短流程炼钢技术发展概论

1、短流程炼炼钢技术术发展概概论电炉的出出现是为为了经济济地回收收利用废废钢并生生产结构构钢。从从60年代代起，对对电炉炼炼钢需求求增加，导致了了超高功功率电炉炉的开发发，促进进了各种种新技术术的出现现，如泡泡沫渣和和长弧操操作、水水冷炉壁壁和水冷冷炉盖部部件、喷喷嘴燃烧烧和无渣渣出钢等等。总体而而言，电电炉炼钢钢的发展展方向如如下：(1) 进一步步提高现现有电炉炉和新建建电炉的的生产效效率；(2) 通过废废钢预热热，降低低消耗，从而减减小生产产成本的的压力；(3) 灵活使使用不同同装炉原原料的需需求；(4) 电能的的替代和和一次能能源的使使用。1.1短短流程炼炼钢技术术现状11.11短流程程炼钢

2、技技术的发发展电炉短流流程亦称称紧凑式式电炉流流程，国国外通称称为“MMimnnilll电炉炉短流程程将是221世纪纪以废钢钢为主原原料的钢钢铁生产产新流程程。其主主要特点点是：(1) 采用连连续化生生产,形形成“电电炉一精精炼炉一一连铸一一连轧”四位一一体的生生产模式式,(2) 生产流流程短，工艺布布置紧凑凑，生产产周期(从废钢钢至成品品)一般般只需334hh；(3) 生产品品种比较较单一，适宜专专业化生生产；(4) 生产效效率高，全员劳劳动生产产率达到到27000t/人 a以上上。1.122电炉短短流程的的设备配配置电炉短流流程的设设备配置置一般应应遵循以以下原则则：(1) 单机匹匹配：即

3、一台台超高功功率电炉炉配一套套精炼设设施、一一台连铸铸机和一一套主力力轧机；(2) 广泛采采用近终终形连铸铸技术和和连轧技技术；(3) 采用连连铸坯热热送和直直轧技术术；(4) 以轧定定产，即即根据轧轧钢机的的生产能能力合理理配备各各工序设设备a电电炉短流流程的设设备配置置情况和和代表性性工艺见见表1-1。表1-11电炉短短流程的的设备配配置和今今后的发发展趋势势表1-11中计算算按电炉炉作业率率为755%,电电炉生产产效率为为I. lt/t h，电炉利利用系数数为 II. 66t/MMV . A hh，钢水水成材率率为933%计算算。 按电炉短短流程工工艺运行行的工厂厂设计力力案，工艺布布置

4、紧凑凑,占地地面积小小，基建投投资低，并充分分考虑了了生产节节能(平平均节能能20%)，提提高生产产效率等等。自从900年代初初美国NNucoor的电电炉-薄薄板坯连连铸为代代表的电电炉短流流程投产产以来，引起了了世界钢钢铁界的的重视。电炉短短流程的的发展是是第二次次世界大大战以后后钢铁技技木的第第三个重重大变化化。该流流程的典典型示意意图如图图1-11所示。1.1.3当代代电炉技技木的发发展近20年年来电炉炉炼钢技技术迅速速发展，主要表表现在以以下两个个方面：其一，电电炉生产产技术本本身逐步步发展完完善，以以电炉强强化冶炼炼为中心心，提高高熔池能能量输人人密度TT缩短冶冶炼周期期，先后后开发

5、出出超髙功功率供电电、水冷冷炉壁(盖)、偏心炉炉底出钢钢、直流流或髙阻阻抗供电电以及导导电横臂臂等先进进技术。其二，现现代电炉炉技木大大量借鉴鉴、吸收收和融合合了各项项转炉强强化冶炼炼技术,如炉内内氧气-燃料助助熔、熔熔池喷炭炭增加热热源、炉炉气二次次燃烧和和废钢在在线预热热等。如著名名的Daanarrc电炉炉是以高高阻 抗供电技技术与KK-ESS喷炭、二次燃燃烧技术术结合的的产物。竖炉电电炉的开开发则借借鉴了 kV AA和 EEOF炉炉等工艺艺技术经经验。近代电炉炉炼钢技技术的特特点是：(1) 冶炼强强度提高高，冶炼炼时间缩缩短。电电炉经过过了300年的发发展，熔熔化功率率从3000kVV

6、AA 提高到到IOOOOkVV A八，冶炼强强度提高高了2倍倍以上，冶炼周周期从1800minn缩短到到53mmin，使电炉炉的生产产能力相相应提高高了3.4倍。(2) 热、电电效率提提高，能能置消耗耗降低。由于冶冶炼时间间大幅度度缩短，电炉的的热效率率明显提提高(从从54, 3%提高到到71. 7%)，使使电炉冶冶炼总能能耗从7700kkW h/t下降降到5330kWW h/tt，下降降了 224. 3%。(3) 化学能能输入比比例提高高，电耗耗降低。在标准准状态下下，电炉炉冶炼的的氧气消消耗从88m3/t增加加 到440m3/t，化学能能的输入入比例从从5. 1%提提高到335. 8%，而

7、冶炼炼电耗从从6300kW hh/t下下降到 3400kW h/tt。随着着化学能能输入比比例的提提高，电电炉的利利用系数数明显提提高，达达到I. 511t/MMV Ah国外电电炉近330年生生产技术术的发展展见表II-2。表1-22国外电电炉生产产技术的的发展1.2电电炉生产产技术发发展趋势势1.2.1电炉炉强化冶冶炼技术术电炉强化化冶炼技技术是电电炉生产产技术发发展的核核心，也也是今后后电炉技技术进步步的关键键。分析世世界上最最先进的的电炉技技术参数数和经济济指标，见表11-3，可见电电炉强化化治炼技技术发展展趋势有有以下特特点：(1)生生产高效效化。通通过采取取扩大炉炉容，采采用超高高功

8、率缩缩短冶炼炼时间等等措施。目前.世世界上最最大的直直流电炉炉为日本本东京钢钢铁公司司冈山厂厂2000tDCC炉，平平均出钢钢量为2220tt大型现现代化电电炉的冶冶炼时间间一般少少于600minn，最短短的冶炼炼周期为为Dannarcc电炉，达到45mmin。该电炉炉的日产产炉数平平均可达达到322炉。根根据德围围BWSS厂的生生产数据据计算，电炉的的作业率率可达到到86. 7%。据国国际先进进指标计计算，当当代电炉炉最大生生产能力力可达到到2677t/h。电炉炉利用系系数达到到I. 78tt/MVV Ah；单台电电炉最大大年产量量可达到到176. 8万万t/aa(即年年产88841炉炉钢）

