齡同步，創(chuàng)造了復吹轉(zhuǎn)爐爐齡的世界紀錄。2001年10月

23、16日,底吹噴嘴一次壽命與濺渣復吹爐齡同步,又一次以22766爐的成績創(chuàng)造了新的世界紀錄。這為我國今后推廣轉(zhuǎn)爐復吹煉鋼打下基礎(chǔ)。1.2.2“短流程”煉鋼煉鋼“短流程”特指電弧爐與連鑄-連軋相結(jié)合的緊湊型生產(chǎn)流程，主要表現(xiàn)為由原料準備-電弧爐冶煉-精煉-連鑄-軋制形成的緊湊式流程。電弧爐短流程因其在投資、效率、環(huán)保等方面的優(yōu)勢，已成為世界鋼鐵生產(chǎn)的兩大主要流程之一。與轉(zhuǎn)爐長流程相比，電爐短流程在投資、資源（包括土地）、能源（包括鐵礦石、焦煤等）和節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等方面都具有優(yōu)勢。更重要的是其制造每噸粗鋼的能耗和二氧化碳排放分別為250kg標煤和600kg左右，而礦石/高爐煉鐵/氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼相

24、應的分別是750kg標煤和2000kg，考慮到未來可能征收的能源稅和溫室氣體排放稅，以及能源、環(huán)保準入制度，這一結(jié)構(gòu)參數(shù)的技術(shù)經(jīng)濟含義將有更長遠的影響。電爐短流程工藝近年來迅速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)電爐煉鋼占總產(chǎn)鋼量比例已達到的32%35%，特別是美國和歐盟電爐鋼比例已達50%以上，美國的電爐鋼生產(chǎn)占國際領(lǐng)先地位，其型鋼市場已被短流程鋼鐵企業(yè)完全占領(lǐng)。中國由于粗鋼產(chǎn)量的連年猛增，加之廢鋼原料短缺，電力能源價格上升等因素影響，近年來我國電弧爐鋼所占比例逐年下降，2008年為12.37%，2009年降至9.66%。但中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策明確指出，要“逐步減少鐵礦石比例和增加廢鋼比例”。從電弧爐煉鋼發(fā)展

25、趨勢上來看，解決電爐原料問題和進一步節(jié)能降耗技術(shù)的開發(fā)是電爐鋼發(fā)展的關(guān)鍵，實現(xiàn)高效化生產(chǎn)是電弧爐技術(shù)進步的核心。隨著我國工業(yè)化進程加快，廢鋼積蓄量會不斷增加，廢鋼資源緊張狀況將得以逐步緩解，電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展和二次能源的高效利用將進一步降低電弧爐能耗，我國電弧爐煉鋼還將有較大發(fā)展。隨著連鑄、連軋技術(shù)的逐漸成熟，面向高附加值產(chǎn)品、綜合先進技術(shù)的電爐短流程鋼廠的新擴建也越來越多，如：Ezz帶鋼公司在埃及Ain Sukhna新建短流程鋼廠，采用Danarc交流電弧爐、二次精煉、達涅利最新的薄板坯連鑄連軋工藝，半無頭軋制和熱態(tài)鐵素體軋制，是世界上具競爭力的超薄帶鋼生產(chǎn)廠；美國A K鋼鐵公司投資18億

26、美元擴建俄亥俄州贊恩斯威勒特殊鋼廠的電爐煉鋼車間，新添新型高阻抗電弧爐、新型鋼包精煉爐、新型連鑄機和電爐鋼精加工設備等設備用于生產(chǎn)高附加值、取向電工鋼等鋼材。我國電弧爐煉鋼技術(shù)進步明顯。設備方面：爐容向大型化發(fā)展。工藝方面：圍繞如何縮短冶煉周期、降低操作成本和生產(chǎn)高附加值鋼冶煉，開發(fā)了諸如超高功率合理供電、富氧及燃料噴吹、偏心爐底出鋼、熱兌鐵水等技術(shù)，但與國外同行相比，中國電爐煉鋼的綜合能耗偏高，尚未達到國際先進水平。從全流程的觀點看：出現(xiàn)了在總體上具有國際先進水平的短流程，如興澄特殊鋼廠的合金鋼棒材生產(chǎn)流程、珠江鋼廠的電爐-薄板坯連鑄-連軋生產(chǎn)流程等。國內(nèi)以電弧爐為核心冶煉設備的短流程工藝面

