低碳炼铁技术篇1

【关键词】铬铁合金；生产；发展

文章编号：ISSN1006―656X（2014）05-0332-01

一、引言

铬是一种非常重要的合金元素。在我国，铬矿资源非常缺乏，大多数的铬矿都是从国外进口的。铬被广泛的应用在工业生产中，其中有75%都应用在冶金行业中，它在钢铁生产中起着不可替代的重要作用。在钢铁生产过程中或加入铬合金元素，但会根据不同的实际需要选择不同的铬铁合金。铬铁合金根据含碳量可将其分为高、中、低、微四种碳铬铁。铬铁合金是铁合金三大品种之一，仅次于锰硅合金。随着社会经济的快速发展和生产技术的不断进步，铬铁合金生产在我国得到了快速的发展，其产品逐渐的应用到了各个领域当中，发挥的作用也越来越明显。

二、铬铁合金发展的概况

解放前，我国对于铬铁合金的生产可以说为零。新中国成立以后，随着国民经济的发展需求，在1957年由吉林一个铁合金厂生产出了高碳铬铁，次年，又生产出了硅铬合金，并通过利用电硅热法生产出了微碳铬铁。在1960年，该厂建立了两台微碳铬铁电炉。随后，我国各地的铁合金厂纷纷建立起来微碳铬铁电炉并投入到生产当中，这也就标志着我国结束了对微碳铬铁进口的历史。改革开放后，随着社会经济的快速发展，铬铁合金生产进入了一个新的发展阶段。

这四十多年来，我国的铬铁合金生产工艺和技术得到的极大的发展和进步。60年代研究和使用了“真空固态脱碳”的新工艺，特别是90年代使用的波伦法工艺，生产出了品种多样的铬铁合金，使我国的铬铁合金的技术指标达到了国际先进水平。同时，不过铬铁合金的产量也在不断地提高。

三、各类铬铁合金生产的发展

（一）高碳铬铁

1957年，吉林的一个铁合金厂通过对铬矿进行工业规模的试验，生产出了1424t的高碳铬铁，在冶炼过程中平均耗电5710kWh/t。1964年，在9MVA矿热炉上进行封闭式高碳铬铁的冶炼试验使用一种耐热的混凝土作为炉盖，由于在试验过程中，烟道发生严重性的堵塞，导致料管被烧坏而停止了试验。1968年，在12.5MVA的矿热炉上完成了封闭式的冶炼，并且进一步对煤气净化系统进行了加强和改进。1970年，把回收的煤气投入到蒸汽锅炉的使用中，进行了70多天的实验，运行状态处于基本稳定。1974年，再一次对煤气洗涤、污水处理进行了试验同时走了大量的除氰试验和污水闭路循环试验，从中得到了大量的重要数据，为工业更好的进行试验提供了必要的资料。

由于我国铬矿的缺乏，所以在进行高碳铬铁的冶炼过程中，所使用的铬矿石大多数都是从不同的国家进口的，使用的铬矿石品种多种多样。就因为使用各种的铬矿品种，造成冶炼难度增加。但经过不断的实验，也逐渐了解和掌握了各国铬矿的冶炼特性，从中研究出了单一矿及矿种搭配使用的丰富经验。

为了实现精料进炉的目标，各个铬铁厂家在铬粉矿处理方面进行了深入的研究，如在70年代末到80年代初，吉林厂就不断对铬粉矿球团预还原和冷压球进行了试验研究，使球团预还原度达到了40%以上。在以后，虽然也有很多的厂家进行了相关的试验，但是该实验的投资过大，最后这项工作没有持续下去。

随着科技的不断进步，现代化大型设备也得到了快速的发展。1987年，吉林厂建立了一台25MVA的全封闭矿热炉，实现了煤气的回收，大量的生产高碳铬铁，运行状态稳定。如今大多数的高碳铬铁电炉都在使用的电子计算机来进行控制。

（二）硅铬合金

我国主要使用的是“二步法”进行硅铬合金的生产，虽然也对一步法进行过试验，但受各种条件的限制没有继续下去。在60年代，仅仅只有吉林厂在进行硅铬合金的生产，在70年代后，上海、湖南等铁合金厂才逐渐投入到生产当中。70年代末，上海场引入了“脱硫摇包”将其用于硅铬合金的降碳当中，并取得了试验成功，脱碳率高达96%以上，一级品从以往的18～70%提高至90%以上.这样极大的减少了单位耗量和铬含硅量，使日产量得到了有效的增加。这种工艺是硅铬合金生产的一大进步，为微碳铬铁的工艺出现提供了良好的条件。

1987年，上海厂再次对“一步法”生产硅铬合金进行研究，并取得了成功，继而，横山厂、重庆厂也先后在“一步法”生产硅铬合金中取得了成功。如今西方国家大多数采用的都是“一步法”，通过利用大容量的矿热炉进行硅铬合金的生产。而我国主要使用的都是小容量电炉，也没有良好的原料条件，因此不适合用“一步法”进行生产。

（三）精炼铬铁（中、低、微碳）

1957年，吉林厂首先在1MVA矿热炉上，对越南和南斯拉夫的铬矿进行搭配，生产出了中、低碳铬铁，在生产过程中，平均耗费电能2823kMh/t，后又在3.5MVA矿热炉上进行试验，将硅铬和硅铁作为还原剂，最后炼出了一些VCr10铬铁。1962年，使用一种“回渣引弧”的新工艺，使一级品率得到了较大的提升。而后，横山厂、上海厂也先后的投入近精炼电炉的生产当中，开始生产微碳铬铁他们引进外国先进设备，学习吉林厂的丰富经验，不断吸收和研究，提高了投产后的一级品率。三家厂对微碳铬铁的生产在一定程度上满足和社会的发展需求。1963年～1968年，我国对精炼铬铁操作技术进行了不断改进并取得了较大的发展，主要表现为：低温强化冶炼、使用真空进行脱气；不需要烘炉直接投入生产；使用“硅铁堆底法”新工艺等。改革开放后，引入了一种“波伦法”工艺，对铬、硅的回收率都相对较高。

（四）采用真空固态脱碳法生产微碳铬铁

1963年，吉林厂开始进行试验，在60年代末建立了6MVA真空电阻炉，它的年产量达到3000t。该工艺具有工艺简单、易机械化、冶炼强度低、冶炼产品质量好等优点，可以将含碳量控制在0.01%以下，生产成本低，并可以使铬铁获得较高的回收率。上海城/首钢厂也先后建立了小容量的真空电阻炉，通过利用真空法生产微碳铬铁铁和氮化铬铁产品。

四、总结

通过这几十年的快速发展，我国也已经成为一个铬铁生产大国，铬铁的生产技术和工艺都得到了非常大的改进，铬铁合金质量也达到了世界先进水平。但同时，我国铬铁合金的生产和技术也存在一些问题，如对环境造成污染、精料入炉、普遍采用小型电炉、大型化电炉缺乏、消耗高等问题，因此，这就需要铁合金厂对存在的问题进行不断的改善，加强管理，促进企业的快速发展。

参考文献：

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低碳炼铁技术篇2

近年来，随着全球气候变暖问题的日益突出，国际先进钢铁国家为了更好的应对环境和气候的挑战，在钢铁行业节能减排和可持续发展方面均取得了很多的成功经验。河北省钢铁行业在不断的探索低碳经济发展过程中，有必要学习先进国家的成功经验，使得自身在技术和管理方面不断提升，实现钢铁行业的可持续发展。