9、。表1-33 900年代世世界最先先进电炉炉的技术术参数和和经济指指标(2)供供电直流流化。20世世纪900年代，世界上上总计建建设大型型直流电电炉800余座，占同期期新建电电炉总数数的700%直直流电炉炉的迅速速发展充充分显示示出其技技术优点点。电炉炉供电方方式比较较见表ll-4。l分析表11-4，可见：1) DDC电炉炉的供电电效率与与超髙功功率ACC电炉相相当，略略低于高高阻抗AAC电炉炉；2) DDC电炉炉的热效效率高于于AC电电炉与高高阻抗AAC电炉炉；3) DDC电炉炉的电极极消耗明明显低于于AC电电炉；4) DDC电炉炉和ACC电炉相相比，减减轻了环环境污染染。此外，对对于发展展

10、中国家家，由于于电网容容量小，更适合合采用大大型直流流电炉。(3)熔熔炼转炉炉化。从从能量输输入的观观点出发发，电炉炉强化冶冶炼的技技术途径径为：表1-44电炉供供电方式式的比较较1) 超超髙功率率供电，受到耐耐火材料料的限制制，输入入熔池的的电能密密度一般般不超过过IOOOOkVV A/ t。当大于7000KV A/tt时，随着电电能密度度的提高高，电弧弧热效率率降低，电炉利利用系数数下降。2) 提提髙供氧氧强度，增加化化学能的的输入比比例。通通常采用用以下两两种方式式：吹氧脱碳碳，在标标准状态态下，控控制熔池池供氧强强度小于于0. 53m/t miin；燃料助熔熔，对于容容量大小小不同的的

11、电炉，输入比比功率基基本相同同为0. 144MW/t。3) 回回收烟气气能量:根据电电炉熔池池脱碳童童的大小小，电炉炉烟气带带走的热热量每吨吨钢波动动在1005 1655kW h。其其中烟气气的物理理热每吨吨钢约为为4565kkW h，烟气的的化学潜潜热每吨吨铜(CCO和 H2 气)约约为600IOOOkWW .hh。可以采用用两种途途径固收收烟气能能量：a 废铜铜预热。热效率率波动在在53%(coonstteell法)68%(竖炉炉法)，但同时时增加了了炉壁水水冷件的的散热损损失5%100%。设设备复杂杂，投资资大.B 炉气气二次燃燃烧。热热效率决决定于炉炉气的二二次燃烧烧率(PPCR)和二

12、次次燃烧的的传热效效率 (HTRR)的乘乘积，可达到到60%左右。操作智能能化。长期以以来，电电炉依靠靠调节每每根电极极的单位位阻抗进进行控制制。由于于电炉熔熔池内情情况复杂杂，反应应剧烈，很难准准确预报报熔池阻阻抗&只只能长期期沿用电电极定位位控制的的假设对对电极进进行自适适应控制制。因而而造成电电弧不稳稳定，三相不不平衡，降低了了电，热效率率。最近,美美国神经经网络控控制应用用工程公公司，利利用人工工神经网网络技术术，开发发出“智智能电炉炉”控制制系统。诙系统统具备以以下3神神基本功功能：1) 预预报功能能：对基基于电炉炉操作条条件分析析，提前10003300mms预报报控制误误差值，送出

13、控控制信号号，实行行超前补补偿,保保证电弧弧稳定。2) 识识别功能能；了解三三相供电电的复杂杂关系和和各种信信咢对电电极运动动的影响响，正确确识别和和选择满满足所需需条件的的输出信信号。3) 优优化功能能:监视视电极的的不稳定定性，调节电电极进行行优化补补偿。目前，世世界上已已经有330多座座电炉采采用智能能控制技技术，见见表1-5。采采用该项项控制技技术，冶冶金效果果明显优优于普通通计算机机模型控控制&美美国北极极星钢厂厂采用该该项控制制技术后后，每年年可获得得纯经济济效益1122.28万万美元。表I-55智能电电炉的实实际效果果钢水纯净净化。提提高钢水水的纯净净度，进进一步改改善产品品的各

14、项项特性，是200世纪990年代代国际钢钢铁生产产技术的的发展重重点。对对于电炉炉流程也也不例外外，当代代大型超超高功率率电炉配配备各种种炉外精精炼设施施可以生生产出纯纯净度很很高的各各种钢材材1.2.2现代代电炉炼炼钢技术术世界电炉炉炼钢技技术发展展很快，从电炉炉吹氧助助熔到油油氧喷枪枪，从低低功率(LP)，超高高功率 (UHHP)，偏心底底出钢(EBTT)，水水冷炉壁壁(盖)，碳氧氧枪强化化冶炼和和泡沬渣渣工艺，二次冶冶炼，炉炉底搅拌拌技术，到200世纪880年代代的直流流电炉，90年年代的双双炉壳电电炉和竖竖式电炉炉。各种种新型电电弧炉的的开发应应用状况况见表11-6。表1-66各种斩斩

15、型电炉炉的开发发应用状状况通过电炉炉技术发发展，电电炉几个个主要参参数发生生了变化化：(1) 出钢至至出钢时时间和电电极消耗耗量从220世纪纪(300年代的的ieOOmirri和每每吨钢66. SSkg，降至990年代代的555minn和每吨吨钢1, 52. 5kgg；(2) 电耗从从60年代代的每吨吨钢6330kWW h，降至900年代的的每吨钢钢3000355OkWW h；(3) 每年出出钢炉数数从约225000炉增加加到80000炉炉，双炉炉壳电炉炉接近1100000炉，部分新型型电炉及及技术如如下：(1)竖竖式电炉炉。英国国希尔列列斯钢厂厂是世界界第一台台工业化化生产的的90t竖竖式电

