冶金新技術(shù)講座

1、主要講授內(nèi)容 1.冶金工業(yè)發(fā)展概述 2.直接還原和熔融還原 3.轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù) 4.直流電弧爐 5.爐外精煉 6.近終形連鑄 7.特種冶金技術(shù) 8.毛坯生產(chǎn)新技術(shù)近終成形 9.計(jì)算機(jī)在冶金中的應(yīng)用 10.鋼鐵冶金新流程進(jìn)展 第一章 冶金工業(yè)發(fā)展概述 1.鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展簡(jiǎn)史 人類歷史上從鐵器時(shí)代開(kāi)始,鋼鐵就是兵器及生產(chǎn)工具的主要材料。 原因： 1）鐵資源豐富，約占總資源的5%。 2）鐵礦石中鐵主要以氧化物和碳酸化合物形式存在，且較易被還原制取，生產(chǎn)成本低。 3）鐵碳合金有較優(yōu)良的性能。 結(jié)果：20世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以后，世界鋼產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，鋼鐵企業(yè)日益擴(kuò)大，優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼比率增大，出現(xiàn)空前繁榮局面。

2、鋼產(chǎn)量成為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的標(biāo)志。 20世紀(jì)以來(lái)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的幾個(gè)階段： 一、1945 1970 年，世界鋼鐵工業(yè)處于高速發(fā)展階段，平均年增長(zhǎng)率6.3% 背景： 第一次及第二次世界大戰(zhàn)期間， 戰(zhàn)爭(zhēng)促使鋼鐵生產(chǎn)的競(jìng)賽。 鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展簡(jiǎn)史 二、1970年以后世界鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢，停滯不前，出現(xiàn)1987 1996的十年徘徊，世界粗鋼產(chǎn)量在7.5億噸左右波動(dòng)，這時(shí)有了“鋼鐵工業(yè)是夕陽(yáng)工業(yè)”之說(shuō)。 背景：1）工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家鋼鐵產(chǎn)量已達(dá)到社會(huì)所需飽和值，人均鋼材消費(fèi)量：日本680Kg，美國(guó)660Kg。 2）兩次石油危機(jī)造成能源短缺，降耗才能盈利，促使鋼鐵工業(yè)流程、工藝進(jìn)一步革新，使傳統(tǒng)全流程鋼鐵企業(yè)處于萎縮狀

3、態(tài)。 3）90年代世界格局發(fā)生變化，冷戰(zhàn)結(jié)束，出現(xiàn)“和平與發(fā)展”的新階段，高新技術(shù)發(fā)展要求鋼鐵工業(yè)從“產(chǎn)量型”向“質(zhì)量型”轉(zhuǎn)化。 4）有色金屬及合金、陶瓷材料、塑料、復(fù)合材料的發(fā)展一定程度上取代了鋼材。 三、1996年以后，由于高新技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)，引發(fā)了“第三次產(chǎn)業(yè)革命”、“第四次浪潮”。高新技術(shù)的基礎(chǔ)是新材料，優(yōu)質(zhì)合金鋼及超級(jí)合金在新材料中占相當(dāng)比重。 背景：各國(guó)在發(fā)展高新技術(shù)過(guò)程中，鋼鐵新材料占到一半以上。 中國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程 2.中國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程 ?1890年中國(guó)第一家鋼鐵廠在漢陽(yáng)創(chuàng)建； ?1949年新中國(guó)成立，當(dāng)年鋼鐵產(chǎn)量只有15.8萬(wàn)噸，居世界第26位，不到當(dāng)時(shí)世界鋼鐵年總產(chǎn)

