我国高炉炼铁和炼钢工艺现状及其发展

1、第一部分 我国高炉炼铁和炼钢工艺现状及其发展1 我国炼铁生产技术十个发展趋势一是高炉大型化会得到进一步发展。二是高炉装备水平在提高，自动化程度将取得新进展。目前，新建高炉均采用了无料钟炉顶设备、高炉专家操作系统、先进的泥炮等。     三是高炉精料水平将得到进一步发展，炉料结构更趋合理。在这方面，随着小球烧结、低温烧结、低硅烧结等技术的普及和提高，烧结矿的质量会进一步提高。同时，提高球团矿配比是个发展方向，使用优质的进口矿可提高人炉品位，并改善炉料的冶金性能。    四是焦炭质量对高炉炼铁有很大影响，应在

2、高炉冶炼中争取多使用高质量的焦炭。     五是高炉喷煤水平将继续提高。高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节，是世界炼铁技术的主流，是高炉炼铁节焦、降成本的重要措施，也是改善钢铁工业能源结构、缓解我国主焦煤资源短缺矛盾的重要手段。    六是进一步提高风温。高风温是廉价的能源。采用对空气、煤气双预热技术，即便使用低热值的高炉煤气也可获得大于1200以上的风温。高风温具有显著的经济效益。      七是炼铁系统的环境保护工作将进一步加强。国家已制订

3、出有关水、尘、渣的环保治理标准，有关炼铁企业应积极执行。对于新建的高炉、焦炉和烧结等设施要做到环保“三同时”。     八是高炉长寿技术会取得新进展。目前，我国新建大高炉均按寿命10至15年设计，中小高炉寿命也按6至8年以上考虑。    九是炼铁能耗会进一步降低。通过采用提高喷煤比和风温，上干熄焦，炉顶煤气压差发电和铁、焦，烧工序一系列节能新技术等，炼铁工序能耗还会下降。     十是高炉炼铁流程将在一段时间内仍占主导地位。  

4、0;  炼铁界有关人士还建议应在今后的发展中重点关注和努力解决好如下两个问题：     一是应关注国内铁矿石生产萎缩对炼铁生产发展的影响。目前，我国钢铁工业规模快速扩张和国内铁矿石生产萎缩的矛盾十分突出。国内铁矿越来越少，进口矿石连年大幅度增加，预示着我国钢铁工业发展开始步入以进口铁矿石为主的时期。这方面带来了我国钢铁工业经济安全的隐患，一方面也要求我们对包括进口矿在内的入炉原料进行深入的研究，以便更好地优化炼铁生产，提高效率和效益。     二是应进一步加速非高炉炼铁的研究

5、。熔融还原炼铁技术是当代科学技术的前沿课题。该课题是20世纪70年代末提出的，80年代经各国科研人员的研究开发，出现了各种工艺流程，但迄今只有一种形成了生产能力。我国也投入人力进行这种技术的研究，但至今还没有形成中国式的熔融还原的成熟工艺。不久前，有关单位提出煤氧熔融还原炼铁法并开展了半工业试验，取得了良好的效果。2 我国炉外精炼现况与发展一、我国钢包精炼炉应用情况我国于1975后从瑞典引进两台ASEA-SKF型钢包精炼炉，1979开始设计我国第一台40tLF/V型钢包精炼炉，接着各钢厂纷纷采用该技术，但是大容量的钢包炉仍然不断从国外引进。在1996年上海浦钢公司投产了二台三相三臂式100tL

6、F/VD钢包精炼炉，说明我国已具备了设计制造大型钢包精炼炉的能力，一年后上海五钢公司建成了一台三相电极吊挂式LF/VD炉，它是没有横臂的新型的导电结构方式的炉子。1999年武钢公司一炼厂建成了一台三相单臂式100tLF/VD炉。我国的钢包精炼炉包含在建的至今已拥有大小近100台左右。但是，由于直流钢包炉供电系统要配有直流电源的整流装置，在维护、使用上增加难度。选用的厂家不多，而交流钢包炉投资省，使用维护方便，有的钢厂可利用停产的小电炉变压器，因此选用厂家较多。从LF炉的结构形式可分三种，即上述提到的三种100tLF/VD炉都是我国近年来自行设计的代表炉形。二、我国三种LF炉短网结构的特点应该说

7、明我国100tLF炉采用的三种短网形式没有改变钢包炉三相供电的基本特性，仅在传输电能的方式上采用了不同形式。1、三相三臂导电方法是三相电弧炉传统采用的结构，因此在钢包炉上被选用的最多，只是导电横臂产生后代替了原来的铜管导电，使导电截面增加，阻抗减小，提高系统的有功功率。2、三相电缆吊挂与电极夹头直接相连，电极夹头装置上端同升降杆连接。这种结构形式是由瑞典ELKEM-SCANLANCE公司1985年为波兰HULA-CZESTOCHWA公司提供的90-100tLF炉炉形。这种形式的特点是二次侧导电线路短，阻抗小，有效功率高，同时夹头装置呈“品”字型，电极极心圆极小，对减少钢包耐材侵蚀有利。3、三相

8、单臂结构形式于1989年首先由德国巴登公司80tLF炉上使用，它采用根加强型横臂，头部呈“Y”型，装有三只夹头装置，导电钢管布置在横臂的上部和两侧。电极升降系统由三套可并为一套，操作控制简化，并也可获得较小的电极极心圆，操作维护方便，投资省。但这种结构对二次侧的短网设计要求高，三相阻抗的不平衡在静态计算上需要精确，控制时选择的电流参数要恰当，三相电极需要在熔炼2-3炉后必须整平头部。从基本分析看，三种结构形式在100t容量都用得很好，但是三相电缆吊挂式和三相单臂式最大优点是适用于中小型钢包炉，可充分利用极心圆小的优点，但前者更适合于熔炼对碳含量控制要求高的优质钢，这是仅供选用参考的见解。三、我