16、炉炉(Fuuchss)。经经过多年年来的不不断完善善和改进进，在全全废钢操操作时，电耗可可低达2264kkW h/t。第第一台竖竖式电炉炉的成功功，使该该项技术术逐步被被世界各各国电炉炉炼钢界界所接受受，至今今竖式电电炉已公公认是利利用电炉炉废气热热量预热热废钢的的最实用用系统。德国福克克斯公钶钶的竖式式电炉的的设计充充分考虑虑了尽可可能适应应各厂不不同的条条件：1)在在原料方方面，有有用全废废钢的竖竖式电炉炉，有用用55%的海绵绵铁的，也有用用35%热铁水水的。 2)在竖炉炉结构上上，有带带托料机机构的，也有让让废钢自自然落下下的。33)有竖竖炉旋开开式，也也有竖炉炉壳开出出式。4)竖竖炉供

17、电电方面有有直流的的，也有有交流的的当采用用直流供供电时，其底电电极结构构上，有有采用水水冷底电电极的，也有底底电极采采用导电电耐火材材料的。由于在回回收电炉炉废气热热量的技技术中，竖式电电炉效率率最高，近年来来世界各各国均在在大力开开发该顼顼技术。其中有有：曰本石川川邱播重重工公司司为东京京制钢提提供的炉炉容为2240tt的竖式式双电极极直流电电炉，如如图1-2所示示。奥钢联推推荐的竖竖式(CComeelt)4电极极直流电电炉如图图I-33所示。这些新的的尝试、设想和和概念,说明竖竖式电炉炉的技术术将成为为现代电电炉的重重要构成成部分。(2)双双竖炉电电炉。法法国SAAM蒙特特罗公司司于19

18、99年投产产一座990t双双竖炉电电炉，配备一一台966MV A交交流变压压器;其其最大二二次电压压9000V，设设有5个个位置的的电抗器器，装有有12个个3MWW加热能能力的烧烧嘴，直径66. 33m的炉炉子为椭椭圆形，设计采采用6支支氧燃烧烧嘴。在在竖炉出出口处利利用废 气系统统的能力力，在标标准状态态下为99-100m3/h，便便于炉于于区域内内的氧气气收集。该双竖炉炉所用耐耐火材料料为，渣线及及水冷板板下方的的侧壁为为镁碳砖砖，炉底底为干式式捣打料料，在氮氮气搅拌拌器上放放置一种种特殊的的多孔材材料。为为保证软软气泡操操作，在在标准状状态下，采用44mVhh氮气进进行搅拌拌，炉龄已已达

19、30000炉炉以上。(3)双双炉壳电电炉。采采用双炉炉壳布置置方法的的电炉，可以充充分利用用变压器器的能力力，提高高电炉生生产率，同时将将电炉的的不通电电时间降降低到最最短时间间，保证证了电炉炉出钢节节奏稳定定，易与与连铸相相匹配，双炉壳壳布置的的电炉有有以下类类型;法国SAAM钢厂厂：90t，双炉壳壳，交流流，带有有竖式预预热器。卢森堡AARBEED铜厂厂:955t，双双炉壳，交流，带有竖竖式预热热器。美国STTEELL DYYNAMMICSS钢厂150tt，双炉炉壳，交交流，供供板坯连连铸机。美国NOORTHHSTAAR-BBHP钢钢厂:1165tt，双炉炉壳，交交流，带带有竖式式预热器器

20、，供薄薄板臟铸铸机。加拿大DDOFEESCOO钢厂:1500t，双双炉壳，交流，用热装装铁水技技术，供供板坯连连铸机。双炉壳电电炉的操操作特点点：采用一一个电源源两个炉炉壳，交交替反复复地进行行预热的的熔化方方法。即一个个电炉进进行熔化化，另一一个电炉炉在装入入的炉料料中开一一个垂直直孔，把把加热器器装在炉炉顶，把把燃烧气气体导入入该垂直直孔，对对炉料进进行预热热。由图图1-44看出，双炉壳壳电炉有有A、BB两个炉炉子 AA炉在通通电熔化化期间，B炉处处于预热热状态，电极供供电装置置5和预预热用炉炉盖2，是两炉炉共用，采用互互相交换换的方式式，交替替反复地地进行预预热熔化化。采用双双炉壳可可以

21、使用用髙温气气体预热热以提高高预热效效率，还还可达到到如下效效果:11)预热热时间335550miin。22)平均均温度约约7000。3)预预热效率率50%。4)单单位电耗耗降低330%。 5)电极单单耗降低低15%。6)耐火材材料单位位电耗降降低155%。77)熔化化时间缩缩短155%。88)熔化化能力(t/月月)提高高30%。(4)康康斯迪(connsteeel)连续炼炼钢新技技术。该该技术由由美国莫莫特尔铜铜铁技术术公司开开发。其其主要特特点是髙髙生产率率、低耗耗、低成成本，适适于新厂厂建设也也可用于于老厂改改造，既既可与交交流(AAC)电电炉也可可与直流流(DCC)电炉炉配套，完全符符

22、合未来来对环保保的要求求。康斯斯迪技术术与双炉炉壳、单单炉壳电电炉生产产成本比比较见表表1-77。康斯迪技技术将来来自电炉炉炉膛的的1300C废气连连续预热热废钢至至40006000，每次出出钢时均均留下总总钢液量量的400%445%，热废钢钢进入熔熔池中被钢液液迅速熔熔化，喷喷吹氧气气和碳粉粉形成的的泡沬渣渣强化了了电弧向向熔池的的传热，持续不不断的碳碳沸腾促促进了钢钢液中的的传热传传质和排排除气体体、夹杂杂物。康斯迪炼炼钼系统统的功率率利用率率达933%，远远髙于一一般电炉炉的722%和双双炉壳电电炉的883%。 当吹吹氧量在在标准状状态下为为35mm3/hh时，

23、1100ttDC炉炉用康斯斯迪技术术的电耗耗为3440kWW . h/tt，电极极消耗为为1.775kgg/t。目前，应用康康斯迪炼炼钢技术术的共有有7座电电炉(含含在建22座)，即：美美国的夏夏洛特(19889)、达灵顿顿(I9993)、新泽泽西(119944)、日日本的名名古屋(19992)、意大利利的美维维査(119988)和泰泰国的可可泰(119兆)等。中中国的贵贵阳钢厂厂和西宁宁钢厂也也分别使使用该技技术。1-3我我国电炉炉生产技技术的发发展1.3,1300t以上上电炉运运行状况况按20世世纪900年代中中期统计计，我国国投入生生产的电电炉数量量很多(计33380座座)，能能力也较较