27、臨著一系列挑戰(zhàn)。（1）廢鋼資源的短缺；（2）電能短缺與電價成本；（3）廢鋼循環(huán)過程中有害元素的富集；（4）大部分短流程沒有實現(xiàn)全線優(yōu)化，生產(chǎn)效率不理想；（5）在節(jié)能環(huán)保方面存在較大差距。1.2.3爐外精煉爐外精煉技術(shù)是現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)流程中的重要生產(chǎn)工序, 我國的大中型鋼鐵企業(yè)雖然采用了這項技術(shù), 但普遍水平不高。 隨著純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)的進步和連鑄技術(shù)的發(fā)展, 爐外精煉工藝與設備將迅速普及。在日本、韓國、歐洲和美國等先進的鋼鐵生產(chǎn)國, 爐外精煉比超過90%, 其中真空精煉比超過50%, 遠遠高于我國。爐外精煉具有以下優(yōu)點: ( 1) 改善冶金化學反應的熱力學條件。 如煉鋼中脫碳、脫氣反應的反應產(chǎn)物為

28、氣體。降低氣相壓力, 提高真空度, 有利于反應繼續(xù)進行。( 2) 加速熔池傳質(zhì)速度。對多數(shù)冶金反應, 液相傳質(zhì)是反應速度的限制環(huán)節(jié)。各種精煉設備采用不同的攪拌方式, 強化、加速熔池混勻過程, 提高化學反應速度。( 3) 增大渣鋼反應面積。各種爐外精煉設備均采用攪拌或噴粉工藝, 造成鋼渣乳化、顆粒氣泡上浮、碰撞、聚合等現(xiàn)象, 顯著增加渣鋼反應面積, 提高反應速度。( 4) 精確控制反應條件, 均勻鋼水成分溫度。多數(shù)爐外精煉設備配備有加熱功能, 可以精確控制反應溫度。通過攪拌均勻鋼水成分, 精確調(diào)整成分, 可實現(xiàn)較窄成分控制。 精確控制化學反應條件, 使冶金反應更加趨近平衡。( 5) 健全在線快速

29、檢測設施, 對精煉過程實現(xiàn)計算機智能化控制。保證精煉終點的命中率和控制精度, 提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。潔凈鋼精煉工藝有: ( 1) 低氧鋼精煉工藝技術(shù); ( 2) 低碳低氮鋼精煉工藝技術(shù); ( 3) 超低硫鋼的精煉工藝技術(shù)。爐外精煉設備的選型原則: ( 1)以鋼種為中心, 正確選擇精煉設備; ( 2) 注意生產(chǎn)節(jié)奏, 提高精煉設備作業(yè)率; ( 3) 注意與初煉爐匹配,降低生產(chǎn)成本; ( 4) 結(jié)合工廠實際情況選擇設備, 盡可能降低投資成本; ( 5) 努力提高爐外精煉比。各鋼鐵企業(yè)應該根據(jù)本企業(yè)產(chǎn)品特點采用合適的精煉工藝。1.2.4特種冶金特種冶金產(chǎn)品總量不到鋼總產(chǎn)量的1 % ,但產(chǎn)值很高,是生

30、產(chǎn)高質(zhì)量特殊鋼及超級合金、難熔合金(W、Mo 、Nb、Ta 、Re) 、活潑金屬(Ti 、V、Zr 等) 、高純金屬(如零夾雜鋼) 及近終形鑄件的手段。近年各發(fā)達國家均致力發(fā)展特種冶金,歐美各國通稱“特種熔煉”(Special Melting) ,獨聯(lián)體國家通稱“ 特種電冶金”,在中國通用“特種冶金”。從冶煉熱源及冶煉氣氛上特種冶煉分為:真空冶金、電子束熔煉、等離子冶金及電渣冶金4 大類。真空冶金：真空冶金通常在0.0150 Pa。超級合金、難熔合金、活性金屬數(shù)量增長、質(zhì)量提高以及金屬間化合物的應用擴大,推動了真空冶金的發(fā)展。1991 年德國Eriesee 城ALD 公司開發(fā)了真空分隔式感應熔

31、煉爐,具有熔化、精煉、合金化、脫氣、澆鑄的功能，又稱真空感應脫氣澆鑄VIDP。近年出現(xiàn)的冷坩堝懸浮熔煉技術(shù)，是冶金超純金屬、超級合金的重要手段,用于生產(chǎn)金屬間化合物、記憶合金及磁致伸縮材料,目前容量正在擴大。北京鋼鐵研究總院用冷坩堝感應懸浮熔煉成功地生產(chǎn)了多種金屬間化合物,如Ni3Al 基合金以及TiAl 和Ti3Al 合金等。等離子冶金：具體來說，包括增壓等離子體熔煉高氮奧氏體鋼、等離子弧制取超細粉及納米粉。自1962 年等離子電弧爐問世以來,一度被視為冶金的革命,美國材料咨詢局報告視為發(fā)展方向,一些第一流學者轉(zhuǎn)向研究等離子冶金，但由于大功率水冷等離子槍壽命及等離子熱效率未解決,發(fā)展受阻。近