9、国钢包炉装备技术的发展趋势我国的钢包精炼技术近三年内随着平炉改转炉或电弧炉工程的需要已有迅速的增长，更主要的原因则是随着我国钢液连铸比的迅速提高，加速了钢包精炼技术的发展，但是到1998年的全国粗钢精炼比仍只有20%左右，与连铸比的差距很大。因此，今后大力发展炉外精炼技术是必然的趋势。令人可喜的是是很多大钢厂对炉外精炼技术的工艺操作都已掌握相当知识，也看中国内的设计水平逐步与进口技术接近，并且造价低。但就LF炉钢包炉来说，结合国内目前技术水准，其工艺装备技术还需要在如下方面予以关注和完善：1、采用计算机控制，提供钢液加热温度趋势图，可选择的功率曲线图和功率自控模型。具备三相同步起弧功能。2、采

10、用计算机控制三相电弧电压、电流的动态调节，使三相功率的不平衡控制在较小范围。3、提示补加合金元素数量及其预计的收得率。4、对渣料的选用和补加提供工艺指导，根据钢种要求予示脱硫效率和S含量、O含量的低限控制的示范方法。5、对吹氩搅拌有多种搅拌模式的选择菜单。6、在炉盖上配备具有计量功能的多流喂丝装置。7、在加料孔上配备自动加合金和渣料，以及配有连续加入发泡剂的功能。8、所有辅助系统、传动系统有完整的安全保护、紧急报警和故障自检功能。重要的压力、流量、温度在屏幕有动态显示。9、每炉有完整的操作记录和单耗记录以及钢液化学成分、温度和渣样分析的数据。10、当然对于生产节奏比较稳定，钢种比较少的钢厂也可

11、开发人工智能型模糊控制方法，采用更为先进自控技术。3 我国转炉炼钢的现状和发展2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。50300t转炉由2001年的75座增至2003年的134座,工艺技术进一步优化。我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速,其中包括低合金、耐候钢、TRIP(相变诱发塑性)钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造,进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗,改善环境。1952年氧气顶吹转炉在奥地利林茨·道纳维茨(Linz,Donawitz)钢厂诞生,简称

12、LD,其后陆续在一些国家获得广泛采用。1964年我国第1家氧气顶吹转炉炼钢厂在首钢建成投产,与此同时我国太钢从奥钢联引进了2台50t氧气顶吹转炉,使我国的氧气顶吹转炉炼钢进入了发展的初始阶。20世纪60年代中期,我国设计、科研、制造、生产人员共同协作,开展了大型氧气顶吹转炉炼钢厂的设计,1971年容量120t的大型转炉炼钢厂于1971年在攀枝花钢铁公司顺利建成投产。1978年我国宝钢首次从国外引进了300t大型转炉成套设备,1985年建成投产。通过对宝钢引进大型转炉炼钢技术的学习、消化,于20世纪90年代中、后期,又在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t、

13、210t、250t大型氧气顶底复吹转炉,从此,我国转炉炼钢进入了高速发展期。1996年我国钢产量首次突破1亿t,转炉钢产量已达6947.5万t;占全国总钢产量的68.6%。1999年我国转炉钢产量突破1亿t;达到10247.2万t;占全国钢产量比重上升到82.7%。近年来,转炉钢产量持续处于高速增长态势,2002年我国转炉钢产量高达15330万t,仅时隔3年转炉钢产量增长近50%。1994年我国1384万t平炉钢产能至2002年已全部被转炉钢所取代。据统计,2003年我国转炉钢产量已近1.9亿t,约占世界转炉钢产量的25%以上。 一、我国转炉炼钢发展现状1、 转炉钢产量作为转炉炼钢主要炉料的生

14、铁逐年增长,为转炉炼钢钢产量的大幅度增长提供了良好而充裕的原料条件,与世界各主要产钢国家相比,我国铁钢比较高,近年来我国生铁产量及铁钢比如表1所示。由于我国废钢资源短缺(仅2001年进口废钢量已达978.693万t),电力缺乏,电价偏高,致使电炉钢产量的增长受到一定程度的制约;平炉被淘汰,生铁资源的充裕,给转炉钢产量的增长提供了良好条件,因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。2001年和2003年各种容量转炉的座数变化如表2所示。各种炼钢法的钢产量及所占比例见表3。表1我国生铁产量及铁钢比项目年度2000200120022003生铁产量/万t13103.4215554.251690820231.

15、19钢产量/万t12850151031822522234铁/钢比1.021.0280.9280.91表2我国不同容量转炉的座数变化/座转炉容量/t20012003年210300111110018024325090409130404444205050<204747合计216275表3近10年我国各种炼钢法的钢产量及占总钢产量比例的变化年度钢总产量/万t平炉转炉电弧炉其它产量/万t%产量/万t%产量/万t%产量/万t%199492611384155889.963.61966.121.210.40.119959536130813.9635866.718111958.60.61996101241

16、26112.56947.568.61893.218.7220.2199710891969.68.97984.173.31912.117.615.20.2199811459543.74.79097.879.21814.315.822.60.2199912856108.11.510247.282.71947.715.714.40.1200012856108.10.810584.382.42020.015.9137.61.120011510383.30.512601.583.12400.515.877.20.5200218225001533084.1282015.5750.4200322010001