24、大(约约3O44O万tt/a)，但其中中约卯%的电炉炉是公称称容量在在30tt以下的的小炉子子(不含含30tt)。330t及330t以以上的电电炉约有有K座(能力113000万t/a),分属UU个企业业，占全全国电炉炉总数22.13%，占全国国生产能能力433.166%。19996年，全国电电炉钢产产童18893. 211万t，30tt以上电电炉铜产产量为5546.26 万t，占全国国电炉钢钢产量22S.885% 。近100年来，电炉钢钢产量及及占总产产量的比比例见表表1-88。电炉炉主要经经济指标标见表11-9。表1-88电炉钢钢产量及占总总产置的的比例表1-99 19995年年部分钢钢铁企

25、业业电炉主主要技术术经济指指标19966年，全国电电炉钢平平均吨钢钢电耗6607kkWh/tt。300t以上上电炉772座统统计，平均电电耗 5560kkWh/tt。19997年年，110月月平均电电耗5440kWWh/tt。与19996年相相比，吨吨钢平均均电耗降降低200kW 总总节电1103220万kkW h。 300t以上上电炉的的基本情情况见表表1-110。正正建和待待建的大大电炉见见表1-11。表1-111 330t以以上正建建与待建建电炉统统计表(按炉子子吨位排排序)江苏省330t以以上正常常生产的的电炉较较多，占占全国同同类炉子子总数的的四分之之一。江江苏300t以上上电炉11

26、9966年冶炼炼电耗每每吨钢5501kkW h。19997年及及19998年上上半年，33座座30tt以上电电炉的生生产技术术指标，按全冶冶炼工序序(电炉炉冶炼+二次精精炼)和和每座炉炉子的产产钢量求求出的加加权平均均电耗值值见表11-122。表1-112 333座电电炉加权权平均电电耗值1.3.2大型型起离功功率电炉炉的发展展电炉大型型化和超超高功率率化是当当代电炉炉发展的的两大特特征。扩大炉炉容，实现大大型化，是电炉炉提髙生生产率的的有效手手段。近年来，我国通通过成套套设备引引进,建建设了许许多大型型超髙功功率电炉炉，其中中许多为为直流电电炉。上海地区区引进的的大型直直流电炉炉的主要要技术

27、经经济指标标(供货货者保证证值)标标志着我我国电炉炉生产技技术的发发展走向向新阶段段。从国国内己投投产的部部分大型型电炉的的运行指指标分析析，尚存存在如冶冶炼时间间较长和和冶炼电电耗较髙髙等问题题，因此此，应加加以重视视以下几几方面：(1) 加强引引进设备备半产技技术软件件的研究究开发，尽怏形形成“电电炉精炼炉炉一连铸铸”三位位一体的的生产技技术和成成套软件件管理;(2) 加强引引进消化化吸收工工作和外外围配套套,使引引进设备备的生产产能力得得到充分分发挥；(3) 重视电电炉强化化冶炼各各项工艺艺技术的的配套。使电炉炉输入功功率，氧氧气、燃燃料助熔熔工艺，底吹搅搅拌和强强化供氧氧技术，二次燃燃

28、烧等技技木充分分发挥作作用。随着大型型电炉的的引进投投产，相相配套的的耐火材材料通过过国家“八五”、“九九五”重重点科技技攻关项项目安排排，已基基本实现现了国产产化。由于耐耐火材料料制品的的开发、应用成成功，也也使许多多炼钢新新技术的的发展和和革新成成为可能能。20世纪纪80年年代后期期，引进进的十多多座国际际先进的的超高功功率(UUHP)电炉，投产时时的耐火火材料基基本都由由国外引引进。年消耗耗约6660dtt优质碱碱性耐火火材料，耗外汇汇约7000万美美元。通过“八五”耐火材材料科技技攻关，已实现现了耐火火材料的的国产化化，如电电炉炉壁壁耐火材材料进口口价为331922马克/t(当当时马马

29、克折合合人民币币5元)，使用用寿命2230次次。攻关关产品仅仅为人民民币60000元元/t，平均寿寿命3009次。现舞阳阳钢铁公公司900t电炉炉，抚顺顺钢厂50tt电炉，天津钢钢管公司司150tt电炉等等，所用耐耐火材料料全部实实现国产产化，使使用效果果达到引引进材料料水平，替代了了进口。由于电电炉采用用新技术术， 耐耐火材料料单耗显显著降低低，如旧旧式水冷冷板且未未采用炉炉底出钢钢的电炉炉，耐火火材料单单耗每吨吨钢122kg；而采用用水冷板板及炉底底出钢的的电炉耐耐火材料料单耗每每吨钢仅仅为56kg。沙钢钢90tt超高功功率竖式式电炉，由进口口耐火材材料，改改用苏嘉嘉镁砖公公司的镁镁碳砖，

30、19999年EEBT出出钢口砖砖寿命1180 次，炉炉壁寿命命由19997年年平均5565次次，提髙髙至7550次，镁质喷喷补料每每吨钢消消耗0. 755kg。1.3.3依靠靠技术进进步促进进了国内内电炉生生产的发发展例1江阴阴兴澄钢钢铁公司司三炼分分厂，有有30tt偏心电电炉3座座(出钢钢量400t，变变压器功功率155MV AA)，40tt钢包精精炼炉22座，40tt真空脱脱气炉(VD)I座，弧形方方坯连铸铸机2台台。该公公司是国国内汽车车弹簧扁扁钢生产产基地，部分产产品出口口。该公公司采取取了如下下措施：(1)抓好料料源清洁洁工作，做到入入炉料合合理搭配配，为电电炉冶炼炼创造良良好的基基

31、础条件件。(22)做好好入炉料料的配碳碳工怍，强化用用氧降低低冶炼电电耗。(3)不不断优化化完善工工艺。(4)加加大品种种开发力力度，优优质钢种种已达338个品品种，119999年取得得了较大大进步，其变化化见表II-133。表1-113江阴阴兴S 19999年各各项指标标变化例2南钢钢公苛电电炉厂利利用电炉炉炉墙氧氧枪和氧氧燃烧嘴嘴实现电电炉髙节节奏生产产，提高了了出钢量量和出钢钢炉数、炉数及及对设备备进行改改造，119999年达到到电炉生生产快速速高效。炉盖、电电极同步步旋转，使冶炼炼过程中中的辅助助时间节节约315mmin，平均每每炉节约约6miin，节节约非正正常电耗耗损失IIOkWW