32、年來，隨著上述問題的逐步解決，等離子冶金仍具有無限生命力。等離子弧具有以下潛在優(yōu)勢：能量集中,溫度高(500030000K) ,離子流速度快(100500 mPs) ,可達到快速升溫、快速反應的效果;氣體處于離子狀態(tài),反應活性強,可根據(jù)需要選擇工作氣體，如用還原性氣體(H2、CO、烴、烷),可進行礦石直接還原,也可以脫氧使鑄錠不殘存脫氧產(chǎn)物；在高溫等離子弧作用下,S、P、Pb、Be、Sn、As等雜質(zhì)易揮發(fā);等離子弧溫度高,適應于熔煉W、Mo、Re、Ta、Zr及其合金;等離子弧調(diào)整范圍廣,輸入功率與金屬熔化率無直接關(guān)系,重熔可以控制金屬凝固,制取單晶體。電渣冶金：電渣冶金正處于穩(wěn)定的發(fā)展階段,進

33、入21世紀以來，電渣重熔在中型及大型鍛件，優(yōu)質(zhì)工具鋼、模具鋼、馬氏體時效鋼、雙相鋼管坯及冷軋軋輥，受周期疲勞的彈簧鋼，航空軸承及儀表軸承用鋼，超級合金(高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金),有色金屬，電渣熔鑄管件、環(huán)件及異形鑄件等產(chǎn)品的生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢。電渣冶金近年新進展,當推真空電渣重熔、高壓電渣重熔、快速電渣重熔、電渣復合軋輥。真空電渣重熔(VAC2ESR) 是生產(chǎn)含活性元素Al 、Ti 、Mg 超級合金(如Inconel718) 的成熟工藝,兼具真空及電渣雙重功能。快速電渣重熔使電渣重熔速度提高310 倍,無疑是特種冶金的新突破點,但某些關(guān)鍵技術(shù)有待探明。1.2.5潔凈鋼生產(chǎn)前沿技

34、術(shù)純凈鋼生產(chǎn)是通過各種設備和工藝手段不斷凈化、提純優(yōu)化的過程。國內(nèi)外各大鋼廠在大規(guī)模生產(chǎn)純凈鋼的生產(chǎn)流程上(包括鐵水預處理、轉(zhuǎn)爐煉鋼、擋渣出鋼、爐外精煉和連鑄等工藝環(huán)節(jié))采用了許多先進技術(shù)。目前，基于鐵水預處理的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)純凈鋼工藝主要有兩種流程：一種是基于鐵水深度預脫硫，轉(zhuǎn)爐強化脫磷，鋼水爐外噴粉脫磷、脫硫、升溫、真空精煉;另一種是基于鐵水三脫預處理，復吹轉(zhuǎn)爐少渣吹煉，鋼水爐外噴粉脫硫、真空精煉。后者具有生產(chǎn)效率高、石灰等造渣料消耗少、過程溫降小、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點，經(jīng)濟效益顯著高于前者，適宜于我國轉(zhuǎn)爐鋼廠采用。其中鐵水三脫預處理可采用高爐爐前預脫硅、鐵水罐或混鐵車噴吹同時脫磷脫硫或分期

35、脫磷、脫硫工藝或采用專用復吹轉(zhuǎn)爐三脫工藝。近20年，鐵水三脫預處理技術(shù)在日本得到了巨大發(fā)展。日本鋼鐵企業(yè)普遍采用“鐵水三脫預處理-復吹轉(zhuǎn)爐-真空除渣-鋼水爐外精煉-連鑄”流程冶煉純凈鋼或超純凈鋼。其主要特點是：依據(jù)成品鋼不同P含量決定鐵水脫磷深度，復吹轉(zhuǎn)爐采用少渣吹煉、加錳礦熔融還原并盡可能低溫出鋼促進爐內(nèi)脫磷，爐外鋼水升溫、調(diào)合金成分、噴粉脫硫、RH真空脫氣。采用三脫鐵水煉鋼，由于吹煉時間縮短、造渣劑和渣量急劇減少、加錳礦熔融還原又使得錳合金用量大大降低，因而鋼中N，H含量也相應減少。日本各鋼鐵企業(yè)的鐵水三脫設備形式緊隨市場供求關(guān)系發(fā)生變化，當鋼產(chǎn)過剩而有富余爐時，傾向于采用專用轉(zhuǎn)爐脫磷，如

36、住友的復吹專用爐SRP、神戶的頂吹“H爐”、川崎的底吹轉(zhuǎn)爐。住友鹿島廠采用400 t混鐵車噴吹蘇打同時脫磷脫硫，預脫磷鐵水在250 t復吹轉(zhuǎn)爐(STB)中少渣吹煉，渣量20 kg/t，并加錳礦熔融還原，出鋼時加脫磷劑渣洗再脫磷，經(jīng)LF爐精煉生產(chǎn)P<0.003%的超低磷鋼。該工藝還可生產(chǎn)普通鋼種而無需鋼包精煉，也可加煤和鉻礦熔融還原生產(chǎn)不銹鋼。由于鋼水H低(0.7ppm)，故可生產(chǎn)低H鋼而不需真空脫氣。我國寶鋼采用鐵水深脫硫+復吹轉(zhuǎn)爐雙渣脫磷+RH真空噴粉的工藝生產(chǎn)純凈鋼種。兩套鐵水脫硫裝置，一套為320t混鐵車TDS法在線配料噴吹CaC2或CaO系脫硫劑，另一套320 t鐵水罐頂噴法在線