17、876885.2322014.7220.12、大中型重点钢铁企业转炉钢产量占主导地位近年来,由于新建了一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造,使转炉炼钢厂生产规模均有所扩大,因此大、中型转炉钢产量大幅度提高。我国重点大、中型钢铁企业转炉钢产量分布情况的统计表明,全国年产量200万t以上的大中型钢铁企业的产钢量已占全国钢总产量的82 4%。大型钢铁(集团)企业(>500万t/)数量增多,为发展转炉炼钢提供了有利条件。全国年产超过500万t钢铁企业数，由2001年的4家增至2003年的13家,钢产量由2001年4326万t增至2003年9789万t。3、转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种

18、的增长（1） 高附加值钢种产量我国汽车、造船、集装箱、石化、电工等行业对优质钢需求旺盛,因此需要炼钢供应优质钢水浇铸成优质合格铸坯以满足轧材品种的需要。近年来我国转炉开发并成批量冶炼了IF钢,高强度级别的管线钢,有些超低磷钢种要求P50×10-6船用钢,压力容器用钢、集装箱用钢等高附加值钢种,钢的质量亦不断提高。一些主要高附加值产品在2002年产量增加的基础上,2003年又有大幅度增长,如2003年低合金中厚板增幅62%,压力容器板达65%。（2） 低合金、微合金化高强度钢以汽车板用钢为代表的超深冲IF钢,经开发已在全国各大型钢铁企业批量生产。在超低碳钢中加入适量Ti、Nb或Ti和N

19、b同时加入,以消除钢中的间隙C、N原子,这类钢称为无间隙原子钢(interstital freesteel)即IF钢。目前我国生产的IF钢有Ti IF钢和(Ti+Nb)IF钢。在Ti IF钢中,Ti和S,N优先结合Ti(N,S)化合物,然后再与C结合形成TiC,在(Ti Nb)IF钢中,N和S由Ti固定,而C由Nb固定生成NbC。IF钢经合理热轧、冷轧及退火等工艺加工后,对深冲性能有利的再结晶得到充分发展,因此IF钢具有高的r值(塑性应变比),高的n值(应变硬化指数)和大的延伸率无时效等特性,目前我国宝钢生产的IF钢的成分已能控制在C0.002%、N0.002%、S0 001%、TO0.002

20、%的水平。本钢生产的IF钢的成分控制在C0.003%、N0.004%、S0.005%的水平。我国武钢、鞍钢也已批量生产IF钢。（3） 管线钢油气输送管线钢应具有高的强度、良好的韧性及焊接性和抗氢、抗硫化氢致裂纹的性能。转炉冶炼通过前工序铁水脱硫,后工序通过精炼,已能把成分控制在C0.002%、P0.01%、TO0.0025%、N0.0035%、H0.0002%的水平,对抗氢致裂纹的管线钢(HIC),S应控制在0.001%的水平。目前我国宝钢、武钢已具有生产X80管线钢的水平。我国几家主要钢铁企业生产的X70管线钢化学成分如表4所示。表470管线钢典型化学成分/%生产厂CSiMnPSNbVTiM

21、b宝钢0.0450.231.460.0110.00060.0520.0480.0210.019武钢0.060.171.430.0110.0020.040.0400.0100.17鞍钢0.080.221.550.0120.0020.0360.0400.0100.16（4）耐候钢集装箱用钢90%为耐候钢,我国宝钢已于1999年生产集装箱板85万t,市场占有率达85%。近年来我国一些大型钢铁企业耐候钢的生产大幅度增长。耐候钢对耐腐蚀性能有严格要求,因此应加入适量的合金元素,如宝钢耐候钢的基本成分(%)控制在0.09C、0.3Si、0.4Mn、0.008P、0.005S、0.6Cr、0.3Cu、0.2

22、5Ni的水平,近年来我国耐候钢的产量已达200万t左右。（5）双相钢近年来我国宝钢生产的B540FH和武钢生产的RS55双相钢已批量提供一些汽车制造厂使用,具有高的强度和高的延伸率,RS55钢的抗拉强度超过了600MPa,B540EH钢的抗拉强度在570MPa左右,并具有良好的冷成型性。双相钢冶炼要求高,化学成分控制严格(除主要成分外要适量添加Nb、Cr合金元素),为转炉操作带来一定的难度,如B540FH钢和RS55钢。（6）TRIP钢TRIP (Transformation Induced Plasticity)钢是含有残余奥氏体的低碳、低合金高强度钢,主要化学元素为CSiMn元素,强度级别

23、为500700MPa,强度和塑性配合非常良好,用于生产汽车零部件。宝钢生产的TRP钢主要有热轧QSTE系列汽车结构用钢;如汽车大梁用钢和汽车传动轴用钢。鞍钢开发的汽车用08AlP、15Ti、09MnVTiN和06NbTi等低合金或微合金化TRP钢已广泛用于汽车大梁、横梁、车轮轮辐等,使冲压合格率保持在98%以上,零件减重率达5%15%,从而使汽车车体重量减轻,该钢种具有良好的经济效益。（7）特殊钢近年来我国特殊钢产量占全国钢总产量的8%10%,2003年我国特殊钢产量达2000万t,占全国钢总产量的8 4%。而日本2003年特殊钢总产量为2255.58万t,占全国钢总产量的20.32%,特殊钢

24、增长率为7.2%(与2002年比),近年来日本特殊钢约有60%是转炉钢厂生产的。与日本相比,我国特殊钢产量尚有很大差距,我国特殊钢生产今后除依靠30家特钢企业外,转炉适度增产特殊钢也势在必行。汽车、机械、电力行业是特殊钢需求的大户,强劲的市场需求也将是特殊钢增产的重要因素。我国技术装备水平较高的转炉钢厂已有生产特殊钢的经验。多年来宝钢300t转炉一直生产140mm无缝连轧管机的芯棒用钢(38CrMoV),其生产工艺为铁水脱硫、转炉冶炼、二次精炼、浇铸钢锭、1150mm初轧机开坯、750mm轧机轧成芯棒。本钢120t转炉采用铁水脱硫,转炉采取高拉碳吹炼C0 4%,经LF二次精炼,浇铸成3钢锭后经