32、 .hh/t。实行铁水水热装，降低冶冶炼电耗耗,提高高钢水原原始质量量。铁水水比为扣扣30%40%，铁水带带入物理理热，使使电炉冶冶炼过程程提前成成渣，缩短短废钢熔熔化时间间成为可可能。加加之铁水水中配比比较大董董的生铁铁块，使金属属料纯净净度大幅幅度提高高，成品品钢中的的有害残残余元素素Ni 、Xu、As、Zn等等降低II/3左左右。I9999年2月月研制出出炉墙固固定氧枪枪。它与与炉门双双孔枪一一起从炉炉子的不不同部位位向熔池池供氧，废钢熔熔化速度度提高440%60%。熔清清后的化化学反应应提高220%50%。在实实践中，将炉墙墙氧枪和和炉H氧氧枪供氧氧强度分分幵控制制，炉内内反应速速度则

33、更更易于控控制，炉炉内冷区区滞后熔熔化现象象减少550%以以上。而而炉墙氧氧枪在熔熔清后的的气压调调节能力力，使其其化渣能能力充分分发挥，促进了了石灰成成渣，加加之炉门门氧枪的的作用，熔清前前后的泡泡沫渣埋埋弧效果果显著增增强。EBT氧氧枪研制制成功使使用，解解决了EEBT废废钢熔化化滞后难难题，在EBBT区域域，把氧-燃烧嘴嘴和炉墙墙(EBBT)、炉门氧氧枪结合合使用，以期达达到缩短短冶炼时时间25miin，降降低电耗耗 200300kW h/t。例3沙钢钢是以电电炉炼钢钢为主体体的新兴兴冶金企企业，通通过技术术改造增增加效益益。I9999年，沙沙钢对永永新、润润忠电炉炉实施热热装铁水水工程

34、改改造，990tLFF炉由单单工位改改成双工工位。电电炉兑330%的铁铁水，990t电电炉除兑兑铁水330%的的同时增增设海绵绵铁加料料系统，向电炉炉添加II5%220%的的海绵铁铁成铁钢钢比达到到50%左右，为实现现铁水热热装，专专门新建建2座3380mm3髙炉炉及相关关工程，极大地地提高了了钢水的的纯净度度。沙钢900t竖炉炉生产线线是亚洲洲第一台台短流程程生产线线，配有超超音速碳碳氧枪和和炉底吹吹氩搅拌拌系统，可以对对粗炼钢钢水充分分地进行行去气去去杂。后面配配有LFF精炼炉炉和小方方坯高质质量的连连铸机进进行增流流改造。7SttUHPP电炉由由槽式出出钢改成成偏心底底出钢，并配LLF精

35、炼炼炉，导导电横臂臂改成整整体式。20t电炉炉3座，改为偏偏心炉底底出钢，配LFF炉。从从技术改改造体现现的经济济效益十十分显著著，见表11-144。表1-114产置置与电极极、电耗耗的变化化1.4电电炉冶炼炼相关技技术直接还原原和衷钢钢预热技技术是当当代世界界钢铁工工业的两两大前沿沿技术，是对传传统钢铁铁冶炼工工艺的重重大技术术革命。1.4.1 直直接还原原技术近10年年来，美美、德、日、澳澳大利亚亚以及东东南亚、中国等等相继开开发出直直接还原原法约三三十余种种。按生生产工艺艺可分一一段法、二段法法、三段段法以及及电热法法等。按铁矿矿石用还还原剂可可分为“气基法法”、“煤基法法”两类类，两种

36、种方法简简介如下下。气基法：气体作作还原剂剂的直接接还原工工艺。该该方法当当前在世世界上占占主导地地位。气气基法易易于控制制，反应后后利用率率高f能能耗低，产品清清洁，含含硫量低低，含碳碳量较高高为1%2%，符合合炼钢的的要求，并且里里机生产产能力大大，可达达0.660Mtt/a。其生产产能力和和实际产产量均占直直接还原原铁总能能力和总总产量的的92%。“煤基法法”：固固体煤作作还原剂剂的直接接还原工工艺。煤基法法较难控控制，反反应后利利用率低低，能耗耗高，产产品中含含有少量量煤灰和和残焦，含碳低低为0. 22%左右右，含硫硫稍高为为0.002%左左右，单单机生产产能力低低，劳动条条件和环环保

37、条件件不如气气基法。19944年，世世界直接接还原各各类方法法的生产产能力为为36. 44Mt，其中气气基法占占9I. S%，煤基法法占8. 2%，气基法法19997年占占总产量量的911. 66%，各各国直接接还原铁铁产量见见表1-1S。1.4. I, 1直直接生产产洁淨铜铜的工艺艺直接还原原技术是是直接生生产洁净净钢的工工艺。铁铁矿石经经直接还还原法中中的熔融融工艺处处理得到到还还原铁(DRTT)。直接还还原技术术具有生生产成本本低为110%25%，原料料选用灵灵活性大大，环境境污染小小，应变变能力强强等优点点9近110年来来世界直直接还原原铁产董董稳步增增长，约约19. 655Mt，平均

38、每每年增长长1. 7655倍。近近两年世世界各国国(或地地区)直直接还原原铁产量量及增减减率见表表1-116。国内外部部分直接接还原技技术的特特点介绍绍如下：(I)DDIOSS法，如如图1-5所示示.表1-115 年年世界各各国(成成地区)直接还还原铁产产置及增增减率表1-116直接接还原铁铁生产地地区及其其分布(单位/万t)曰本DKKJS法法采用二二步法，生产流流程主要要包括预预还原炉炉(流化化床)、熔融还还原炉(铁浴)和加煤煤重整还还原废气气的设备备,其优优点如下下：1) 官官接使用用煤粉；2) 铁铁浴炉易易于启动动或停止止操作；3) 设设备投资资少(与与新建高高炉、烧烧结炉、焦炉相相比)