37、配料噴吹Mg: CaC2，均能將鐵水S從0.018%0.025%深脫至0.001%0.003%。該廠轉(zhuǎn)爐用鐵水經(jīng)100%預脫硫處理，目前320 t混鐵車鐵水三脫裝置和300 t LF爐已經(jīng)投產(chǎn)，可望進一步改善轉(zhuǎn)爐操作和提高鋼的純凈度。武鋼三煉鋼也建成全脫硫處理站，采用320 t混鐵車噴吹CaO系脫硫劑，能將鐵水S從0.020%深脫至0，0030.005%。該廠80%鐵水經(jīng)常規(guī)脫硫(脫后S<0.020%)冶煉普通鋼和一般優(yōu)質(zhì)鋼(脫后S<0.010 %)，20%鐵水經(jīng)深脫硫(脫后S<0.005%)冶煉高質(zhì)品種鋼。轉(zhuǎn)爐鋼水經(jīng)強脫氧擋渣出鋼、鋼包渣改質(zhì)、吹A(chǔ)r及Ca處理、RH真空脫碳

38、、全流程脫硫、保護澆鑄等可生產(chǎn)S<200ppm、N=(12 35)ppm，TO=(1635)ppm、C < (1535)ppm的純凈鋼種(IF鋼、管線鋼等)，取得了一定的操作經(jīng)驗和經(jīng)濟效益。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐已經(jīng)表明，鐵水深度預處理是轉(zhuǎn)爐冶煉純凈鋼種最有效的、最經(jīng)濟的技術(shù)保障，是必不可少的前提工序。深度預處理的基本目標是將鐵水P、S在入轉(zhuǎn)爐前即脫至成品鋼水平。由于轉(zhuǎn)爐具有較強的脫磷能力而無脫硫能力(相反對低S鐵水可能增硫)，因此對于P、S均低于0.010%的純凈鋼，鐵水P、S應分別深脫至0.010%和0.005%以下，而對于P、S均低于0.005%的超純凈鋼，鐵水P、S應分別超深脫至0

39、.005%和0.003%以下。1.2.5.1潔凈鋼生產(chǎn)的新工藝技術(shù)1.2.5.1.1轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)潔凈鋼工藝煉鋼采用轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑捈夹g(shù)可顯著地降低鋼水中的碳和磷。近十幾年來，日本發(fā)明了轉(zhuǎn)爐鐵水預處理工藝，主要有SRP法(住友)、ORP法(新日鐵)、NRP法(原NKK)、H爐工藝(神戶)、MURC法(室蘭廠)等。現(xiàn)在日本住友金屬和歌山廠、JFE福山廠、水島廠、新日鐵室蘭廠和君津制鐵所第二煉鋼廠以及韓國浦項光陽廠等均采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法進行大規(guī)模生產(chǎn)。轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法典型的工藝流程為高爐鐵水鐵水脫硫預處理轉(zhuǎn)爐脫磷轉(zhuǎn)爐定溫脫碳二次精煉連鑄。另外，轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣效果對鋼的純凈度和生產(chǎn)成本的影響也很大。1.2.5.1.2

40、潔凈鋼的爐外精煉技術(shù)鋼包精煉爐是生產(chǎn)純凈鋼的重要設備。在煉鋼生產(chǎn)中，精煉爐具有脫硫、氣體攪拌、合金化、升溫、調(diào)節(jié)連鑄節(jié)奏和控制夾雜物形態(tài)等功能。目前，日本先進鋼廠生產(chǎn)的純凈鋼雜質(zhì)總質(zhì)量分數(shù)已降到了50ppm。根據(jù)鋼材對純凈度的不同要求，選擇和組合不同的爐外精煉工藝，可以實現(xiàn)超純凈鋼的生產(chǎn)。1.2.5.1.3潔凈鋼生產(chǎn)連鑄新工藝連鑄工序?qū)︿摰募儍舳扔绊懞艽?，采用保護澆注、中間包冶金、新型中間包覆蓋劑、調(diào)整保護渣性能及設置電磁攪拌等手段還可繼續(xù)去除及控制夾雜物，降低廢品率。此外，電磁攪拌技術(shù)和輕壓下在連鑄工序得到了廣泛應用。當今世界上有400多臺方坯連鑄機安裝了電磁攪拌裝置，電磁攪拌已成為先進方坯