一、国际先进钢铁国家发展低碳经济的新特点

（一）充分利用能源，积极开发突破性节能技术

由于发达国家长期致力于开发和采用节能技术，能效水平较高，进一步降低能耗的潜力有限，因此先进钢铁国家纷纷致力于突破性节能技术的研发。ESTEP（欧洲钢铁技术平台）于2004年专门设立了欧洲超低二氧化碳排放项目（ULCOS），该项目计划持续的时间为15—20年，目标是至少实现一项碳排放量减半的突破性炼钢技术。环境和谐型炼铁工艺技术(COURSE50)是日本钢铁业为实现温室气体大幅减排而正在进行的突破性技术研发项目。该项目是通过减少高炉CO2排放以及分离、回收高炉煤气中CO2，将CO2排放量减少约30%的技术，预计2030年前后确立该技术，2050年前后应用和普及。韩国浦项钢铁公司全氢高炉炼铁技术是将碳排放降至最低程度的长期技术，这一技术路线设定的可行期限是2050年，目前，浦项钢铁公司正致力于二氧化碳捕获与分离技术(CCS) ,到2030年有10％的减排任务将依靠CCS技术完成，该技术与FINEX 工艺相结合，还可以获得45%的CO2减排目标。美国钢铁协会目前正致力三项降低钢铁工业CO2排放的技术研发项目，一是用氢闪速熔炼生产生铁，通过氢作燃料替代炼铁生产过程中所用的煤和焦炭，目前该研究仍处于初步阶段。二是熔融氧化物电解工艺炼铁，该项技术不产生二氧化碳。三是新型悬浮炼铁技术、二氧化碳地质储存研究。

（二）保持高水平的环保投入强度

目前国际先进钢铁国家纷纷投入巨额经费进行节能减排研发工作。欧盟2007—2013在提高能源使用效率、增加可再生能源所占比例、低碳发电以及温室气体减排等方面的预算为23.5亿欧元；欧洲钢铁技术平台（ESTEP）设立的欧洲超低二氧化碳排放项目（ULCOS）第一研发阶段(2004—2009)总投资7500万欧元，第二研发阶段(2009—2015年)中的TRGBF中试和示范阶段项目总预算达到5—5.5亿欧元。美国是世界上低碳经济研发投入最多的国家，在2010年年度预算中，仅对清洁燃煤技术的研究就提供了150亿美元；美国钢铁行业估计用于环境保护的投资约为钢铁行业总投资的15%左右。日本2008年—2012年投入300亿美元来推进“环境能源革新技术开发计划”，日本钢铁业为实现温室气体大幅减排而正在进行的环境和谐型炼铁工艺技术(COURSE50)项目2008—2012年投资100亿日元，2013—2017年投资预算150亿日元。韩国浦项钢铁公司2000—2010年投资14000亿韩元安装了能源回收设备，用于提高能源效率；为了实现2020年每吨钢的平均二氧化碳排放强度比2010年降低9%这一目标，浦项钢铁公司预计到2020年还将投资15000亿韩元，截止到2020年，浦项集团在新绿色增长方面将合计投资55000亿韩元。

（三）重视环保型高附加值新产品研发

世界先进钢铁企业在研发突破性低碳技术的同时，为了达到节能减排的效果，也非常重视高附加值环保型产品的开发。例如减轻汽车重量是提高燃油效率及减排CO2的最有效途径之一，通常汽车总重量减轻10%将会使 CO2排放量减少5%—8%。日本钢铁业致力于开发汽车轻量化的高强度钢板，日本通过向汽车、造船、电力等行业提供高张力钢板取得的CO2减排效果达到了每年650万吨CO2。美国钢铁公司与卡特彼勒技术公司共同开发汽车用轻型高强度钢，卡特彼勒技术公司拥有TEMPER TOUGHTM特殊合金钢的专利技术，该合金钢能在保证车身强度的前提下有效降低车身重量，以降低汽车的废气排放。韩国浦项钢铁公司优先发展超轻型高强度汽车用钢、高级别电工钢等高附加值产品，高附加值产品比例高达60%以上。同时浦项钢铁公司2011年新开发出LED电视机用散热钢板、铋基易切削钢、高光泽度紫外线涂层钢板等33种高附加值产品，特别是世界顶级产品种类由99种增加到124种，销售比例达到17.8%。

（四）开发利用新能源

积极开发利用新能源是各个先进钢铁国家减少钢铁行业碳排放的有效措施之一。目前很多国家都在致力于氢能产业的发展，日本COURSE50项目中就包括将氢用于铁矿石还原的反应控制技术。韩国浦项钢铁公司也致力于重点开发能大量使用高纯度氢气作为还原剂的全氢高炉炼铁技术，而在获取氢气方面，浦项钢铁公司与韩国核能研究所合作共同开发温度达到950℃以上的超高温氢气发生核反应堆。美国纽柯钢铁公司于2011年参与美国天然气开发项目，以获得稳定的低成本天然气供应，此外纽柯还参与了 Encana石油与天然气公司的长期投资计划，双方签署了20年的长期供给合同，保证天然气的长期稳定供应。与此同时，各个发达先进钢铁国家还致力于新能源技术的研发，日本新日铁从焦炉煤气中提取氢供应燃料电池汽车加氢站，为社会节油减排做贡献，日本JFE还应用污泥硝化产生的沼气发电；浦项钢铁公司高度重视合成天然气、智能核反应堆、风力发电、氢燃料电池和智能电网等新能源技术开发，共设立氢燃料电池等9项绿色新能源研发项目和智能电网等29项未来成长事业研发项目。

二、河北省钢铁行业低碳经济发展中的问题

（一）钢铁企业多而散的局面致使产业集中度不高，能源损失严重

河北省作为钢铁大省，已经连续多年钢铁产量居全国第一位。来自河北省工信厅的数据显示，2013年河北省全省粗钢产量18849.6万吨、钢材产量22861.6万吨、分别占全国产量的24.2%和21.4%，粗钢产量和钢材产量都位居全国第一位。目前河北省具有冶炼能力的钢铁企业数量有150家，企业众多致使能源损失严重。河北省民营钢铁企业目前占据三分之二，且多数为中小企业,在官方统计的数据里，唐山市只有40多家钢铁企业，但是实际上唐山丰润区就有200多家钢铁小企业。虽然河北省多年来一直强调提高钢铁产业集中度,减少企业数量,但是从河北省官方的数据中，我们也能发现河北省钢铁企业数量不断增长的现象，数字显示省内涉钢企业已达到700多家。

实际上近年来河北省为了解决钢铁产业发展过程中长期存在的问题和矛盾，一直在谋求通过联合重组提高钢铁产业集中度，提升企业竞争力。2005年以来河北省钢铁企业先后经历了四次重组，出现了河北钢铁“国有资产整体划拨”模式、渤海钢铁“联合入股”模式、长城钢铁“集体加入”模式、新武安钢铁“资源纽带”模式以及最近的渐进式股权融合模式，但最终这些集团并没有实现真正意义上的重组，目前仍处于生产、财务、人员等各要素分而治之的状态。其中2010年年底河北钢铁集团以“渐进式股权融合”模式先后整合重组了12家民营钢铁企业，但是这一模式在后续实施过程中也偏离了最初的构想，2014年以来河北钢铁集团与这12家民营钢铁企业解除了此前签署的联合重组协议，这一模式也宣告失败。致使目前河北省钢铁产业集中度不升反降，大量中小钢铁企业无序经营，能源损失严重。

（二）低碳工艺技术创新力不足，节能减排技术不到位

与发达国家相比，我国钢铁行业低碳技术明显落后，尤其是作为高比重煤炭消费的河北省在这方面的问题更为突出。我国企业所采用的技术大多依赖于高校和科研院所开发的技术，科技成果转化率仅为20%，而最后与产业结合的只有5%，远远低于发达国家的70%-80%的水平。同时，现阶段我国钢铁企业对技术创新的资金投入仅占企业销售收入的0.8%左右，而工业发达国家则达到5%左右。早在2004年日本钢铁企业在炼铁工艺环节二氧化碳排放量为966.78吨，而我国河北省钢铁产业炼铁工艺二氧化碳排放量在2012年前三季度就已经达到1049.44吨，高于日本钢铁产业炼铁工艺2004年碳排放7.87个百分点，可见研发资金的缺乏造成钢铁行业整体研发能力缺乏，低碳工艺技术创新力明显不足，致使河北省钢铁行业节能减排技术明显落后。