39、；4) 降降低铁水水生产成成本(比比髙炉法法低100%）；5) 减减少COO2气体体的发生生量(比比髙炉法法低5%100%)。铁浴式熔熔融还原原炉使用用的优质质耐火材材料品种种有MggO-CC砖，AAl3OO3-CC砖以及及MgOO-Crr2O33砖等。(2)CC0REEX法，如图II-6所示。南非CCOREEX炉分分成两个个容器。上部为预预还原竖竖炉，其其功能是是将顶部部装入的的块状矿矿石、烧烧结矿或或球团矿矿还原成成金属化化率900%993%的的海绵铁铁。炉内内髙温区区温度88009000，般耐耐火材料料可满足足要求，下部为熔熔融氧化化炉，其其功能是是将海绵绵铁和剩剩余未金金属化的的矿石熔

40、熔化，形形成液态态渣、脱脱硫，冶冶炼出炼炼钢所需需的铁水水，同时时供应上上部还原原炉所需需的煤气气，其煤煤气成分分为COO含量775%，H2 含量量25% ，CO22极少量量，温度度为1000011000 ；所用耐耐火材料料品神一一般为优优质莫来来石砖、 Siialccm结合合的SiiC砖、Siaalonn结合的的Al22O3砖砖，以及不不同类型型的碳砖砖等。(3)HHISMMELTT法，澳澳大利亚亚HKMMELTT的工艺艺流程，主要包包括流态态化预还还原炉和和铁浴终终还原炉炉。后者不不用氧气气，而用用高热空空气；煤进入入熔融还还原炉的的位置不不在上方方，在炉炉的中部部，该炉中中的气体体直接进

41、进入预还还原炉，不经集集尘器，铁矿粉粉在喷入入卧式熔熔炼还原原池前，在循环环流化床床内进行行预热和和预还原原该法工工艺简单单、成本本低，有有如下特特点:11)广泛泛使用各各种略经经加工的的铁矿粉粉作原料料；2)可可用各种种煤；3)与与髙效高高炉有同同等的节节能效果果；4)操作作简单灵灵活，利利用率髙髙；5)能能满足未未来对污污染物排排放控制制的要求求。ROMMELTT法。俄罗斯斯称ROOMELLT法为为液相还还原法。具有代代表性的的ROMMELTT法是一一步还原原法，设设备简单单，投资资较少，特别适适宜处理理含铁粉粉尘及废废料。该该工艺使使用大容容积高度度搅拌的的熔池，可在770%以以上的髙髙

42、二次燃燃烧率下下操作，并且热热回收率率可达RROMEELT工工艺采用用水冷套套作反应应装置的的炉壁，可使熔熔渣冷凝凝在炉壁壁上，保保护炉衬衬“耐火火材料仅仅用在炉炉缸和虹虹吸区。上述4种种还原工工艺的技技术经济济指标见见表1-17。表1-117 44种还原原工艺参参數与耐耐火衬料料侵蚀速速率(5) AISSI法。美国的的AlSSI技术术，其生生产流程程主要包包括连续续式球团团预还原原炉和水水平槽式式熔炼炉炉。氧化化性球团团在预还还原炉内内直接还还原后，在热状状态下，连续进进入槽式式炉中熔熔化和精精炼，获获得中碳碳和高碳碳半钢，经二次次精炼即即得合格格钢水。(6) 我国采采用的直直接还原原铁工艺

43、艺。为解决决我国优优质废钢钢短缺的的问题，发展直直接还原原铁(DDRI)是有效效途径之之一。我国天然然气有限限，煤资资源丰富富，已探探明的煤煤炭资源源占能量量总量的的98%以上，这样的的能源结结构，决决定了我我国优先先发展煤煤基DRRI工艺艺，或用用煤造气气(将煤煤转化为为CO作作还原剂剂)的气气基直接接还原工工艺，煤煤基还原原铁的生生产方法法很多_我国正正在实施施的方法法有下列列几种：(a)回回转窑法法。该法法生产能能力占煤煤基直接接还原总总能力的的95%以上技技术比较较成熟，典型工工艺是SSL/RRN法。机械化化程度高高，生产产效率较较高，单单台设备备产量较较大。使使用熔点点髙和还还原性能

44、能好的煤煤，可实实现较好好的还原原。我国辽宁宁喀左海海绵铁厂厂，采用用优质磁磁铁精矿矿为原料料，普通褐褐煤为还还原剂，将氧化化、还原原二步工工艺合为为一步进进行，年年产2. 5万万t，月产量量已达330000t是国内内采用煤煤基“一一步法”链算机机一回转转窑工艺艺，实现现述原铁铁工业化化的第一一条生产产线。已已生产两两万余吨吨合格产产品，供供天津钢钢管公司司、赤峰峰 钢铁铁厂、舞舞阳钢铁铁公司等等单位使使用。天津钢管管公司炼炼钢厂有有我国引引进最早早的大型型超高功功率电炉炉、LFF炉、VVD真空空炉，圆圆坯连铸铸机。即1+1+11+1的的短流程程。产品品以石油油套管为为主，其其产量占占70%,

45、品种种从引进进时的334 种种，发展展到目前前的I337种，成为我我国的石石油管材材基地。为适应应1500t电炉炉优质冶冶炼，要求原原料采用用DRII，以减减少残余余元素和和有色金金属的混混人，为为优质钢钢打下基基础。DDRI原原料从11995年年起逐步步自给，实现了了国产化化，其用用量也日日益增多多。逐年用用量见表表1-118。(b)隧隧道窑法法。一种种生产还还原铁粉粉的传统统方法(Hoggamiis法)，扩大大后用于于生产炼炼钢用直直接还原原铁(海海绵铁采采用罐装装料间接接加热方方式，以以避免炉炉内氧化化反应，产品金金属化率率高，但但造价较较高，单单台设备备的产量量较低。河北、辽宁、山东等