41、連鑄機的標準配置：許多板坯連鑄機也安裝了電磁攪拌和凝固末端輕壓下設備。電磁攪拌和輕壓下技術(shù)可改善鑄坯內(nèi)部凝固結(jié)構(gòu)、擴大等軸晶區(qū)，從而減輕中心偏析和中心疏松。目前，奧鋼聯(lián)的動態(tài)輕壓下和新日鐵的面壓下是較先進的輕壓下技術(shù)。此外，日本采用控制流動結(jié)晶器控制從浸入式水口出來的鋼液流，使用離心分離型中間包來去除中間包夾雜物，均已通過試驗性實驗和工業(yè)性實驗。Raritan聯(lián)合鋼廠在中間包中使用渦流抑制器，用以降低夾雜物含量，改善鋼水質(zhì)量。1.3高效連鑄及軋鋼發(fā)展方向是: 連續(xù)化、緊湊化, 在線控制熱處理, 人工智能控制。 熱軋工序: (1)將遵循盡可能壓縮比最小化, 弱化或消除壓延功能; (2) 強化對表

42、面質(zhì)量和形狀精度的控制; (3) 強化對產(chǎn)品組織、性能的在線控制。包括中、低溫度下的非再結(jié)晶軋制; (4)向高速化、連續(xù)化、產(chǎn)品高附加值化的方向發(fā)展。高效連鑄高效連鑄必須具備質(zhì)量好、壓縮比小和效率高等優(yōu)點。提高連鑄坯潔凈度技術(shù)是保證質(zhì)量的關(guān)鍵。連鑄過程生產(chǎn)潔凈鋼, 一是去除液體鋼中氧化物雜質(zhì), 進一步凈化進入結(jié)晶器的鋼水; 二是防止鋼水的再污染。保證措施是: (1) 保護澆注技術(shù); (2) 中間包冶金技術(shù); (3)中間包覆蓋渣; (4) 堿性包襯; (5)中間包電磁離心分離技術(shù); (6)中間包真空澆鑄技術(shù); (7) 中間包熱操作技術(shù); (8) 防止下渣和卷渣技術(shù); (9)結(jié)晶器鋼水流動控制技術(shù)

43、; (10) 采用帶直立段的立彎式連鑄機。 為了防止連鑄坯缺陷, 需要采用: (1) 鋼液面穩(wěn)定性控制技術(shù); (2) 振動技術(shù); (3) 坯殼生長的均勻性; (4) 內(nèi)鋼液流動狀況控制。連鑄坯各種缺陷中約50% 為裂紋。 為了提高連鑄坯質(zhì)量, 應采用以下技術(shù): (1) 弧形連鑄機采用多點矯直或連續(xù)矯直技術(shù)。(2) 對弧準確, 防止坯殼變形, 輥縫測量儀調(diào)整使支撐輥間隙誤差< 1mm, 在線對弧誤差< 0. 5 mm。(3)采用輥縫測量儀在線檢測鑄坯開口度的誤差約為0. 5 mm, 不大于1mm。(4)壓縮澆鑄技術(shù), 防止帶液芯矯直時液界面內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)裂。(5) “l(fā)-star”多節(jié)輥技

44、術(shù), 防止支撐輥變形, 提高鑄坯質(zhì)量。(6)用噴霧冷卻和氣水冷卻的二冷動態(tài)控制系統(tǒng), 優(yōu)化二冷區(qū)水量分布, 使鑄坯表面溫度分布均勻, 提高鑄坯質(zhì)量。采用鑄坯中心致密度控制技術(shù)也是提高質(zhì)量的重要手段, 包括: (1)低溫澆鑄技術(shù); (2)熱交換水口技術(shù); (3)阻止富集溶質(zhì)殘余鋼水的流動技術(shù); (4)輕壓下技術(shù); (5)電磁攪拌技術(shù)等先進技術(shù)。軋鋼要大力發(fā)展提高鋼材性能和尺寸精度的各種新技術(shù)、新工藝，如控冷控軋、在線熱處理、板形控制、酸洗和冷軋聯(lián)合、連續(xù)退火、高水平涂鍍、高剛度和高精度軋制、軋鋼生產(chǎn)過程的計算機控制與過程仿真等新技術(shù)，以生產(chǎn)各種具有高的尺寸精度，外形、外觀質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。配合近終

45、形連鑄技術(shù)的發(fā)展，大力開發(fā)軋鋼生產(chǎn)過程中的連軋技術(shù)，如薄板坯的連鑄連軋、薄帶鋼的連鑄連軋以及型、線材的連鑄連軋技術(shù)等。要逐步淘汰初軋機、迭軋薄板軋機、三輥勞特式中板軋機、直徑76mm自動軋管機及橫列式棒線軋機等工藝落后的軋鋼生產(chǎn)設備，以實現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)的高度自動化、連續(xù)化、高效化、高精度化。應搞好以半凝固加工和新型材料開發(fā)為重點的軋鋼生產(chǎn)前沿技術(shù)開發(fā)工作。半凝固加工技術(shù)是一種使金屬材料在固液相共存的條件下，通過成形加工，制成板材、棒材、管材及各種機械部件的現(xiàn)代冶金加工技術(shù)，它是將金屬的鑄造和熱加工工序合二為一來生產(chǎn)高性能新型材料的一種新工藝，它被國際鋼鐵界稱之為跨世紀的世界冶金三大前沿技術(shù)之一。采