4、量的1.6億噸0.1%； ?經(jīng)過(guò)第一個(gè)五年計(jì)劃,1957年鋼產(chǎn)量就達(dá)到535.5萬(wàn)噸； ?到1978年，我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到3178萬(wàn)噸，居世界第五位，占當(dāng)年世界鋼鐵產(chǎn)量的4.42%。 ?1979年以后，我國(guó)鋼鐵工業(yè)獲得了快速發(fā)展，新建了寶鋼、天津鋼管等大型現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)。通過(guò)對(duì)老企業(yè)挖潛改造，鋼產(chǎn)量以每年400-500萬(wàn)噸的速度快速增長(zhǎng)。 ?1989年，我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到6159萬(wàn)噸，首次突破6000萬(wàn)大關(guān)，成為繼美國(guó)、蘇聯(lián)、日本之后第4個(gè)產(chǎn)鋼大國(guó)。 中國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程 ?上世紀(jì)80年代，我國(guó)鋼產(chǎn)量平均年增長(zhǎng)率5.82%；90年代為6.99%； ?到1996年,我國(guó)鋼產(chǎn)量已突破億噸大關(guān),達(dá)到101

5、24萬(wàn)噸,躍居世界第一位； ?進(jìn)入21世紀(jì)，20002004年的四年間，平均增長(zhǎng)率就高達(dá)20.71%； ?2003年，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量突破2億噸，成為世界上唯一年產(chǎn)鋼超過(guò)2億噸的國(guó)家； ?2004年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量已達(dá)到2.72億噸，占全球鋼產(chǎn)量10.5億噸25.8%。中國(guó)粗鋼產(chǎn)量已從占世界的10%上升到了25%； ?2005年，我國(guó)鋼、鐵、材的產(chǎn)量突破3億噸，只用了短短的兩年時(shí)間； ?2007年，我國(guó)鋼產(chǎn)量突破4.97億噸； ?2010年，我國(guó)鋼產(chǎn)量近6.3億噸。 （2010年全球產(chǎn)鋼14.1億噸，較2009年增長(zhǎng)16.8%。中國(guó)占全球產(chǎn)量的44.3%） 中國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程 ?突破1億噸我們用

6、了47年時(shí)間； ?翻一番到2億噸用了七年時(shí)間； ?從2億噸到3億噸用兩年時(shí)間； ?從3億噸到4億噸用一年時(shí)間 ?鋼鐵生產(chǎn)基本滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，中國(guó)鋼鐵工業(yè)為振興中華做出了重大貢獻(xiàn)，已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，成為我國(guó)為數(shù)不多的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的行業(yè)。占世界五分之一的人口能生產(chǎn)世界44的鋼是中國(guó)人民的驕傲。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 3）裝備水平大幅度提高，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改善 ?寶鋼、鞍鋼、武鋼、馬鋼、太鋼等大型企業(yè)的工藝裝備水平已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平 ?焦化已投產(chǎn)機(jī)械化焦?fàn)t2108座，煉焦能力29890萬(wàn)噸，其中7m焦?fàn)t3座，能力占1.07%，已是世界上擁有7m以上焦?fàn)t數(shù)量最

7、多、能力最大的國(guó)家；6m焦?fàn)t119座，占19.9%；4.3-5.5m焦?fàn)t503座，占51.8%。 ?燒結(jié)、球團(tuán)2006年我國(guó)燒結(jié)機(jī)有400余臺(tái)，年產(chǎn)燒結(jié)礦4.5億噸，其中300m2以上燒結(jié)機(jī)26臺(tái)，180m2以上燒結(jié)機(jī)34臺(tái)。 ?煉鐵2006年我國(guó)煉鐵總能力46987萬(wàn)噸，其中1000m3以上大高爐有121座，占全國(guó)生產(chǎn)能力的39%；300-1000m3高爐395座，占38%；300m3以下高爐738座，占23%；3000m3以上高爐11座，太鋼、馬鋼4000m3高爐正在建設(shè)中，曹妃甸正在建5500m3高爐。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 ?煉鋼 2006年煉鋼能力超過(guò)5億噸，擁有120噸的轉(zhuǎn)爐74座

8、，產(chǎn)能15400萬(wàn)噸，占煉鋼總能力的30.6%；50-100噸電爐33座，能力1890萬(wàn)噸，占3.8%。 2006年重點(diǎn)企業(yè)鋼鐵料消耗1085kg/t，轉(zhuǎn)爐爐襯壽命6052爐，連鑄比98.6%，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 ?軋鋼 到2006年底，我國(guó)共有一次材軋機(jī)997套，總生產(chǎn)能力49260萬(wàn)噸，平均單套軋機(jī)能力49.4萬(wàn)噸，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的軋機(jī)大幅度增加。 ?鐵道用材（鋼軌）及大型材 各種大型軋機(jī)33套，能力2000萬(wàn)噸，其中60%的能力達(dá)到世界先進(jìn)水平，攀鋼、包鋼、鞍鋼、武鋼4家重軌生產(chǎn)線，已能生產(chǎn)100m長(zhǎng)尺鋼軌和高速鋼軌，整體裝備達(dá)到世界先進(jìn)水平。 已建15套H型鋼生產(chǎn)線，總能力1100萬(wàn)