46、等地建成成了年产产1万tt左右的的隧道窑窑生产 线。(C)环环形炉法法&环形形炉法是是美国的的Fasstmeet和IInmeetcoo工艺，它是用用环形转转底炉生生产还原原铁，要要求快速速加热、出料及及时，技技术要求求较高。环形炉炉決机械械化程度度高，生生产率高高，单台设设备产量量较高。辽宁在在建一座座直径66m环形炉炉。(d) 连续炉炉法。北北京科技技大学开开发的连连续炉法法(C00F法)，具有有在高温温炉气中中敞焰加加热含碳碳球团，实现快快速还原原的优点点，又妥妥養地解解决了氧氧化问题题。因燃燃煤机械械的燃烧烧能力有有限，单台连连续炉的的产量较较低。实施CCOF直直接还原原工艺的的设备有有

47、两：1) CCOF-R(用用于环形形转底炉炉)，已已在四川川阿坝州州一座直径径7. 4m的的环形转转底炉上上实施。2) CCOF-C(用用于台车车底连续续加热炉炉)，在在四州峨峨盾钢铁铁厂设计计了一座座年产22万t的的生产线线，(e) XSHH-A煤煤基法。哈尔滨滨市海绵绵铁研究究所专利利技术，其工艺艺的主要要特点11)节能能效果显显著，采采用金属属还原罐罐，热传传导效果果显著提提高，还还原气氛氛的作用用得到加加强。22)投资资少，年年产2. 5万万t生产产线，总投资资约18800万万元左右右。 3)自动化化程度高高，工序序环节少少，生产设设备简单单。生产产过程易易实现自自动化控控制。年年产1

48、.5万tt的设备备生产线线已基本本建成，日产能能力可达达70tt。此外，山山西垣曲曲采用多多管直接接还原炉炉工艺，建设年年产1万万t的装装置。鞍鞍山直径径8m的的转底炉炉即将建建成投产产。几种煤基基还原铁铁生产工工艺特点点和技术术经济指指标见表表1-119。表1-119 几几种煤基基海绵铁铁生产方方法对比比1.4.1.22 还原原铁性狀狀与应用用“还原铁铁”是铁铁矿石经经直接述述原处理理后得到到的金属属铁，是是废铜的的替用品品，也是是冶炼某某些优质质钢的必必需品，该产品品有：海绵铁：块状矿矿石直接接还原。球团矿：粉状矿矿经球团团化之后后再还原原。还原团矿矿：将海绵绵铁和球球团矿，按比例例加压成

49、成形，使其具具有一定定尺寸和和形状。海绵铁是是由矿石石经直接接还原而而得到海海绵状的的多孔金金属块，并杂有有一定数数量的脉脉石，系老式式生产金金属铁的的工艺。现代大大型工业业化生产产的多为为粒状的的直接还还原铁(DRII)或热热压铁块块 (HHBI)，近年年来使用用热压块块的趋势势迅速增增长，但一般般将这33种铁源源产品统统称为海海绵铁。或简称称直坯铁铁。近年来，各种直直接还原原铁生产产技术发发展很快快，它作作为一种种铁源的的重要性性在日益益增加以以19997年为为例，直直还铁与与钢产最最的比例例达到44, 88%，与电炉炉铜的总总产量比比达到约约16%， 19990年年以来，全世界界直接还还

50、原铁产产量增长长的情况况见表11-200。表1-220全世世界直接接还原铁铁产量增增长状况况A还原铁铁的理化化特性述原铁已已不同于于生铁，质童较较髙，性能稳稳定，形形状也便便于使用用，可进进行连续续装料，含碳量量较低且且与钢的的含碳量量相近，其理化化特性如如下：(1) 物理特特征。密密度：从操作作中有效效化学反反应及热热传递考考虑，其其理想密密度以44.06.00g/ cm33为宜(渣的密度度一般为为2. 5g/cm33；粒度:粒度过过大会使使电炉加加料系统统复杂化化，反之，下落过过程中易易被氧化化或进入入除尘装装置内。适宜的的粒度范范围为110IIOOmmm。強度：要求有有一定的的强度，以免

51、处处理过程程中产生生粉尘。(2) 化学性性能。含含氧童(指以氧氧化铁形形式存在在的氧)与含碳碳量：向电炉中中加入还还原铁时时，应尽量量保护炉炉壁耐火火材料不不受损毁毁，有效效的措施施是一氧氧化碳使使钢水产产生持续续沸腾状状态。如如能确保保每分钟钟的脱碳碳速度，则可防防止电弧弧对炉壁壁的损毁毁。为此此，还原原铁中氧氧化铁的的最佳氧氧含量为为下式：还原铁中中的含碳碳量，按按氧量相相应确定定，不得得低于0.66%C。(3) 金属化化率。指还原原铁中金金属铁与与全铁之之比。金金属化率率低，导致电电炉内铁铁的回收收率低，电耗增增加;若若过高，会降低低熔池内内CO的的反应程程度，显显著降低低炉衬寿寿命。(

52、4) 脉石(杂质)成分。杂质SSiO22和All2O33含量髙髙，将导导致热量量、石灰灰消耗增增加，成成本提高高，并降降低生产产率。还原铁的的化学成成分见表表1-221。表1-221还原原铁的化化学组分分(%)B应用还还原铁的的优点电炉炼钢钢采用适适童还原原铁替代代废钢，可提髙髙钢的质质量，改改善电炉炉的技术术经济指指标，提提高生产产效率。与废钢相相比，还还原铁的的最大优优点，是成分分稳定,残余元元素含量量低。随随着低合合金高强强度和镀镀锌钢使使用量不不断增加加，加之之废钢多多次回收收循环使使用，使使废钢中中残余金金属含量量不断升升髙。这这些元素素包括铜铜(Cuu)、铬铬(Crr)、镍镍(Ni

53、i)、锌锌(Znn)和锡锡(Snn)等。由于在在炼钢过过程中无无法用经经济的方方法去除除这些残残余元素素，成为为炼钢生生产的一一大难题题，采用用还原铁铁，则能能避免因因废钢质质量不稳稳定和这这些残余余元素对对钢的质质量产生生不利髟髟响，还还可根据据产品质质量要求求，灵活活改变炉炉料的化化学组成成。采用还原原铁，有有助于造造泡沫渣渣，保护护耐火材材料。电电炉内形形成泡沫沫渣，使使炉渣厚厚度增加加，炉渣渣密度减减少。剧剧烈的脱脱碳沸腾腾和较厚厚的泡沫沫渣，可可使电炉炉冶炼采采用高压压长弧操操作，降降低电耗耗；缩短冶冶炼时间间，低密密度炉渣渣使还原原铁能快快速进入入渣钢水水界面，同时因因炉渣发发泡提