46、用半凝固加工技術(shù)，可以在縮短加工工序、節(jié)能、節(jié)約原材料、改善環(huán)保的條件下，生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的材料。高速線材軋機發(fā)展的總趨勢是: 提高軋制速度, 增加盤重, 提高精度和擴大規(guī)格范圍。隨著計算機、自動控制、檢測等技術(shù)的飛速發(fā)展, 線材軋機被不斷改進, 軋制速度已由第一代的43m/s,發(fā)展到第六代的110-130m/s，線材規(guī)格上限擴大到20-26mm，線材鋼種也由碳結(jié)、合結(jié)、彈簧、工具等非合金鋼向軸承、合工、高工、不銹等合金鋼方向擴展，產(chǎn)品精度可達到±0.05 mm，高速無扭精軋機和定減徑高精密軋機正在被眾多廠家采用。1.3.2.1中小型連軋機中小型連軋機主要生產(chǎn)角鋼、槽鋼、棒材等型鋼

47、。采用的先進技術(shù)有:(1)控軋控冷技術(shù)生產(chǎn)高強韌性鋼材;(2)用定徑機生產(chǎn)高精度棒材;(3)用無頭軋制技術(shù)提高成材率;(4)用切分軋制提高熱軋鋼筋產(chǎn)量, 降低成本;(5)用棒材卷取技術(shù)滿足各行業(yè)自動化連續(xù)加工生產(chǎn)的需要;(6)用新型檢測器實現(xiàn)成品尺寸及缺陷的在線自動檢測。.2大型型鋼軋機經(jīng)濟斷面型鋼是世界型鋼、特別是大型型鋼生產(chǎn)的重要發(fā)方向。 H 型鋼和周期斷面型鋼的斷面上金屬分布比老式型鋼更為合理, 單位金屬有更高的承載能力。例如:用H型鋼代替通斜腿工字鋼時, 用于建筑行業(yè)可節(jié)約金屬30%左右;用于橋梁、機械等行業(yè)可節(jié)約金屬20%左右。在大型型鋼生產(chǎn)中先進的軋機當屬萬能軋機。該軋機可以用萬能

48、法生產(chǎn)普通工、槽、角鋼, 也可以生產(chǎn)鋼軌、H型鋼、T型鋼、L型鋼、球扁鋼等多種型材。當把萬能輥系更換為二輥輥系時, 又可以用二輥法生產(chǎn)各種大中型材。萬能軋機有單機可逆和串列連續(xù)兩種工藝布置。.3板帶鋼連軋機組板帶鋼連軋機組分為熱板帶鋼連軋機組和冷板帶鋼連軋機組。目前, 國家不再批準新建薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。隨著薄帶鋼連鑄-連軋新技術(shù)的日臻完善, 不久將取代薄板坯連鑄連軋技術(shù)。近10 年來, 工業(yè)發(fā)達國家在鋼材結(jié)構(gòu)上的一個明顯變化, 是在保持鋼材板帶比略有提高的情況下,高附加值的深加工冷軋板帶產(chǎn)品及涂鍍層板顯著增加, 即熱軋板帶鋼轉(zhuǎn)化為冷軋板帶鋼和涂鍍層鋼板的比例增大。雖然冷連軋機生產(chǎn)寬板帶鋼仍

49、是主要機型, 但是單機架和雙機架可逆式軋機的發(fā)展很快,在近幾年新建的寬板帶鋼軋機中單機架和雙機架可逆式軋機數(shù)量居多。隨著快速咬入、穿帶、橫向竄輥和計算機控制技術(shù)的提高, 高產(chǎn)量的單機架和雙機架可逆式軋機的發(fā)展為低投資、中等產(chǎn)量的冷軋板帶鋼生產(chǎn)提供了一種可行的選擇。1.3.3薄帶鋼連鑄-連軋新技術(shù)冶金行業(yè)的設備都在力圖向節(jié)能、簡化工藝流程和省工的方向努力。 為了達到這一目的,在薄帶鋼的生產(chǎn)方面產(chǎn)生了接近產(chǎn)品最終形狀的鑄造軋制技術(shù)(薄帶連鑄-連軋技術(shù))，采用這一技術(shù)可以省略熱軋工序直接得到薄帶鋼。薄帶鋼連鑄-連軋技術(shù)是薄鋼板制造技術(shù)的一場革命。薄帶鋼連鑄-連軋技術(shù):(1)簡化工序(省略和簡化了熱軋