与此同时河北省节能减排技术不到位，造成煤气回收以及二次能量回收率很低。我国转炉煤气回收平均值为54立方米每吨钢，而国外工业发达国家是在100立方米每吨钢。日本的新日铁已经回收的二次能源在可回收部分中占92%，中国宝钢也回收二次能源中的68％，而河北省大多数钢铁企业的二次能源的回收量在50%以下，甚至一部分中小企业的二次能源回收只是刚刚起步。

（三）传统能源利用效率低，新能源研发动力不足

中国钢铁工业一次能源以煤炭为主，在能源消费总量中占70%左右，全流程钢铁企业消耗的煤炭更是占到其一次能源的95%以上。目前钢铁生产主要分为以矿石为主要原料的高炉转炉长流程和以废钢为主要原料的电炉短流程两种方式，其中高炉生产流程能耗是电炉生产流程的2倍以上，CO2排放是电炉生产流程的3.8倍。而我国目前处于废钢短缺时期，致使我国钢铁生产以长流程为主，导致我国铁钢比2008年高达0.94，而美国钢铁企业的铁钢比已经小于0.4，德国为0.65左右，日本为0.73左右。同时我国电价较高，这些因素导致我国电炉钢比明显偏低，2008年世界电炉钢比为32%，美国为58.1%，中国仅为12.37%。

作为中国钢铁第一大省的河北省钢铁工业同样一次能源以煤炭为主，钢铁生产以长流程为主，这种以煤为主的能源结构决定了能效水平的先天不足。河北省的煤炭利用率仅有27%，低于全国平均水平5个百分点，低于世界先进水平15个百分点，因此，河北省钢铁行业发展中传统能源利用效率低，“高碳”特征非常明显。另一方面，河北省虽然拥有丰富的以风能、太阳能为代表的新能源，但是由于新能源产业是资金、技术密集型产业，本身具有高投入、高风险的特点，河北省新能源企业除保定天威、英利集团、秦皇岛哈电等企业规模较大外，其余多为中小型民营企业，这些企业资金明显不足，高端技术人才和具有专门从业经验的技术人才尤为匮乏，致使新能源的研发动力不足，严重制约了新能源的产品研发、产能扩大和技术升级以及推广应用。

（四）工业技术装备落后，环保治理设施缺乏

由于钢铁企业减排CO2前期需要投入大，成本高，这显然带来了企业的短期行为。河北省存在大量中小民营钢铁企业，这一现象就更为突出。统计数据显示，2013年河北省主要钢铁企业有烧结机165台，平均单台烧结面积109平方米，低于全国平均水平。在这些企业中，仅有53家钢企已建成或正在建设烟气脱硫装置，2013年3月，环保部华北督查中心对河北省钢铁企业进行了联合调查，发现唐山、邯郸、秦皇岛、邢台近年内建成或在建的钢铁项目有34个，均无任何环保手续。此次督查共发现不符合国家产业政策的90平方米以下烧结机49台，400立方米以下高炉 44座，有60%的运行企业存在环保问题，其中70%属除尘设施运行不正常，八成以上企业的生产废水仅通过简单沉淀过滤后即用于冲渣和熄焦，使污染物由液态转化成气态排放。

2012年，全国大中型钢铁企业仅盈利15.81亿元，销售利润率为0.04%，河北省钢铁行业盈利153.52亿元，销售利润率为1.34%，而这中间有141.83亿元是由民营钢铁企业创造的。数据显示民营钢铁企业吨钢成本较重点钢企低近千元，其中环保投入少是民营钢铁企业成本低的重要原因，在目前盈利的一些小企业中，大多环保投入低甚至是零投入，一个小钢厂不启用环保设备，每年可省下上千万元的成本，这就导致河北省钢铁落后产能由于环保投入少，成本低，反而利润高，也造成了在河北钢铁产能严重过剩的情况下，河北钢铁民企产量却在不断创新高。

三、促进河北省钢铁行业低碳发展的对策建议

（一）提高产业集中度，削减过剩产能，避免能源浪费

河北省近几年提交了多份钢铁产业结构调整方案，在具体实施过程中，河北钢铁产业多种整合重组模式多遭失败，没有达到预期效果，而河北省钢铁产能已从2005年的1亿多吨上升到2013年的3.14亿吨，这说明通过行政审批手段严格控制钢铁产能收效甚微。最近一次《河北省钢铁产业结构调整规划》中，在缩减规模总量和企业数量方面提出了明确的目标，即到2015年炼钢产能总量调整到2.2亿吨，有冶炼能力的钢铁企业数量由目前的150家压缩到50家左右，到2020年减少到30家左右。目前，河北省钢铁行业集中度低，存在大量过剩产能，落后产能规模较大，大多数企业污染防治存在不同程度的问题。因此对于河北省钢铁行业来说，严格的环保标准是淘汰钢铁落后产能的有效方式，在具体实施过程中应该依据能源消耗、环保标准两个方面限制钢铁产能，同时与“税价机制”相结合，使得那些不符合环保标准的钢铁企业无利可图，难以生存，最终自动退出市场，进而达到提高产业集中度，削减过剩产能的目的。

（二）加大研发投入，促进低碳技术创新

技术进步是实现节能降耗的关键，研究分析显示，技术进步对节能的贡献率达到40%～60%，世界先进钢铁国家非常注重低碳技术的研发。虽然河北省钢铁行业也意识到了科技创新的重要性，如河北省科技厅与河北钢铁集团联合设立“河北省钢铁产业技术升级专项资金”，每年投入6000万元，十二五期间总计投入3亿元资金，主要用于高附加值产品研发与节能减排技术研发；同时作为国内规模最大的钢铁企业，河北钢铁集团2011年技术开发费投入34.86亿元，比上年增加20.27亿元，技术投入比率达到1.39%，比上年增加0.75个百分点。但是相比于工业发达国家钢铁企业对技术创新的资金投入已经占企业销售收入的5%左右的水平，我们的研发投入明显不足。目前要想改变河北省钢铁行业这种产量巨大、能源消耗和污染排放量也大的局面，必须结合省内钢铁行业的具体情况，借鉴国外先进环保技术，加大研发资金的投入，掌握核心的钢铁节能减排技术。

（三）积极开发清洁环保的新能源，降低煤炭等化石能源的使用

目前，以消费煤炭等化石能源带来的环境污染日益严重，减少煤炭等化石能源的消费，开发清洁环保的新能源已经势在必行。河北省拥有丰富的新能源，其中河北省风能资源储量在7400万千瓦左右，分布在张家口、承德和太行山、燕山山区以及唐山、秦皇岛、沧州沿海地区。河北省张家口、承德地区每年光照3000-4000小时，太阳能资源丰富且拥有良好的电网构架，截至2011年底，全省风电装机容量达到580万千瓦，太阳能发电装机容量达到6.5万千瓦。目前河北省已形成光电、风电、节电、储电、输变电等比较完备的新能源产业体系，保定的“中国电谷”已经成为世界级新能源设备制造业聚集区，可以说河北省在新能源发展方面具有的天独厚的条件。但是由于国内新能源应用成本高，河北省新能源产品90%出口到国外，因此目前的关键是加大技术创新力度，掌握核心技术，降低应用成本，提高新能源转换率，推动太阳能和风能发电平价上网，促进新能源的广泛使用，进而降低煤炭等化石能源的使用。