54、高高了传热热速度；炉内CCO气氛能能降低电电极氧化化，减少少电极消消耗；提高钢钢的质量量，因渣渣钢水界界面逸出出的COO能去除除熔池中中的氮(N)和和氢(HH)。同同时，由由于电极极辐射被被泡沫渣渣吸收，减缓了了耐火材材料的蚀蚀损，提提髙了耐耐火材料料的寿命命。采用适量量还原铁铁，由于于在电炉炉炼钢过过程中熔熔化与氧氧化精炼炼同时进进行，在在电弧稳稳定条件件下，连连续加料料完毕，精炼过过程世同同时完成成，因而而提髙了了电炉生生产效率率。由图图1-77可看出出，电炉炉炼钢采采用全废废铕和配配入755%还原原铁(连连续加料料)比较较，加入入还原铁铁可提高高生产率率近200%。1.4.1.33熔融还

55、原原炉用耐耐火材料料铁浴式熔熔融还原原炉的使使用条件件最苛刻刻，对耐耐火材料料要求高高。在铁浴浴式熔融融还原炉炉操作过过程中，炉内髙髙的二次次燃烧率率引起温温度提高高，二次次燃烧带带的炉渣渣层的温温度可达耐火火材料蚀蚀损严重重。长时时间高温温下装料料、出铁铁的连续续交替操操作，更更加剧耐耐火材料料的损毁毁。低碱碱度(CCaO/SiOO2=1.211. 55)高FFeO（4%13%0）炉炉渣，对对耐火材材料侵蚀蚀严重。还原炉主主要用碱碱性耐火火材料如如直接结结合镁铬铬砖，镁镁白石砖砖和含碳碳耐火材材料All2O33-C砖砖， MggO-C砖等等。以下下是在55t铁浴浴还

56、原炉炉上的初初步使用用结果。(I)MMgO-Cr22O3砖砖。镁铬铬砖在渣渣线部位位使用，在通常常的连续续操作下下，由剥剥落造成成的蚀损损较小，而主要要是髙温温下熔损损造成的的蚀损。这与镁镁铬砖的的纯度有有关，砖砖中SiiO2等等杂质成分分产生液液相进入入炉渣反反应生成成低熔物物，促进熔熔损。为为提髙对对熔融还还原炉等等低碱性性渣的抗抗侵蚀和和耐磨损损性，开开发了高高铬质镁镁铬砖，砖中CCr2OO3含量量越高，耐侵蚀蚀性越好好。添加加70%镁铬矿矿(MggO Crr2O33)的砖砖，其跗跗用性是是添加225%镁镁铬矿的的1. 7倍，蚀损速速度在llmm/h以下下。但随着着砖中熔熔剂成分分(Si

57、iO2，Fe22O3，CaOO，Al2O33)的增增加，耐耐侵蚀性性有下降降趋势，为此采采用以电电恪镁铬铬砂和氧氧化铬组组成的合合成砖，提高了了耐侵蚀蚀性，同同时也采采用高铬铬铁矿为为原料。但用后后的镑铬铬砖存在在环堉污污染，因因此无铬铬砖的开开发和应应用十分分迫切。(2) Al22O3-C砖。Al22O3-C砖的的蚀损，主要是是在髙温温下All2O33颗粒的的熔出和和基质石石墨的氧氧化脱碳碳同时进进行所致致。研究了了石墨含含量与金金属添加加物对AAl2OO3-cc砖耐蚀蚀性的影影响。以以石墨含含量100%并添加金金属All的All3O33-C砖砖，抗侵侵蚀性能能最好。高温氧化化气氛、低碱度度

58、(Caa0/SSi022 = l. 211. 55)高FFeO炉炉查，AAl2OO3-SSiO-C砖的的耐蚀性性 不如如Al22O3-C砖，MgOO-Cr22O3砖砖的侵蚀蚀速率最最小，约约是All2O33-C砖砖的I/2，其次是是含碳量量10%的Mgga-CC砖，其其蚀损速速率比AA12OO3-CC砖小11/5。(3) MgOO-C砖砖。MggO-CC砖的蚀蚀损，受受炉渣温温度、气气氛的影影响较大大，尤以以渣线部部位，炉炉渣的影影响更甚甚，当铁铁氧化物物含量增增多时，因C的的液相氧氧化造成成的蚀损损加剧，渣线上上部尤为为严重。对高温温氧化气气氛、低低碱度炉炉渣，采采用电熔熔氧化镁镁的MggO

59、-CC砖，C含量量从200%减至至10%的效果果好。U)All2O33-SiiC-CC砖，在在Al22O3-C质耐耐火材料料中加入入SiCC，可提提高抵抗抗熔融还还原型炉炉渣对耐耐火材料料的侵蚀蚀能力。1)添添加SiiC大于于5%后后，在铁铁浴中，侵蚀速速率随SSiC量量的增加加变化很很小。在在渣及演演铁熔体体中的侵侵蚀速率率随SiiC量增增加直线线降低。2)在在铁渣共共存熔体体中，渣渣线处 Al22O3-SiCC-C侵侵蚀速率率最高，铁浴内内侵蚀速速率最低低。随时时间延长长，熔体体对耐火火材料的的侵蚀速速率降低低。3)加入SSiC后后，由于于SiCC与COO反应析析碳而使使砖内脱脱C速率率降

60、低。加之SSiO22薄膜对对 SiiC的保保护作用用，使SSiC也也能稳定定存在，降低AAl2O33-SiiO-C砖气气孔率，可阻止止熔体向向耐火材材料的渗渗透。几种熔融融还原炉炉用耐火火材料的的性能见见表1-22。表1-222熔融融还原炉炉用耐火火材料的的性能重庆大学学冶金系系在255kV AA电炉上上进行了了普通铁铁矿石熔熔融还原原扩大热热态冶炼炼试验，考査了了3种耐耐火材料料见表11-233，表明了了 All2O33-SiiC-CC砖和AAl2OO3-TTiO22-C砖砖侵蚀速速率低，小于00, 9mmm/hh，All2033-C砖砖的侵蚀蚀速率髙髙为3, 488mm/h以上上，是前22