50、工序);(2)節(jié)省能源;(3)節(jié)省投資;(4)難加工的材料可直接生產(chǎn)出產(chǎn)品; (5)靠急劇冷卻凝固來改善材質(zhì)。薄帶鋼連鑄-連軋技術(shù)包括單輥鑄帶法、雙輥鑄帶法、輥床鑄帶法等。其中,雙輥鑄軋法已經(jīng)有了突破性進展。1997年, 日本新日鐵和三菱重工共同開發(fā)出世界上第一臺不銹鋼薄帶鋼連鑄軋機, 并在新日鐵的光工廠投入生產(chǎn)。2002年4月, 美國Nucor、澳大利亞BHP 和日本IHI 三家公司合資, 在美國的印第安納州新建成的鑄軋薄帶鋼工廠投入生產(chǎn)。輥床法( DSCP) 也已經(jīng)進入工業(yè)化生產(chǎn)。由瑞典的Mefos 鋼廠和德國的T U Clausthal 鋼廠分別制造了樣機, 并完成了試驗階段數(shù)據(jù)分析,

51、開始進入工業(yè)化生產(chǎn)。薄帶鋼連鑄-連軋新技術(shù)在今后會被迅速推廣, 低廉的成本會對厚板坯連鑄-連軋工藝和薄板坯連鑄-連軋工藝構(gòu)成威脅。 新建工廠采用哪種工藝技術(shù), 老工廠如何面對挑戰(zhàn), 是新技術(shù)革命到來時期我國鋼鐵工業(yè)必須認真考慮的問題。有限元及仿真模擬技術(shù)隨著計算機的小型化、高速化和有限元法(FEM)的登場，材料三次元的解析得以應用，對以板材為首的各種鋼材的加工壓力、荷重、扭矩和金屬流動等均可計算出。變形阻抗作為高精度計算荷重和扭矩的物性值，現(xiàn)已進入數(shù)據(jù)收集和模式化階段，熱變形阻抗已在細晶粒鋼開發(fā)中廣為應用，冷變形阻抗也在高強度鋼的開發(fā)方面實用化。為適應對棒、線材尺寸的高精密化、形狀易變、低成本

52、和高質(zhì)量化的要求，已開發(fā)出三輥軋制、2Hi精密軋機和四輥軋機等多變數(shù)控制理論。三次元剛塑性FEM亦用于棒、線材的孔型設計，并保證了產(chǎn)品的高精度。控制材質(zhì)的棒、線材軋制技術(shù)正在研發(fā)之中，通過增設緩冷、快冷裝置以使工序簡化。FEM還用于結(jié)晶粒徑的預測，有利于確定最佳生產(chǎn)條件。對于H型鋼軋制的三次元剛塑性FEM在推廣應用，關(guān)于萬能軋機應用三次元剛塑性FEM預測材料流動和應力分布的研究亦在進行中。在H型鋼的三次元剛塑性FEM解析時，對軋輥和被軋材的接觸區(qū)、V形軋輥無驅(qū)動等均應作為解析時的注意事項，還應考慮被軋材的內(nèi)部溫度分布對材料流動的影響。今后隨著建筑物的大型化和提高抗震性的要求，H型鋼的控軋、控冷

53、技術(shù)將被廣泛采用。穿孔軋制由于對鋼坯中心部的穿孔效果所產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象及芯棒和軋輥間的復雜變形致解析不易，加上完全三次元FEM時的要素分割和計算時間尚有問題，因此多使用一般化平面形變的近似三次元解析法。比穿孔效果更重要的是芯棒前端使坯開裂時將產(chǎn)生管內(nèi)部缺陷，為抑制開裂應選定合適的軋制條件，即應從軋輥的傾角到交叉角、鋼坯加熱溫度、穿孔速度等綜合考慮。利用FEM對棒、線材軋制的解析和材料組織預測。棒、線材軋制關(guān)鍵技術(shù)之一的孔型設計需要正確的軋制變形解析。盡管有關(guān)三次元變形解析于上世紀80年代后期發(fā)表，但到最近才廣為應用。有關(guān)三次元FEM的軟件開發(fā)、軋制中的溫度解析、軋材材料組織預測等均在進行中。日本

54、在這方面走在了世界前列。二、鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈先進生產(chǎn)工藝技術(shù)為保護環(huán)境，促進鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)資源能源利用效率昀大化，預防和控制鋼鐵行業(yè)發(fā)展過程中的環(huán)境污染，制定了鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境保護導則。2.1鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟延長產(chǎn)業(yè)鏈中的先進生產(chǎn)工藝技術(shù)清單類別序號技術(shù)名稱 資源綜合利用類 1燒結(jié)配加鋼鐵廢料技術(shù) 2水淬高爐渣生產(chǎn)水泥技術(shù) 3水淬高爐渣生產(chǎn)礦渣磚和濕碾混凝土技術(shù) 4利用高液態(tài)爐渣生產(chǎn)微晶玻璃技術(shù) 5利用高爐渣生產(chǎn)礦渣棉技術(shù) 6利用高爐渣生產(chǎn)肥料技術(shù) 7轉(zhuǎn)爐塵泥回收利用技術(shù) 8鋼渣穩(wěn)定化處理技術(shù) 9鋼渣磁選廢鋼技術(shù) 10利用鋼渣生產(chǎn)鋼渣水泥技術(shù) 11利用鋼渣生產(chǎn)肥料