（四）提高工业技术装备水平，淘汰落后产能

工艺技术装备是钢铁产品提升竞争力，节能降耗的重要基础。有资料显示， 炼铁高炉炉体容量越大，单位炼铁成本越低。1000立方米高炉相比400立方米吨钢综合煤耗降低80%，吨铁焦耗降低60%。因此，淘汰落后产能是节能减排的有力措施。虽然2008年以来，河北省共淘汰落后炼铁产能4892万吨，占全国淘汰落后产能的41.8%；淘汰落后炼钢产能3496万吨，占全国淘汰落后产能的44.8%。但是由于河北省民营钢铁企业占到三分之二，企业规模小，环保投入小，运行机制比较灵活，众多民营钢铁企业借助低成本优势不断增产，其投资也在大幅增长，所以造成了河北省钢铁产能越减越多的局面。目前河北省已经提出到2017年压减6000万吨钢铁、其中民营钢企聚集的唐山、邯郸、石家庄这几个钢铁重镇分别将压减粗钢产能4000万吨、1204万吨和482万吨，而且2014年确定了压减1500万吨钢铁产能的目标任务。但是截至2013年年底，河北省钢铁企业每年新增钢铁产能3000万吨，是政府计划2017年以前平均每年淘汰落后产能1500万吨的两倍。这说明应该进一步加大落后产能的淘汰步伐，切实做好落后产能的退出工作。

参考文献：

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低碳炼铁技术篇3

【关键词】VOD；低碳不锈钢；操作要点；发展趋势

中图分类号：TF764文献标识码： A

前言

炉外精炼技术的发展促进了不锈钢生产进步，尤其是在低碳不锈钢冶炼生产中，VOD方法比传统的电炉冶炼具有非常明显的优势。

二、VOD冶炼不锈钢操作要点

VOD(VacuumOxygenDecarburization)真空吹氧脱碳法是现今世界范围内第二位的不锈钢冶炼手段，可以冶炼超低碳、高难度、高纯度的不锈钢产品。此法是原西德维腾特殊钢厂(Edel-stahlwerkWitten)于1965年所发明的，容量为50t。现全世界共有近百台，其容量为5～150t。我国第一台VOD容量为13t，于1982年在大连钢厂投产。VOD主要装备有:钢包、真空罐、氧枪、加料系统、测温取样系统、真空系统和控制系统。该工艺是生产不锈钢最合适的真空方法之一，被认为是生产低碳、低氮不锈钢的最有效的方法。笔者对国内某厂4炉0Cr19Ni9型、4炉SUS304型和4炉SUH409L型低碳不锈钢的冶炼操作过程进行了跟踪分析,并总结出利用LD—VOD法冶炼低碳不锈钢的操作要点。

1、VOD的工作原理

VOD法通过抽真空降低CO分压进行脱碳保铬。它的主要优点为:

（1）降碳保铬效果好。通过控制真空度，可在铬几乎不被氧化的情况下脱碳。脱碳后用于还原渣中氧化铬的还原剂用量少；

（2）由于是在钢包中精炼，精炼后不吸收氮、碳，更适合冶炼超低碳、超低氮不锈钢；

（3）脱氧效果好。

2、工艺特点

LD—VOD法冶炼不锈钢的全过程大致分为两个步骤。第一步是先在转炉中熔化和初炼(初脱碳、脱硅、脱硫),使钢水含碳量和温度等达到LD—VOD精炼的要求。也有厂家首先在电炉中熔化和脱硫,然后转入顶底复合吹转炉中脱碳及初调温度、成分。第二步是将经初脱碳后的钢液用LD—VOD法继续脱碳和还原精炼,生产出符合要求的不锈钢。

（1）脱碳(脱氮)操作

LD—VOD法的脱碳由供氧速度、氧枪高度、真空度和底吹氩气流量控制。在脱碳初期,为防止钢水激烈喷溅,需适当提高氧枪高度,降低真空度,减少A氩气流量。脱碳中期,随着脱碳反应的进行而提高真空度。到脱碳末期,由于脱碳反应速度的限制性环节由供氧节制变成钢中〔C〕的扩散节制,所以要减小供氧速度,强化氩气搅拌。在终点碳附近停止吹氧,用氩气搅拌促使钢中〔C〕和〔O〕的反应快速进行。

利用LD—VOD法在冶炼上述3种类型的低碳不锈钢时,每炉冶炼时间因钢种的不同以及冶炼时的具体情况而有较大的差异,但主要操作工艺大致为:已形成或基本形成了铁水预处理—复吹转炉—炉外精炼—连铸的现代化典型工艺流程。

（2）还原和最终精炼

LD—VOD脱碳过程中大约有l%的〔Cr〕氧化,钢中的〔O〕的质量分数也达到数百个ppm(1×10-6),所以脱碳结束后要向真空室中加入CaO,CaF2等造渣材料和硅铁粉等还原剂,还原渣中的氧化铬(Cr2O3),并脱氧和脱硫。LD—VOD后期渣的碱度对脱氧、脱硫以及铬的回收率都有较大的影响,合适的碱度为1.3。如低于1.1,渣中Cr2O3的含量将急剧增加。另外,搅拌也是一个重要影响因素。终点〔C〕根据不同钢种的目标成分确定。例如该厂SUS304钢的终点〔C〕一般按0.08%控制,0Cr19Ni9钢按0.08%控制。终点碳通常是根据排气成分的变化来判断,也有的是按排气成分、流量、真空度连续判定,或者采用定氧仪判断。VOD的终点碳命中率可以达到99%以上。出钢目标温度可用下式决定:

出钢目标温度=凝固温度+过热度+出钢过程温降

凝固温度和过热度根据钢种确定,出钢过程的温降则要根据各厂的具体生产条件确定,一般为30℃～40℃。SUS304凝固温度为1454℃、出钢目标温度为1555℃。该厂4炉SUS304型低碳不锈钢出钢温度不太稳定,其他4炉0Cr19Ni9型和4炉SUH409L型低碳不锈钢出钢温度比较稳定。

三、讨论

1、脱碳保铬

由冶金热力学原理知,钢水温度越高越有利于脱碳反应的进行(但应注意这里的高温应为适当的高温,因为仅仅依靠过高的温度会对炉衬产生较大损失);VOD炉内CO的分压越低越有利于铬的还原,在吹氧脱碳的同时,可抑制铬元素的氧化损失。为了符合热力学理论基础的要求,在VOD炉内通常采用的是稀释精炼法即以大流量的底吹Ar来稀释VOD炉内因脱碳反应所产生的CO的浓度。同时,也可促进钢水的搅拌,加速脱碳反应。钢水中的碳氧反应的控制环节是在扩散领域,即碳和氧向反应区扩散是整个脱碳反应速度的控制环节。因为在高温下,[C]+[O]=CO化学反应非常迅速,实际上是个瞬时反应。所以,用VOD炉精炼低碳不锈钢和超低碳不锈钢时,在高碳区的脱碳速度主要受氧的扩散控制,即供氧强度越大,脱碳速度也越大。但是,当碳含量降低到一定程度时,碳的扩散速度减小了,成为反应的控制环节。因此,为了加速低碳区的脱碳,应当采取如下措施：

(1)加强对钢水的搅拌,以增大反应界面积和扩散速度,即尽量使钢水处于细小的液滴状态;

(2)提高钢水温度,以增大碳的扩散速度和降低临界含碳量(高碳区与低碳区的界限);

(3)提高真空度以降低临界碳量。用VOD炉精炼超低碳不锈钢(SUH409L)的各个参数比用VOD炉精炼低碳不锈钢(0Cr18Ni9、SUS304)的各个参数都大,同时前者比后者沸腾脱碳时间长。但是,用VOD炉精炼SUH409L超低碳不锈钢时,由于进站温度、真空度、吹氧量和底部吹Ar量都比精炼0Cr18Ni9、SUS304低碳不锈钢时的高,进一步说明精炼SUH409L超低碳不锈钢时铬的损失较少,由此可以得出用VOD炉精炼SUH409L超低碳不锈钢所耗费还原时间最少(仅用10min)。