25、轧制生产出GCr15轴承钢,成品经高倍检验A、B夹杂物为1级,C、O夹杂物为0级,O10×10-6,钢材质量达到YJZ 84标准要求。梅山钢铁公司利用150顶底复吹转炉试炼了3炉低合金耐热钢15CrMo,该钢种具有较好的高温性能,主要用于制造工作温度高于450压力容器,同时还具有很好的抗氧化性能、抗硫化氢腐蚀和氢腐蚀性能。浇成连铸板坯合格率为100%,轧成板卷表面性能良好,为梅山钢铁公司生产高附加值产品提供了宝贵经验。4、转炉生产工艺进一步优化为了提高钢质量和扩大冶炼钢种,原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置及二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂普遍配置了全量铁水脱硫装置,

26、并根据冶炼钢种要求配置了炉外精炼装置,一般多选用LF精炼,有些转炉钢厂还设置了VD或RH精炼装置,从而为生产高附加值钢种提供了有利条件。近年来转炉二次精炼比已大幅度提高,如2000年我国转炉炼钢精炼比为26.56%,到2003年转炉炼钢精炼比进一步提高。5、转炉自动化水平不断提高大、中型转炉炼钢厂一般均采用了基础自动化和过程计算机控制系统,有些大中型转炉钢厂还设置了管理计算机系统。另外在一些有条件的大型转炉炼钢厂增设了副枪装置或炉气自动分析仪,藉副枪或炉气分析仪为检测手段,实现了计算机动态模型控制,从而提高了转炉终点命中率,改善了转炉作业指标。6、转炉消耗指标逐步降低（1）钢铁料我国高炉生产能

27、力的大幅度增长,为转炉炼钢提供了充裕的铁水,故转炉炼钢炉料铁水比高,为转炉冶炼纯净钢和提高钢的质量提供了良好条件。由于我国废钢资源短缺,转炉炼钢炉料中废钢比较低,近年来我国转炉钢铁料消耗如表5所示。表5转炉钢铁料消耗项目年度2000200120022003钢铁料/ kg·t-1钢1094109310911091其中废钢/kg·t-1钢9811210592废钢比/%8.9610.259.628.43（2）工序能耗由于转炉生产操作技术水平不断提高,以及各转炉钢厂对转炉煤气和转炉烟道汽化冷却蒸汽的回收,使转炉工序能耗有所降低,有些大型转炉钢厂达到负能炼钢水平,如宝钢一、二炼钢厂、

28、武钢三炼钢。近年来,我国转炉工序能耗亦有显著降低。（3）转炉炉龄溅渣护炉技术的普遍推广,炉衬材质的进一步改善,对炉体维护的加强以及转炉操作水平的不断改进,从而使转炉炉龄大幅度提高,耐火材料消耗降低。武钢二炼钢复吹转炉取得了新的成果,2002年创造了炉龄29942炉的纪录;小型转炉如山东莱芜钢厂(容量为25t)的2号转炉创造了37271炉的纪录,福建三明钢厂(容量为20t)的1号转炉创造了33542炉的新纪录。近年来我国重点大、中型钢铁企业转炉平均炉龄由2000年的2641炉增至2003年的4674炉。由于转炉炉龄大幅度提高,也使转炉吹炼模式发生了变化,原设有2座转炉的车间可由过去的2吹1进行2

29、吹2作业;原设有3座转炉的车间过去为3吹2,现可改为3吹3作业模式,从而使转炉生产能力大为提高。二、我国转炉炼钢的未来发展1、转炉炼钢未来发展的条件和机遇（1）市场的强劲需求随着我国国民经济的持续稳定发展,对钢材市场的需求必将保持强劲的势头。其 理由为:我国固定资产投资尽管会有调整,但投资水平仍保持不断适量增长,特别是一些国家重点工程项目的建设,如南水北调、西气东输、青藏铁路、三峡工程、奥运工程、能源战略,以及国家实施的西部大开发和振兴东北老工业基地等都将进一步促进对钢材的大量需求;随着人民生活的不断改善和提高,我国的城市化建设以及人们对住房、汽车、耐用消费品等社会消费的需求不断增长。转炉炼钢

30、处于炼铁、轧钢的中间环节,前工序受高炉铁水供应的制约;后工序要满足轧钢对品种质量的要求。由于我国高炉生产能力的逐年增长,现有轧机生产能力已大于炼钢生产能力,废钢资源的短缺,电力的紧缺和电价的昂贵,从而限制了电弧炉炼钢的发展。综上所述,今后转炉炼钢仍将呈发展态势,其钢产量也将视市场需求与炼铁、轧钢同步适度增长。（2）高附加值钢种大幅度增长一些高附加值钢种多为低合金高强度或微合金高强度钢种,特别是V、Nb、Ti微合金化钢种将受到关注。今后我国汽车、造船、集装箱、机械制造、油、气输送管线、电工等用钢仍将大幅度增长,大型转炉炼钢厂将依靠自身的装备优势(配置热连轧或宽厚板轧机),结合日新月异的冶炼工艺技