55、技術(shù) 12利用鋼渣生產(chǎn)鋼渣粉技術(shù) 13軋鋼氧化鐵皮生產(chǎn)還原鐵粉技術(shù) 14石灰窯廢氣回收液態(tài) CO2技術(shù) 15鋼鐵廠用耐火材料回收利用技術(shù) 16廢塑料煉焦技術(shù)17焦化副產(chǎn)品深加工系列技術(shù) 余熱余能綜合利用類 18干熄焦技術(shù) 19燒結(jié)環(huán)冷機余熱回收技術(shù) 20高爐煤氣燃燒發(fā)電技術(shù) 21高爐爐頂煤氣余壓（TRT）發(fā)電技術(shù) 22熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù) 23全燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù) 24高爐煤氣等低熱值煤氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)技術(shù) 25高爐煤氣干式除塵余壓壓差發(fā)電技術(shù)26高爐渣顯熱回收技術(shù)2.2鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈示意圖三、低碳經(jīng)濟下的鋼鐵行業(yè)技術(shù)策略鋼鐵工業(yè)是主要溫室氣體排放行業(yè)之一，從全球統(tǒng)

56、計來看，鋼鐵工業(yè)排放的二氧化碳占全球溫室氣體總排放量4%5%(國際能源組織IEA 發(fā)布)，而我國鋼鐵工業(yè)占全國二氧化碳排放總量12%左右。因此，鋼鐵企業(yè)承擔節(jié)能減排任務責無旁貸，并肩負巨大的減排壓力。減少二氧化碳排放，發(fā)展低碳經(jīng)濟成為未來鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要前提。鋼鐵冶金過程產(chǎn)生的二氧化碳主要來自于高爐中煤和焦炭與鐵礦石的化學反應，即鐵礦石的還原過程，煉鐵工序直接和間接二氧化碳排放超過90%。因此，低碳煉鐵是鋼鐵企業(yè)二氧化碳減排的重中之重。我國鋼鐵工業(yè)鐵鋼比高是造成單位鋼產(chǎn)量二氧化碳排放強度高的最主要原因。我國鋼鐵累積量小，廢鋼資源緊缺，大宗廢鋼質(zhì)量差，電價高，導致電爐鋼比例低。氫冶金若要真正實

57、現(xiàn)低碳鋼鐵冶金技術(shù),就必須改變以碳為主要載體的鐵冶金過程,可供選擇的替代還原劑只有氫。因為氫是最清潔的能源，反應產(chǎn)物對環(huán)境完全沒有影響。在鋼鐵工業(yè)設備達到役期時(2020 2030) ,首先應考慮高爐爐頂煤氣循環(huán)利用,及焦爐煤氣重整后噴吹,從而降低碳排放30 %左右,也可用上述H2 / CO氣體進行熔融還原,取代高爐向轉(zhuǎn)爐提供鐵水。各國鋼鐵工業(yè)都在抓緊部署前瞻性研發(fā)來應對碳減排,促進鋼鐵工業(yè)與低碳經(jīng)濟相適應,主要集中于3 個方面:碳捕集技術(shù)(CCS) ;通過現(xiàn)有工業(yè)規(guī)模的煤氣制氫;在非化石能源(核能、可再生能源)占到主流時(2050 年左右) ,可推出氫冶金工業(yè)技術(shù)。為此,從現(xiàn)在起就要開展相應

58、的理論與基礎(chǔ)研究。3.1國外鋼鐵工業(yè)低碳煉鐵技術(shù)研究3.1.1 世界鋼鐵協(xié)會世界鋼鐵2050報告2009年5月，世界鋼鐵協(xié)會發(fā)表的世界鋼鐵2050報告，研究了世界發(fā)展對鋼鐵的需求以及在現(xiàn)有及未來技術(shù)條件下實現(xiàn)二氧化碳減排目標的各種可能性。報告提出了鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展路徑：一是使用鋼鐵作為低碳應用，選擇適合的鋼材來代替溫室氣體密集型材料，選擇新型和改良型鋼材代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，增加對鋼鐵生產(chǎn)副產(chǎn)品（如爐渣）的應用；二是通過投資節(jié)能技術(shù)，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)大幅度降低了鋼鐵生產(chǎn)中的能源，煤炭和焦炭的消費。為進一步減少鋼鐵產(chǎn)業(yè)的二氧化碳強度，各鋼鐵企業(yè)需要在全球基礎(chǔ)上增加彼此間的交流和推廣最佳實踐，這既包括新技術(shù)，也包括生產(chǎn)工藝改進；三是加快降低鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放量取決于開發(fā)和實踐新的突破性技術(shù)。這仍然是鋼鐵