另外,我们又发现,0Cr18Ni9型、SUS304型这两种低碳不锈钢液中含铬量高,对应的钢液中含碳量也高;而SUH409L型这种超低碳不锈钢液中含铬量低,对应的钢液中含碳量也低。因此,在用VOD炉精炼含铬量较高而含碳量较低的不锈钢时,需要采取更高的真空度和适当高的温度,因为仅依靠过高的温度会对炉衬损害大。

2、脱硫和脱氮问题

炉渣的碱度愈高或真空度越高愈有利于脱硫反应((CaO)+[S]+[C]=(CaS)+CO)的进行。若碱度在1.5以上时脱硫率可达80%以上。关于这一点,我们已经通过VOD炉精炼低碳不锈钢的实践得到验证。

同理,脱氮速度与真空度、吹Ar搅拌强度有关。随着真空度的提高、吹Ar搅拌强度的提高脱氮速度也将增大。这里特别指出,用VOD炉精炼像SUH409L型的超低碳不锈钢时,一定注意进站钢水成分中氮含量的严格控制。

3、VOD炉精炼发展趋势

目前,VOD炉不仅只精炼不锈钢,它还可对各种特殊钢进行真空精炼或真空脱气处理。这样可以简化电炉操作,提高电炉生产率;而VOD装置中就不需要象冶炼不锈钢那样强烈吹氧去碳,处理时间可控制在1h以内,这样钢包的寿命可大大提高;结构钢因耐火物沾染的可能性减少,其质量得到进一步改善。

由于钢包底部的Ar气流搅拌,VOD的脱气、去除夹杂的效果较好,反应动力学较为有利。如处理时间短,钢包采用适当的预热措施,钢水在处理过程中,虽未进行补充加热,钢水的降温不致太大。当然也可考虑在真空罐内的钢包上进行感应加热,这样就增加了设备投资。同时也要注意底吹透气砖型号和数量的选择。冶炼S

四、不锈钢冶炼工艺的发展

1、不锈钢二步法冶炼工艺

Witton公司和联合碳化物公司相继发明VOD和AOD精炼法之后，EAF-VOD或EAF-AOD生产不锈钢的二步法取代了电炉单炼法。近十年来，二步法有了新发展，例如开发出KMS-S+K-OBM-S、MRP(金属精炼法)等新工艺，同时德国、日本又相继开发开发出三步法的生产工艺。不锈钢二步法是指初炼炉熔化结合精炼炉脱碳的工艺流程。初炼炉可以是电炉，也可以是转炉；精炼炉一般指以脱碳为主要功能的装备，如AOD、VOD、RH-OB（KTB）、K-OBM-S、MRP－L等。转炉冶炼不锈钢技术可以分作两大类，第一类是以铁水为原料，不用电弧炉化钢，在转炉内用铁水加铬矿或铬铁合金直接熔融还原、初脱碳，在经真空处理脱碳精炼；第二类是采用部分铁水冶炼。先用电炉熔化废钢和合金，然后与三脱处理后的铁水混合，再倒入转炉进行吹炼。世界上先后采用转炉铁水冶炼不锈钢的厂家共有10余家，目前仍继续生产的仅有4家，它们是新日铁八幡、川崎千叶、巴西阿谢西塔和中国太钢。需要说明的是，其它停下来的厂家都不是因为工艺或产品质量原因。转炉铁水冶炼不锈钢的工艺技术是成熟可靠的。

采用转炉铁水冶炼不锈钢的优点如下；

（1）原料中有害杂质少；

（2）转炉中可实现熔融还原铬矿；

（3）氩气消耗低；

（4）利用廉价铁水，节约电能，缓解废钢资源紧张；

（5）转炉炉衬寿命长；

（6）有利于连铸匹配；

（7）产品范围广，特别适于生产超低碳、氮和铬不锈钢；

（8）利于降低成本。

2、不锈钢三步法冶炼工艺

三步法是冶炼不锈钢的先进方法，冶金质量好，有利于初炼炉—精炼炉—连铸机之间的匹配，适用于专业化的生产厂家，也适用于联合钢铁企业生产不锈钢和特殊钢。不锈钢三步法则是在二步法的基础上增加深脱碳的装备。三步法的基本步骤是：初炼炉转炉VOD（或RH）。通常的三步法有初炼炉AODVOD（LF）CC，初炼炉MRP－LVOD（LF）CC等多种形式。第一步，初炼炉只起熔化和合金化作用，为第二步的转炉冶炼提供液态金属。第二步是快速脱碳并防止铬的氧化。第三步是在VOD或RH-OB、RH-KTB的真空条件对钢水进一步脱碳和调整成分。

五、结束语

使用VOD进行低碳不锈钢冶炼时候，要根据炉体结构了解钢水化学成分、数量、温度等要素，并结合钢种制定出相关操作规程，只要做到精细操作，VOD法将比其他方法能够冶炼出更加适宜的不锈钢产品。

参考文献

[1]李朝前.转炉高效冶炼不锈钢技术[J].钢铁研究，2012

低碳炼铁技术篇4

关键词：炼钢机械工艺；优缺点；发展方向

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.005

0 引言

中国是世界上最早生产钢的国家之一，通过春秋晚期的文物就可以发现，那时候就已经有了钢制实物，已经2500余年的历史。

炼钢的过程是利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的杂质去掉。主要原料是含炭较高的铁水、生铁以及废钢铁。为了去除铁水中的杂质，还需要向铁水中加入氧化剂、脱氧剂、造渣材料以及铁合金等材料，以调整钢的成分。含炭较高的铁水或生铁加入炼钢炉以后，经过供氧吹炼、加矿石、脱炭等工序，将铁水中的杂质氧化除去，最后加入合金，进行合金化，便得到钢水。我国现有的炼钢炉有平炉、转炉和电炉3种，平炉炼钢法因能耗高、作业环境差已逐步被淘汰。下面就电炉和转炉这两种炼钢机械工艺进行分析比较，进而提出我国炼钢机械工艺的发展趋势。

1 电炉

电炉炼钢是比较笼统的说法，具体的来说电炉炼钢分为电弧炉炼钢、感应炉炼钢和电渣炉炼钢这三种炼钢法。但是在平时我们所说的电炉炼钢一般也就是电弧炉炼钢。电炉炼钢主要利用电弧热，在电炉炉钢内全部加入冷废钢，经过长时间的熔化与提温，再进入氧化期。

以废钢为原料的电炉炼钢，相比高炉转炉法，基建投资少，同时由于直接还原技术的发展，减少了大部分废钢的使用，因此就推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400余座，目前电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面迅速发展，最大电炉容量为400t。国外废钢资源丰富，150吨以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60～80%均为低碳钢，由于资源的丰富，所以电弧炉炼钢技术发展迅速。转观国内，由于电力和废钢不足，目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。20世纪90年代，我国的电弧炉产钢量的得到了大幅度上升，由容量小的电弧炉建设成大容量、高功率电弧炉，如宝钢的150t超高功率电弧炉、抚顺特钢的50t超高功率电弧炉。为提高钢产品的质量，部分工厂引进了LF炉，同时采取全高级连铸生产技术，如天津钢管公司。