31、术进步,努力增产这类高附加值钢种,满足市场需求。2、转炉炼钢的发展与钢产量的增长方式由于市场对钢材的需求旺盛,炼钢提供轧钢的坯料供不应求,高炉生铁产量的逐年增长,因此给转炉炼钢技术的发展和转炉钢产量的提高提供了良好机遇和条件。今后转炉钢产量的增长一是随着产业的发展而新建转炉炼钢生产规模的扩大;二是通过对原有转炉钢厂的技术改造挖潜。近年来一些中小型转炉钢厂通过技术改造挖潜已取得了明显的成效,例如水钢小转炉钢厂将原有3座20t转炉逐个扩容至30t,车间钢产量已达到175万t(2002年)。又如福建三明转炉钢厂将原有3座20转炉改造为30t,并增加了第4座转炉,车间钢产量提高至205万t(2003年

32、)。此外,在大型钢铁企业中,经适当增加转炉吹炼炉座数可获得增产,如宝钢二炼钢厂原设计为2座250t转炉,设计年生产钢水300万t,浇铸成合格铸坯288万t,原为2吹1,现为2吹1.11.2,钢产量2002年已超过370万t(连铸坯),目前该厂拟增设第3座转炉,届时钢产量可达600万t。生产实践证明,转炉炼钢厂改造挖潜和改变转炉操作模式都具有投资省、工期短,见效快等优点。同时,转炉炼钢还应大力推广溅渣护炉、节能降耗技术,稳定提高转炉操作指标。当然,在转炉扩大产量的同时,应考虑到全厂的物料平衡及公辅设施的配套能力,形成综合生产能力。同时应坚决贯彻国家环保的法律、法规建设清洁钢厂。三、转炉炼钢技术发

33、展中应注意的问题我国中、小型转炉炼钢厂(车间)生产量达到6000万t以上,与前后工序配套的有小高炉、小连铸、小轧机;已形成一定的综合生产能力。中、小型转炉钢厂是在我国钢铁发展的历史中形成的,今后在一段较长的时间应配合我国钢铁行业的产业结构调整政策和优化工艺及调整产品结构的发展战略,搞好扩容改造挖潜,相应提高技术和装备水平,比如适当增设铁水脱硫设施和根据钢种要求增设炉外精炼装置,以求在增产的同时进一步提高钢的质量,扩大冶炼钢种范围,降低消耗,改善环保条件,在市场竞争中继续求得生存发展。今后应抑制低水平中小型转炉重复建设。在沿海建设大型钢铁企业,应当充分考虑我国的国情和利用优越的海港天然条件,本着

34、设备大型化、现代化原则,选取适合于大型钢铁企业的大型高炉、大型转炉和大型热连轧机、冷连轧机等国内外成熟的工艺技术装备,以满足大规模生产的要求,对一些国外尚处于开发试用阶段或通常适合于中、小型钢铁企业的工艺技术装备一般不宜选用。4 电炉炼钢工艺现状及发展在西方和一些新兴的工业国家，电炉具有相当重要的战略地位。电炉炼钢在型材和长条产品市场上占据着主导地位，并已经介入扁平材市场。近年来，全球电炉钢27亿吨左右，占粗钢总量的13以上。欧盟（按15国计）电炉钢的比重已达到50。经过一系列技术改造，电炉炼钢成本明显改进，电耗下降45，冶炼周期缩短75，电极损耗减少75以上。缩短装料时间或采用双炉壳设计可以

35、缩短断电时间，提高生产率。在缩减供电时间方面的重大进展是将冶金处理移向下游的二次精炼，电炉只被用作熔化设备。现在的冶金任务和浇铸温度的调整已由钢包炉来完成。水冷板和水冷炉底极大地推动了UHP电炉的发展，目前有些电炉已经在磨损大的区域使用了水冷耐材衬。石墨电极可承受的电流为25A28 Acm 2，电极直径从最初的200 mm发展到750 mm，制造800 mm的电极已成为可能。今后的工作是要开发出更好的材料，尽可能地提高单位载荷，完善制造工艺。变压器额定功率的增加不会遇到任何电力问题，惟一的制约是尺寸与重量引发的安置问题。对液氮冷却的超导变压器的研究表明，其重量下降50，则电流损耗减少50。废钢

36、预热和二次燃烧是很不错的技术，如我们使用的竖炉技术、双炉壳和连续加料与废钢预热技术，对炉体的设计产生了深远的影响。全球不断增长的钢铁需求仍然要由这两大冶金工艺支撑。电炉的发展将会受到废钢资源的制约，其今后的工作就是如何利用DRI来克服这些束缚。5 我国高炉热风炉新技术的回顾与展望近20年以来，随着我国经济的高速发展，高炉炼铁技术进步非常之快，高炉热风炉大型化、多样化、高效化，大大缩小了我们与世界先进水平的差距，一大批炼铁及相关科技工作者开发出了一系列世界水平的具有自主知识产权的领先技术，填补国内外热风炉技术的空白，引起世人关注。主要表现在：霍戈文高风温热风炉的引进、大型外燃式热风炉或大型外燃式

37、热风炉加辅助小热风炉的组合、顶燃式热风炉（俄卡鲁金顶燃式的引进、球式顶燃式、逆旋流顶燃式的开发）、大型外燃式热风炉自身预热式在大型高炉上的成功应用、高炉热风炉烟气余热预热助燃空气和煤气技术及其附加加热换热技术组合等等。所有这些，都取得了高风温的实效。热风炉设计的系统优化，自主设计、制造不同类型的高炉热风炉，各交叉口采用的组合砖都能自主设计、制造和砌筑。高炉热风炉烘炉技术、凉炉与保温技术,耐火材料和耐火涂料的研发大大推动了热风炉的技术成熟与发展。在高炉热风炉的理论研究方面也取得了骄人的业绩。例如，计算机技术的应用，数值模拟仿真技术开发，高效燃烧器及冷态、热态实验，冷风与烟气分配技术也有我国自己的