9、噸，其工藝裝備水平已達(dá)世界先進(jìn)水平，馬鋼、萊鋼已達(dá)世界領(lǐng)先水平。在建4套，能力為400萬(wàn)噸，到2010年達(dá)2400萬(wàn)噸。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 ?棒材及鋼筋軋機(jī) 已有220多套，能力1.35億噸，2006年產(chǎn)量1.27億噸，其中80%已達(dá)世界先進(jìn)水平，橫列式的產(chǎn)能不足20%。在建和計(jì)劃建30套，能力2700萬(wàn)噸，到2010年總能力達(dá)1.6億噸。 ?線材軋機(jī) 2006年線材軋機(jī)152套，能力7560萬(wàn)噸，2006年產(chǎn)量7151萬(wàn)噸，其中高速線材軋機(jī)生產(chǎn)能力占83%，還有17%屬于落后的復(fù)二重軋機(jī)。在建22套，能力1300萬(wàn)噸，2010年達(dá)8800萬(wàn)噸。 ?中小型軋機(jī) 2006年有中小型軋機(jī)40套

10、，生產(chǎn)能力1100萬(wàn)噸，2006年產(chǎn)量950萬(wàn)噸，其中65%產(chǎn)能是落后的橫列式軋機(jī)，是我國(guó)軋機(jī)裝備最落后的品種。 ?中厚板軋機(jī) 2006年已有中厚板軋機(jī)48套，生產(chǎn)能力5000萬(wàn)噸，產(chǎn)量4022萬(wàn)噸，其中屬落后的2300-2500mm軋機(jī)15套，總能力1000萬(wàn)噸，屬國(guó)際先進(jìn)水平軋機(jī)占60%以上。在建12套，能力1700萬(wàn)噸，2010年達(dá)6700萬(wàn)噸。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 ?熱軋寬帶鋼軋機(jī) 2006年已投產(chǎn)的有42套，產(chǎn)能1.36億噸，2006年產(chǎn)量1.04億噸，另外在建13套，其中薄板坯連鑄連軋（中厚）19套，占22%，爐卷軋機(jī)6套，占2%，熱連軋工藝裝備均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平和國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，

11、寶鋼、鞍鋼、武鋼、太鋼等連軋機(jī)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。熱軋寬帶鋼在建23套，能力8000萬(wàn)噸，能力到2010年將突破2億，達(dá)到21600萬(wàn)噸；寬厚板在建6700萬(wàn)噸，窄帶鋼5000萬(wàn)噸，板帶合計(jì)3.3億噸。 ?無(wú)縫管 2006年有無(wú)縫管軋機(jī)380套，生產(chǎn)能力1500萬(wàn)噸，2006年產(chǎn)量1484萬(wàn)噸，其中達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平機(jī)組10套（8套二輥、2套三輥）能力430萬(wàn)噸，有350-400萬(wàn)軋機(jī)屬落后能力，占25-29%需淘汰。在建20套，能力700萬(wàn)噸，2010年達(dá)2200萬(wàn)噸。另外，有窄帶鋼軋機(jī)82套，能力5000萬(wàn)噸，2006年產(chǎn)量4100萬(wàn)噸 。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 ?冷軋寬帶鋼軋機(jī) 目前已有冷連