2 转炉

1856年，英国人发明了底吹酸性转炉炼钢法，这是近代炼钢法的开端，当时引起了很大的反响。但因不能去除磷和硫，发展空间受到限制。1864年，法国创立了平炉炼钢法，因容量大，生产产品种类多，迅速成为了当时主要的炼钢方法。当时世界上85%的钢都是有平炉炼钢法炼制出来的。1951年，唐山钢厂实验成功了侧吹转炉炼钢法，1962年，首钢试验厂建成我国第一个氧气顶吹转炉。为我国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。转炉生产出的钢产量占据我国钢产量的大部分，可见转炉炼钢工艺的重要性。

转炉炼钢工艺是先将铁水装入混铁炉预热，将废钢加入转炉内，然后将混铁炉内的高温铁水用混铁车兑入转炉，进行融化与提温，当温度合适后，进入氧化期。

转炉按耐火材料可分为碱性和酸性，按气体吹入的部位可分为顶吹、侧吹和低吹，按气体种类可分为氧气转炉和空气转炉。目前最普遍的炼钢设备是顶底复吹转炉和碱性氧气顶吹，其优点是生产速度快、产量大、成本低、投资少、单炉产量高。随着用户对钢材性能和质量的要求越来越高，钢材的应用范围越来越广，同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量，扩大品种，节约能源和降低成本越来越重视。在这种情况下，转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。

3 优缺点分析比较

炼钢时，主要是铁水中的碳产生氧化反应，减少碳的含量。但有些钢的品种中含有易氧化的其他因素时，若吹入过量氧，其他元素也会氧化。这个时候，电弧炉炼钢的优势就突显出来了。一般来说，电弧炉用于冶炼碳素钢和冶炼合金钢，转炉用于生产碳钢、合金钢、铜和镍的冶炼。两种工艺，无论是炼钢方式、原材料，还是最终产成品都是不同的。从原材料来看，电炉炼钢以废钢为原材料，转炉炼钢以金属料、非金属料和气体为原材料。故在原材料方面，电炉炼钢比转炉炼钢更节省原材料和成本；在能源方面，电炉炼钢主要以外界能源为主，电弧炉在炉料化清之后，电弧的热量通过炉渣传给钢液，是间接加热，热效率差。且炉膛为盆状，很大一部分热量通过炉盖和炉壁散失。转炉炼钢主要以炉体本身和炉内的保温材料为主。故在能源方面，转炉炼钢比电炉炼钢更优越；在生产效率方面，电炉炼钢生产工序少，操作简单，生产效率高于转炉炼钢。综合各方面来说，电炉炼钢优于转炉炼钢。

4 发展方向

我国炼钢水平虽有所提高，但是还远远落后于国外水平。我国炼钢机械工艺的发展方向就是高校、低耗、优质。要创新炼钢工艺，就要从原材料、能源与技术这三个重点方面入手。

4.1 原材料

我国钢铁产量的增长，必然会受到原材料的影响。开发先进的废钢技术，研制炼铁技术，获得稳定的高质量的材料，强化对废钢破碎设备的研制，缓解国内资源紧张的现状。

4.2 能源

降低能耗，废气及噪声，充分利用化学能与物理热，提高生产效率。

4.3 技术

吸收国外先进的炼钢机械工艺技术，为我所用，在中国的国情上加以改进，创新出新的炉型。在工艺诊断方面，提高IT专家的诊断水平与技术，并大力培养、吸收炼钢机械工艺人才。目前来看，主要可以发展以下技术：转炉少渣冶炼技术；转炉高效吹炼技术；电能综合节能技术；优化连铸和近终形连持技术。

总之，随着我国经济发展方式的转变，根据低碳经济和循环经济的需要，我国目前的炼钢方式必定要走绿色环保的路子。我国虽不是钢铁大国，但发展炼钢技术，提高高端产品出口率，已成为强国的必然选择。

低碳炼铁技术篇5

关键词：一键式；自动化炼钢；吹炼模型；副枪

1 概述

“一键式”炼钢技术是一种先进的转炉冶炼控制技术，该技术集理论计算、专家经验和先进的在线监测手段与一体，采用计算机L1模型和PLC控制转炉吹炼操作，可显著提高转炉终点碳、温度双命中率，缩短冶炼周期，提高生产效率，降低原材料消耗和生产成本，实现可观的经济效益。

2 开发经过

为实现“一键式”自动化炼钢的目标，必须具备以下条件：（1）设备运行可靠：基础自动化系统、转炉系统设备、计算机系统硬件和软件可靠性高；（2）模型建立：保证模型的完整性，动态模型的运行稳定性好；（3）精益的工艺条件和标准化制度：冶炼前的初始条件（如铁水、废钢、熔剂等信息）稳定，转炉吹炼过程和终点的工艺操作标准化。

2.1 设备运行可靠

2.1.1 副枪设备系统

副枪设备的“零故障率”、稳定的停车精度、全自动运转率三个方面是保证“一键式”自动化炼钢顺利实现的基础设备条件之一。

实现“零故障率”，青钢开创性的采取以下对策：（1）动态副枪测定时氧流量降至正常流量的60%，且氧流量必须低于某一上限设定值才能下枪测量；（2）动态副枪测定的碳含量范围进行标准化控制，

防止过高的[C]下副枪测定时造成的粘钢、粘渣；（3）副枪测定中面向火焰测和其北侧存在着热负荷不平衡，因此会产生永久歪曲。《青钢副枪维护规程》要求点检人员对副枪24h内必须旋转一次，每次旋转180°；（4）为防止副枪撞击弯曲，要求转炉零位控制在-0.5°～0°，同时转炉炉口结渣大于规定值时，必须及时清理。

稳定的停车精度：为了保证取样的准确性和代表性，同时必须满足停车精度在±10mm，水平方向在±30mm以内的严格设备条件。为此，重新设定了副枪的二级变速参数。

保证副枪设备全自动运转：副枪设备全自动化的关键是探头自动装卸（APC）装置的稳定性，保证稳定的关键是限位点可靠。

2.1.2 散装料加料和称量系统

优化转炉散装料料仓的分配管理：优化分配对含铁氧化物、轻烧白云石、石灰、冷料等几种辅料按料仓分布。

提高称量速度并保证称量精度：（1）与设计方沟通增加振动给料机设定参数调整，通过设定快变慢参数和停振参数，提高称量速度；（2）通过调整下料系统的传感器和振动电机的给定频率，确保称量误差在20千克以内。

转炉底吹系统：副枪下TSC时顶底复吹的流量要求为正常流量的60%左右，通过优化底吹系统PLC控制程序，解决了转炉底吹氩气与副枪测量时所需底吹氩气流量大小不对应的问题。

铁水、废钢数据自动采集系统：（1）建立铁水成分、重量、温度等信息的计算机自动传输；（2）建立废钢操作站终端以采集废钢种类和各组分重量信息。

2.2 模型的建立

（1）钢种词典的建立[1]。熔剂计算系数：按现有钢种要求对设计方提供的10种熔剂组分进行优化分类，综合考虑炉渣的碱度、氧化镁和TFe的含量等，简化为5种熔剂计算系数。温度标准：对各类钢种的温度控制进行跟踪记录，综合分析计算得出最优化的钢水终点温度标准。钢种标准：根据现有钢种终点碳控制、终点P/S和温度标准控制不同，对我厂近200个钢种牌号，进行系统分类为7大类钢种标准化模板。

（2）吹炼模型的建立。模型基础的构建：创造性的提出建立起“三模型、一调整”的控制系统，即：转炉供氧模型、底吹模型和加料模型、枪位调整。吹炼模型的建立：综合考虑钢种、废钢质量、冶炼工艺等情况的不同，设定了8种不同的模型可供选择。

（3）自学习模型的完善。由于转炉炉况、原料条件、底吹效果等条件都在不断的变化，这些因素的变化将对转炉整个过程的静态计算和后期的动态脱碳系数、升温效果造成重大影响[2]，要求模型应该对计算值与实际值的误差进行反馈修正学习，进而调整相应的模型参数，从而提高模型控制的精度和自适应能力。