38、专利，高炉热风炉燃烧、流动与传热三大理论与实验研究。实现高风温的主要技术路线有:利用低热值煤气获得高风温的工艺方法;热工设备的组合;工艺技术材料优化与创新;国内也有人提出了1400超高风温的设想。2005年我国重点大中型钢铁企业高炉平均风温1084，虽有较大提高，但比国际先进水平低100-150。同时，高炉煤气放散率仍有9.51%。这不仅浪费了大量的二次能源，而且严重污染了大气环境。随着炼铁燃料消耗所占炼铁制造成本翻番地增长，高风温对于富氧喷煤强化炼铁，推动炼铁技术进步、降低成本和增加经济效益显得越来越重要。一、高温空气燃烧技术的应用利用低热值煤气获得高风温的工艺方法主要有：（1）高炉煤气富化

39、法；（2）金属换热器法；（3）自身预热法；（4）富氧助燃法；（5）掺入热风法；（6）辅助热风炉法等等。其中最具典型意义的两种：金属换热器法和热风炉自身预热法基本上代表了当今高温空气燃烧技术在利用低热值煤气获得高风温方面的发展新趋势。1、高温空气燃烧技术在国内的兴起高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion-HTAC）是20世纪90年代开发成功的一项燃料燃烧领域中的新技术。HTAC包括两项基本技术手段：一是燃烧产物显热最大限度回收（或称极限回收）；二是燃料在低氧气氛下燃烧。燃料在高温下和低氧空气中燃烧，燃烧和体系内的热工条件与传统的（空气为常温或低于600以

40、下，含氧不小于21%）燃烧过程有明显区别。这项技术将对世界各国以燃烧为基础的能源转换技术带来变革性的发展。1999年10月在北京中国科技会堂召开的高温空气燃烧技术（HTAC）技术研讨会上开始了第一次与世界各地开展此项技术的交流。很快诸如北京神雾、北京北岛能源技术开发公司、北科大赛能杰、山东博大等推出一系列蓄热式热回收技术，应用于工业化生产。就高炉热风炉而言，热风炉自身预热法和热风炉附加加热换热系统都属于高温空气燃烧技术在高炉热风炉上的应用。2、附加加热换热系统金属换热器法应用良好德国迪林根（Dilingen）罗尔5号高炉（2220m3）采用附加加热换热系统（Additional Preheat

41、ing Heat-exchange System）。在罗尔5号高炉采用的附加加热换热系统中，建有两台金属换热器、1座燃烧炉，利用循环的废气可将助燃空气预热到500，同时把煤气预热到250，用单一的低热值（3000kJ/m3）高炉煤气可把风温提高到1285。这种金属换热器法是一种热工设备的组合，具有较高的灵活性，独立于热风炉而存在，可以根据高炉状态的变化灵活地调节空气和煤气的预热温度，从而提高或降低热风温度，减少或增加预热空气和煤气量。实用新型专利“带有附加燃烧炉的热风炉预热装置”（专利号ZL96 2 25818.0）在鞍钢11号高炉（2580m3），邯钢1#、3#、6#，山西临汾、太钢3#、4

42、#，山东淄博、青钢3#、4#、临沂，宝钢梅山2# （1280m3），辽宁北台等厂的高炉都先后应用此工艺技术，效果显著。3、高炉热风炉自身预热法发展成熟高炉热风炉自身预热法（self-preheating process）是我国首创。到目前为止，还没有检索到国外的有关文献。该工艺方法于1966年7月在我国山东济南铁厂3号高炉（100m3）由吕鲁平首先采用，并获得国家发明专利。发明至今，已走过整整40年不平凡的历程。大体上可划分为三个阶段：（1）发明、原始创新阶段；（2）理论探索、改进阶段；（3）工艺改进、大高炉应用阶段。这期间不少炼铁、热工科技人员进行了大量研究。鞍钢先后在3座2580m3高炉上

43、，10号（1994年）、7号（2002年）和将来的新4号（2006年）都应用这种具有自主知识产权的热风炉自身预热工艺技术。随着这一技术的发展与应用，相应的理论探索也取得了重要进展。通过计算机数值模拟，验证了这一技术独特的优越性和耐火材料的合理性。4、辅助热风炉法发展方兴未艾用两座辅助小型热风炉，燃烧过剩的高炉煤气，交替预热大热风炉的助燃空气，经调温后供大热风炉燃烧用。大幅度提高助燃空气物理热，实现1200以上高风温。此工艺技术可节省大量的高热值煤气，多利用高炉煤气，经济效益显著。鞍钢新建的两座3200m3高炉采用这种辅助热风炉法。德国和日本某些高炉也曾用蓄热式热风炉来预热助燃空气。这几种工艺技

44、术在理论上具有如下特点：（1）破除了低温余热回收传统观念，大幅度地提高燃烧介质预热温度。虽然在系统中增加了一定的能量和投资，但综合分析总能耗和效益的关系，产出远远大于投入。（2）以利用劣质燃料为基本点，经工艺转化后以低价值的高炉煤气获取高价值的高温热量。节省昂贵的高热值煤气供给更急需的部门，达到能源合理配置，创造更大的经济效益和社会效益，是真正的“资源节约型”工艺技术。（3）燃烧介质预热后带入的物理热比同样数量的化学热更有用。这是因为燃烧介质预热后烟气温度下降，热效率提高，或者烟气带走的热量与不预热时相同，回收的热量更有价值。二、热风炉的大型化、多样化、高效化1、顶燃式热风炉的跨越式发展近10