2.3 工艺的优化

2.3.1 冶炼初始条件标准化。铁水条件：（1）每月定期校准铁水天车称量，要求校准称量精度？芨±0.5%；（2）精准化控制入炉铁水重量，要求其波动？芨±0.5t。

废钢条件：（1）每月定期校准废钢车轨道衡称量，要求称量精度±0.3%；（2）精准化控制各类入炉废钢重量，要求其波动？芨±0.2t。

辅料条件：采用高牌号的石灰、轻烧白云石、萤石。

2.3.2 工艺操作改进。废钢的分类管理与精准化配比；根据钢种形成稳定的废钢加入模式，严格按废钢模式配加各类废钢。吹炼过程中供氧进程？芏75%、副枪TSC测量前2min，不允许加入任何辅料。副枪下枪测量时，必须满足以下条件：供氧进程？芏50%，供氧流量降至设定值的70%且小于15000m3/h，以保证副枪测量的稳定性。精确设定过程进行副枪测量的时机，综合考虑炉内反应情况、转炉终点要求等。保持连续冶炼，提前做好出钢准备。动态调整过程只能使用固定种类的冷却剂和发热剂，禁止加入其它熔剂。

3 实施后的效果

转炉“一键式”自动化炼钢技术，经过4个月工艺优化与管理标准化，在白班逐步向四班推广使用，并取得以下效果：转炉终点碳、温度双命中率显著提高：根据钢种终点控制标准，该技术在投入前后转炉终点C_T双命中率达到83.9%。转炉补吹率显著降低：由于自动化炼钢的使用可使转炉终点C_T双命中率显著提高，转炉补吹率由原来的25.7%下降到目前的8.0%。冶炼周期缩短，提高转炉生产效率：采用“一键式”自动化炼钢技术后，转炉一倒出钢率由原来的65%提高到80%以上，有效减少了转炉补吹频率，使得冶炼周期大幅缩短，转炉平均冶炼周期由原来的47分钟缩短到44分钟，转炉生产效率提高了6.3%，成本降低约2.9元/吨钢。提高钢水质量，稳定钢水成分：（1）转炉终点钢水氧含量降低，水口结瘤明显减少，铝镇静钢的连浇炉数由原来的12炉提高到15炉，成本降低约0.83元/吨钢。（2）通过对吹炼模式的优化，获得了稳定的脱磷效果，转炉终点磷控制CPK指数由原来的1.007升高到1.214，工序控制能力显著提高；同时因磷高导致回炉、改判的炉数平均减少了50%，成本降低约2.14元/吨钢。

减少铁合金成本，降低钢铁料耗：由于一倒命中率的提高，转炉终点钢水氧含量稳定降低，终点余锰提高，既提高了转炉铁合金的收得率又减少了转炉吹损。同时，因转炉冶炼周期的缩短，使得过程热损失减少，在相同的废钢装入条件下，自动化炼钢炉次冷料消耗数量提高约5.6kg/吨钢，有效降低了钢铁料消耗。在“一键式”自动化炼钢技术投入使用后，钢铁料耗降低了7.3kg/吨钢，成本降低约13.87元/吨钢。

4 结束语

通过对“一键式”自动化炼钢技术的开发与推广实践，效果显著：钢铁料消耗降低了7.3kg/吨钢，合计降低成本约19.74元/吨钢；转炉出钢碳和温度双命中率达到84%以上，二次补吹率减少了17.8%，平均冶炼周期缩短了3.1分钟，钢水质量得到显著提高。

⒖嘉南

[1]黄希钴.钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，1990.

低碳炼铁技术篇6

【关键词】纯净钢；在线检测；转炉；精炼；连铸

前言

所谓洁净钢一般是指钢中杂质元素磷、硫、氧、氮、氢（有时包括碳）和非金属夹杂物含量很低的钢。对于钢性能要求不同，洁净度所要求控制的因素也不相同。

洁净钢的生产工艺由铁水预处理、炼钢、钢水炉外精炼、连铸等多个工艺环节组成。在纯净钢的冶炼过程中，为获得成品钢材的高延展性、高塑性应变以及优良的表面性能，要求钢中碳、氮、氧含量尽可能低；为了生产高强度、高韧性、优良低温性能、更高的抗氢断裂的高质量钢材，要求钢中低硫、低磷、尽可能低的氮、氧、氢和一定的Ca/S比等。

1、脱硫站铁水硫、硅的在线检测技术

铁水脱硫是生产洁净钢的第一个工艺环节，对后序工艺的生产及成本有重要的影响。国外钢铁厂生产洁净钢时，一般将铁水中的[S]脱至0.008％－0.010％以下。现实生产中相对较慢的取样分析手段使得脱硫站的生产效率低，成为冶炼生产过程中的瓶颈，然而在线定硫技术能很好地解决这个问题。

铁水定硫技术的原理是根据铁水热力学，铁水中硅、碳、硫、氧及温度存在一定的函数关系：

lg[Si]=f（E，T）

lg[S]=f（E，Si，T）

式中E－铁水中氧电势，T－铁水温度

通过测量铁水中的氧电势E和铁水温度T，就能直接测量铁水中的硫、硅，为炼钢工作者提供测量依据。

使用铁水在线定硫技术可以节省取样分析时间4－10分钟、提高脱硫站的生产效率，节约脱硫喷吹反应物消耗，提供精确可靠硫、硅含量，为下道工序的配料提供依据，进一步促进后道工艺控制。

2、转炉副枪钢水氧、碳、磷的在线检测技术

纯净钢在转炉的冶炼中，转炉副枪系统是不可缺少的高效自动检测手段。副枪系统的目的是为了配合转炉的动态控制模型达到终点命中，也就是温度和碳的终点达到目标值。使用副枪系统能获得炼钢所必须的成分和温度的数据，达到自动的终点控制、缩短吹炼时间提高生产效率、减轻转炉操作工的劳动强度、减少炉衬耐材的消耗、节约能源、良好的过程控制、节约脱氧剂等加入量、减少喷溅等多种经济效益。

副枪在测量过程中，使用2种探头，一种为TSC型探头，用于吹炼过程中的测量，测量转炉过程的温度、碳含量并取样，根据TSC测量结果进行转炉冶炼动态模型计算。另外一种为TSO型探头，用于终点控制，测量钢水的温度，氧含量，碳含量，液面高度并取样，判断是否到达吹炼终点。

洁净钢的生产，对磷的控制也非常严格，一般要求磷含量控制在50ppm以下，由于传统转炉终点磷含量预测精度不能满足生产要求，一般钢厂只能依靠分析试样获取磷成分信息，存在磷含量信息获取的滞后性，影响转炉冶炼周期，或者需要增加石灰等脱磷物料的消耗以保证转炉终点磷含量满足于钢种要求。

目前最新的副枪定磷技术，是基于钢水中磷含量与钢水的温度、钢中氧含量、炉渣温度、炉渣氧含量、渣量、铁水成分存在特定的函数关系：

P％=f（Tsteel，Tslag，Osteel，Oslag，渣量，铁水成分等）

当副枪TSO探头测量时，能测量得到钢水的氧含量和温度，当副枪TSO探头提升时，能测定渣中氧和温度，并且由钢厂控制系统可获得铁水的原始成分及渣量（渣层厚度），通过这些数据获取就可计算出钢水的磷含量。

3、精炼炉钢水游离氧、酸溶铝、渣氧的在线检测技术

洁净钢的精炼过程，就是创造最佳的热力学和动力学条件，减少夹杂物的生成数量、促使其上浮，尽量减少钢中杂质元素的含量，严格控制钢中的夹杂物，包括夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型，以达到减少钢中溶质元素的含量的目的。所以，精炼过程中的元素含量的检测和控制就显得非常重要。

控制钢水中的氧含量是非常重要的，特别是了解钢水中的氧活度，对提高产品质量，降低生产成本有巨大的作用。

3.1定氧技术

以成功的定氧技术为炉外精炼在线检测的发展提供了保证。定氧探头以氧电池来测量钢液中氧电势，测温探头来测量钢液的温度，根据能斯特公式计算出钢液中的氧活度。其原理如图1。

精炼过程中无需取样分析，而且直接测定的是取样所不能分析的钢中氧活度，能更好判断钢液的质量。除了能直接测定钢水的氧活度外，该探头还扩展了其的应用。

3.1.1精炼炉内定氧定铝

其原理是钢液通过铝脱氧后，钢液内的氧活度与酸溶铝是平衡的，测量钢水温度和氧电势，能计算出钢液中的酸溶铝含量。根据计算公式，氧电势必须具有极高的精度才能保证酸溶铝的精度。幸运的是，贺利氏电测骑士公司生产的氧电池定氧的范围：1-1000×10-6，氧电势能保证±2mv的精度，保证测定的酸溶铝精度在3%以内，基本与光谱分析相同，图2表示探头检测与实验室分析酸溶铝精度的比较，从图上可见，两者达到非常好的相关性。

因此可以不用取样分析，在6秒的时间内直接读出酸溶铝含量，通过在线快速定铝，快速调整铝含量，达到目标铝含量，从而保证有足够的时间进行底吹氩搅拌的操作，夹杂物能充分上浮，提高钢的纯净度。其应用：

1）吹氩站的快速定氧定铝：吹氩站在目前的炼钢生产过程中起到调节生产节奏，调整和均匀温度、成分，提高钢水的纯净度等作用。吹氩站配置喂丝机，通过喂铝丝进一步脱氧及合金化，喂硅钙丝改善夹杂物形态等。由于生产节奏快，取样分析需要很长的时间，因此国内许多钢厂的吹氩站用定氧来定铝，不仅得到氧活度，而且知道酸溶铝含量，从而能快速进行补喂铝丝，达到目标成分。从而有更多的时间来进行吹氩处理，提高钢水的纯净度，许多研究结论表明：足够的吹氩时间是必须的，能促使夹杂物上浮，钢水中氧化物夹杂进一步减少。

2）LF内氧活度和酸溶铝的控制：LF炉内除了能测定钢中的酸溶铝的功能外，通过测定钢中氧含量，从而调整工艺，提高脱硫能力。众所周知，钢中的氧含量的高低与脱硫反应密切相关。

3）RH内氧含量的控制：RH内通过C-O反应生成CO，由于真空反应罐内CO的分压小，脱碳反应彻底，能进行深脱碳。当然控制钢水内的氧活度非常关键，不仅能提高脱碳效率，同时能提高合金化的效率，从而提高钢水质量。目前定氧技术已在RH上成熟运用。

3.2精炼炉内（FeO）测量

炼钢就是炼渣，了解炉渣的特性对提高精炼的效率是非常有效的。炉渣型定氧探头能快速测量炉渣中的（FeO）或（FeO）+（MnO），直接判断炉渣的氧化特性，可快速调整炉渣，提高精炼炉的效率。而如需取样分析则需几个小时，不能起到指导生产的作用。（FeO）探头的测量范围：0.5-30%，能满足定量检测炉渣的要求。炉渣定氧技术有极高精度，图3表示渣氧探头非常高的重现性。由于能定量分析炉渣的氧位，为调整炉渣，提高炉渣的脱硫能力，减少连铸过程中的铝的损耗有非凡的意义。LF处理过程中炉渣的调整的作用：

1）提高炉渣的脱硫能力：许多研究表明通过控制钢水和炉渣的氧位，能显著提高炉渣的脱硫能力：

炉渣中（FeO）含量对炉渣的脱硫能力和脱硫的效率有很大的影响。同时通过配置精炼渣，控制炉渣的厚度（即用量）也能减少浇注过程中铝的损耗，也就是减少过程夹杂物的产生。渣层越厚，浇注过程铝的损耗越大。

4、精炼炉、中间包钢水氢、氮的在线检测技术

4.1在线定氢技术

溶解于钢中的氢的析出是造成缩孔、白点、发裂、不同类型气泡等缺陷的主要原因；溶解于钢中而未析出的氢气会降低钢的强度极限、断面收缩率、延伸率和冲击韧性，其中后三者的降低更为严重。钢中氢在大多数情况下对钢的性能是有害的，一般来说，洁净钢氢含量要求控制在

在线定氢的原理是通过循环泵向钢液内吹入载气氮气，气体通过钢液时，钢液中的氢向循环气体内扩散，再通过多孔透气塞把气体吸收进循环管内，经过不断循环，直至氮气和氢气达到饱和平衡。通过分析混合气体中的氢分压，就可以计算钢液中的氢含量。

一般来说，分析氢含量必须先取样，送实验室进行分析，且分析时间长，不能作为指导生产上使用的常规方法。在线定氢系统能在40－70秒内测量出钢液中的氢含量，可以为炼钢工作者提供氢含量的可靠依据，从而指导常规生产。

4.2在线定氮技术

钢水氮的在线检测能直接测量液态钢水的氮含量，其原理是通过使用氦气及氮气的混合气体的载气，在开路系统中循环，根据热传导率的不同，测量混合气体的热传导率，从而测定钢水中氮含量。

5、连铸清洁取样技术

一般的成品样都在连铸中间包内完成，保证成品样不受污染，真正代表钢水的洁净度。目前最先进的全氧取样技术，在取样过程中采用氩气吹扫，真空技术及氩气冷却，保证所取试样不受二次氧化，表明呈金属银亮色，用来分析钢水的氮、氢、全氧等。

6、结语

1）钢水在线检测技术为达到高效率、优质量的洁净钢冶炼提供准确可靠的测量依据。

低碳炼铁技术篇7

钢铁企业低碳经济评价是通过对钢铁企业低碳经济系统的资源环境分析、经济效果分析和生产效率分析，找出钢铁企业这一系统发展过程中出现的问题，或面临的危机，或遇到的机遇，从而帮助决策者采取措施，以保证系统长期、和谐的发展，并产生尽可能大的经济、环境效益。其评价体系应具有信息收集、描述、解释、分析、评价、预测以及决策等功能。钢铁企业低碳经济评价指标既要反映低碳经济内涵，又要考虑社会特性以及钢铁企业的实际工艺流程；既要有利于钢铁企业管理者决策，又要有利于行业发展。因此，在构建钢铁企业低碳经济系统评价指标体系时，必须遵循整体性、科学性、可得性、可比性以及静态与动态结合的原则。依据指标体系构建的相关原则，可确定钢铁企业低碳经济评价指标体系建立的基本指导思想是：以低碳经济理论为基础，合理的借鉴和吸收国内外有关低碳经济评价的先进成果，并考虑钢铁企业生产的相关特征及钢铁企业的关键影响因子，来构建钢铁企业低碳经济发展综合评价体系。钢铁企业低碳经济评价指标体系分为目标层、准则层和指标层三个层面。其中，目标层（一级指标）：综合表达钢铁企业低碳经济的总体状况和发展趋势。准则层（二级指标）：按照低碳经济运行原则设置指标，评估钢铁企业低碳经济整体状况，将总体状况分解为能源消耗及利用、环境污染及碳排放、经济效益、综合协调发展、低碳可持续发展潜力五个方面。指标层（三级指标）：指标是指标体系的基层要素，因此指标层包含的是直接度量钢铁企业低碳经济基本特征的具体指标，须进一步设置和筛选。依据低碳经济评价指标体系的递阶层次结构，经过频度统计法、理论分析法和专家咨询法的初选确定88个评价指标，剔除32个可行性和准确性无法满足的