45、年来，顶燃式热风炉在我国的广泛应用突飞猛进，一方面，在总结过去经验的基础上，自主研制开发出了多种多样的结构形式，大胆应用；另一方面，引进国外先进技术，都取得了可喜的结果。顶燃式热风炉具有诸多优点被人认同。80年代初，我国首钢新2#高炉（1327m3）4座顶燃式热风炉的工业应用，在国内引起不小的震动。邯钢、石家庄高炉十几座顶燃式热风炉，湖南冷水江3号高炉有1座新型顶燃式热风炉。个别小厂也有采用顶燃式热风炉。后来的球式热风炉把顶燃式推进了一大步，国内一些钢铁厂看准了它的潜质，纷纷采用并自主研究开发。目前球式热风炉已成功地应用在1327m3级的高炉上。现在，多种多样的顶燃式热风炉在我国得到了广泛采用

46、。（1）卡鲁金顶燃式热风炉迅猛发展 这种结构的热风炉已在俄罗斯和乌克兰冶金工厂的13863200m3的高炉上建造使用。俄罗斯卡鲁金（Kalugin）顶燃式热风炉在我国迅速得以应用。例如，莱钢750m3、1880m3，济钢3座1750m3，淮钢两座450m3，青钢两座500m3，迁安连城两座480m3，国丰两座1800m3，首秦1160m3、2200m3，天钢3200m3，湘钢2200m3，安钢2800m3，唐钢3200m3和重钢高炉热风炉都采用此结构形式的热风炉。鞍钢2580m3和首钢曹妃甸5500m3高炉热风炉拟采用俄罗斯卡鲁金顶燃式热风炉。（2）球式热风炉的普遍应用 球式热风炉也可划为顶燃

47、式热风炉的一种，球式热风炉的体积小，结构简单，材料用量大大少于内燃式热风炉，从而大大节省了投资。在河北新丰、广西柳钢、江苏兴澄和四川威远等许许多多中小高炉得到很好的应用。目前球炉已成功地应用在1327m3级的高炉上。（3）其他顶燃式热风炉的崛起 在国内，武汉宏图、承德鸿博、中冶全泰、新兴铸管等也开发出了具有自主知识产权的旋流、旋切流顶燃式热风炉，得到了很好的应用。2、达涅利霍戈文高风温长寿热风炉的应用达涅利霍戈文（Hoogovens）热风炉集多项科学技术研究成果与一身，自1969年问世以来，迄今为止已在十几个国家的几十座高炉推广应用。该热风炉具有结构合理、投资省、占地少、热效率高、风温高、寿命

48、长等优点。国内20世纪70年代开始研究开发，称之为高温改造内燃式。限于当时的技术水平和耐火材料的成本，没有很好地解决燃烧器、隔墙和送风系统等问题而“搁浅”。当时进行的1300高风温试验也是短期的，付出的代价是昂贵的。刮了一阵“高温改造内燃式”风之后，不得不重新考虑引进真正的“霍戈文高温长寿热风炉”。武钢4号2200m3（2001年）、5号3200m3（1991年）、6号3200m3、7号3200m3，鞍钢11号2580m3（2001年）、鞍钢新1号3200m3（2001年）、唐钢2560m3（1998年）、2000m3、首钢1726m3、太钢1200m3、攀钢1260m3（1996年）和上钢一

49、厂2500m3（1999年）、邯钢新建两座3200m3（2006年）等高炉均采用此种结构形式热风炉。平均风温达到11501200。3、大型外燃式热风炉稳定运行外燃式热风炉是内燃式热风炉的进化与发展。本钢5号高炉热风炉为地得式。鞍钢6号高炉热风炉（AW-），实际为通常所说的马琴派根司特（Martin and Pagenstecher）外燃式，鞍钢7号（AW-）、10号高炉、宝钢所有热风炉都是新日铁式（NSC：Nippon Steel Corporation）外燃式。值得一提的是，鞍钢6号高炉（1050m3）热风炉（AW-）1976年投产，是我国第一座外燃式热风炉，虽然经过几次凉炉、再生产和更换燃

50、烧器、格子砖，但确切地讲，双拱顶及连接管，大墙与炉壳，至今已工作整整30年，可谓是我国的长寿热风炉。后来不久，鞍钢自主研究开发的7号高炉（2580m3）热风炉（AW-）参照新日铁外燃式也的确早于宝钢，也一直沿用至今。20世纪80年代初，宝钢引进了真正的新日铁外燃式。虽然应用了大量的高热值煤气等不利因素，但确实长时间地实现了1200以上的高风温和长寿，已引起国人的关注。鞍钢10号高炉（2580m3）、太钢4350m3、马钢两座3600m3等大型高炉热风炉都仍然采用新日铁式外燃热风炉。鞍钢鲅鱼圈新建4038m3高炉拟采用PW公司大型地得外燃式热风炉。三、热风炉的烘炉、保温与凉炉技术1、高炉和热风炉

51、的烘炉技术鞍钢6号高炉硅砖热风炉是我国第一座硅砖热风炉，当时采取的烘炉方式是成功的。后来国内陆续采用的硅砖热风炉的烘炉都取得了成功，探索出非常宝贵的操作和维护经验。由天津长冶热能设备有限公司研制开发成功的内燃式烘炉器是近10年来广泛采用的一种烘炉专用设备。用于高炉、热风炉、加热炉和其它工业炉窑的烘烤。该烘炉器使用油或燃气，烘炉时火焰不直接接触耐火砌体。经配风，调节温度后喷入炉窑，确保烘炉曲线的完整性。结合用户的需要，采用烘炉器烘炉已经取得了较好的经济效益和社会效益。通过与启动高炉鼓风机烘炉比较，该方法是既节约大量电费又获得高质量的好方法，近10年来，采用该方法为国内外各大钢铁公司烘烤（1282

52、500m3）高炉及热风炉已达百余座。目前，各种不同类型的炉子，各种不同种类的耐火材料，各种不同类型的燃烧介质都能够很好地解决烘炉问题。2、硅砖热风炉的长周期保温技术热风炉的保温，重点是硅砖热风炉的保温，是在高炉停炉或热风炉需要检修时。如何保持硅砖砌体温度不低于600，而废气温度又不高于400。根据停炉时间的长短与检修的部位和设备，可采用不同的保温方法。鞍钢首先采用的这种燃烧加保持炉顶温度、送风冷却、控制废气温度的作法称之为“燃烧加热、送风冷却”保温法。这种保温方法是硅砖热风炉保温的一项有效措施。不管高炉停炉时间多长，这种方法都是适用的。鞍钢10号高炉（1994年）新旧高炉转换，停炉期间，对硅砖

53、热风炉采用“燃烧加热/送风冷却”方法,保温138天，效果非常好。宝钢1号高炉热风炉也成功地进行了硅砖热风炉的长周期保温。3、硅砖热风炉凉炉再生产技术硅砖热风炉的凉炉：硅砖具有良好的高温性能和低温（600以下）的不稳定性。过去，硅砖热风炉一旦投入生产，就不能再降温到600以下，否则会因突然收缩，造成硅砖砌体的溃破和倒塌。经国内外大量的试验研究，硅砖热风炉的凉炉，大体上有两种方法：自然缓慢凉炉和快速凉炉。硅砖热风炉用自然缓冷凉炉是成功的，但由于工期的关系，自然缓冷来不及，还要做快速凉炉的尝试。鞍钢1985年在6号高炉硅砖热风炉上进行了快速凉炉的试验，用14天将炉子成功地凉下来。并成功地反复再生产。

54、快速凉炉是非常成功的，打破了“硅砖热风炉一命货”的论点，说明硅砖热风炉快速凉炉是可行的，预示了“硅砖热风炉跨代使用”的可能性和必然性。四、相关行业的进步起到了助推作用1、冶金设备制造技术的进步冶金设备制造技术的进步为热风炉技术的发展起到了关键性的助推作用。高温热风阀的引进、研发和推广应用解决了高风温热风炉阀门的寿命问题。各种不同类型的波纹膨胀器的应用，解决了热风管道膨胀问题。抗晶间应力腐蚀钢板的研制成功为高风温创造了有利条件。2、耐火材料的大幅度进步具有自主知识产权的各种不同类型、不同材质的耐火材料给热风炉按不同温度区间选择不同材质的耐火材料提供了广泛的选择空间和可靠保证。 各种不同类型结构形

55、式的热风炉高温区采用的硅砖和低蠕变高铝砖，重要部位所需的堇青石、莫来石砖，各交叉口采用的组合砖都能自主设计、制造和砌筑，并达到一个相当高的水平。3、耐火砌体涂覆高辐射材料最近，济南慧敏科技开发的新型高辐射材料微纳米高温远红外节能涂料在各种工业炉窑上广泛应。该高辐射新材料工作温度：3001810；适合燃气、煤、油、电等各种燃料种类，可缩短升温时间；降低排烟温度；提高炉温及炉温均匀度，燃料燃烧充分；提高热效率，提高工效5%15%；保护炉衬，延长炉窑使用寿命；节能5%20%。可用于锅炉、工业电炉、均热炉、陶瓷窑炉、石油化工行业的加热炉、裂解炉、冶金热风炉、球团竖炉、轧钢加热炉等各种工业炉窑的节能。这

56、种远红外涂料具有节能作用自20世纪50年代就被专家确定；70年代国外有产品面世；80年代国内有产品面世；半个世纪没有得到全面推广，其原因是施工工艺没有得到良好解决。该材料发射率0.910.93；耐火度大于1800；附着力2级以上；抗热振性1200；室温10次以上无脱落；粒度25780nm。该项新材料自发明问世以来，迅速在各种炉窑上应用，如济钢、莱钢、邯钢、青钢、长治、鞍钢。经检验部门检测及用户使用，该产品粘接力强，高温使用不易开裂、脱落，使用寿命长，主要技术指标达到了国际先进水平。五、基础理论与应用研究起到了支撑作用2005年9月 “高风温长寿热风炉研讨会”在秦皇岛召开，知名教授、博士以及从事

57、热风炉研究和操作的专家学者聚集一堂，一致认为，提高我国风温水平是使我国由炼铁大国向强国转变的重要标志之一。并提出热风炉的设计和操作应首先把1250的风温作为近期目标，把1400的风温作为我们进入强国的研究目标。目前，一大批科研人员长期不懈的努力，解决了众多不同层面的技术关键和研究开发出了具有国际先进水平和实用价值的新工艺、新技术、新材料，都取得了显著的经济效益。1、热风炉传热过程数学模型的发展在我国，对热风炉蓄热室传热模型的研究与应用方兴未艾。一些文献从不同侧面对热风炉操作与控制进行了积极探索，其中，有些模型已应用于实践。张宗诚、苏辉煌应用热风炉不稳定态传热的数学模型较准确地计算出了热风炉内格子砖和气体沿着高度方向随时间变化的温度分布。从而为预测热风温度、废气温度、送风时间和热效率，以及分析各种不同操作制度下的热工特征和选择最佳的设计与操作制度提供了可靠的手段。张建来根据热平衡方程及若干经验公式建立了热风炉热量控制燃烧数学模型，其要点是以热量控制热风炉的燃烧，