12、軋機(jī)組24套，單機(jī)架可逆軋機(jī)50臺(tái)，總生產(chǎn)能力4760萬(wàn)噸，在建15套，能力3300萬(wàn)噸，2010年達(dá)8000萬(wàn)噸，連軋機(jī)已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，4輥6輥單雙機(jī)架冷軋也屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。 ?熱鍍鋅生產(chǎn)線 已有熱鍍鋅線130條以上，生產(chǎn)能力2500萬(wàn)噸。重點(diǎn)企業(yè)普遍采用大型化（年產(chǎn)30-40萬(wàn)噸）、高速化（運(yùn)行速度200m/min以上），達(dá)到世界先進(jìn)水平，在建15套，能力1100萬(wàn)噸，2010年達(dá)3600萬(wàn)噸。 ?電鍍鋅生產(chǎn)線 國(guó)內(nèi)有5條，能力135萬(wàn)噸，寶鋼2條屬國(guó)際領(lǐng)先水平。 ?彩涂機(jī)組 已投產(chǎn)120條生產(chǎn)線，能力1200萬(wàn)噸 。 ?硅鋼軋機(jī) 國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)冷軋硅鋼企業(yè)四家（武鋼、鞍鋼、寶鋼和太鋼）總生

13、產(chǎn)能力332萬(wàn)噸，其中取向28萬(wàn)噸，如在建投產(chǎn)，總能力達(dá)500萬(wàn)噸，取向56萬(wàn)噸。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀分析 4）節(jié)能減排取得初步成效 ?噸鋼綜合能耗由“九五”末的1.387tce降到“十五”末的1.042tce，年均節(jié)能率5.5%，5年累計(jì)節(jié)能量3789萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤 。 5）鋼鐵行業(yè)運(yùn)行穩(wěn)定，企業(yè)效益提高 ?鋼協(xié)會(huì)員單位主營(yíng)業(yè)務(wù)收入由2001年的3793億增加到2006年14587億，年增加30.9%，鋼產(chǎn)量增加2.66倍，收入增加3.846倍。利潤(rùn)由164億增加到984億，年均增長(zhǎng)43.1%。 6）我國(guó)鋼鐵工業(yè)具備較強(qiáng)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力 ?鋼鐵產(chǎn)品已能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要的95%左右，高附加值的板材、

14、管材品種發(fā)展，已占出口鋼材總量60%左右。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展存在的主要問(wèn)題 ?鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局分散，布局不合理，產(chǎn)業(yè)集中度低，阻礙參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的提高。 ?鐵礦資源對(duì)國(guó)外依存度增大，進(jìn)口礦石近幾年大幅度增長(zhǎng)，炒高礦價(jià)、海運(yùn)費(fèi)，降低了企業(yè)效益 。 ?研發(fā)資金投入不足，原創(chuàng)性技術(shù)研發(fā)能力不強(qiáng)。 ?落后裝備比例相對(duì)較高，節(jié)能減排難度大。 ?生產(chǎn)成本增速加快，經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)提高。 鋼鐵工業(yè)發(fā)展關(guān)鍵 4.鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù) 1）采用新流程、新技術(shù)、新裝備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的全流程生產(chǎn)方式，達(dá)到高生產(chǎn)率、高效率、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)。 2）節(jié)約資源、能源，降低制造成本、投資成本及勞動(dòng)成本。 3）滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)鋼材使用性能及質(zhì)量

15、上不斷提高的要求。如汽車用深沖鋼板要求：鋼中C+P+S+O+N+H總和不大于0.01%。 4）保護(hù)環(huán)境，根治污染，保持生態(tài)平衡。 5.中國(guó)需要多少鋼 ?從世界各國(guó)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,發(fā)達(dá)國(guó)家鋼產(chǎn)量在達(dá)到一定規(guī)模后開(kāi)始回落,之后將保持一定的需求量,即鋼材需求的飽和點(diǎn)。如：美國(guó)1973年，1.37億噸；日本1973年，1.19億噸；前蘇聯(lián)1988年，1.63億噸。 ?鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值及結(jié)構(gòu)間的關(guān)系 中國(guó)需要多少鋼 1）基礎(chǔ)建設(shè)階段：鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度隨國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增加而增加； 2）加速工業(yè)化階段：鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度有可能不變。消費(fèi)強(qiáng)度出現(xiàn)徘徊或降低，但鋼材消耗量會(huì)繼續(xù)增加； 3

16、）發(fā)達(dá)階段：鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度下降。 ?我國(guó)處于第二階段，且處于21世紀(jì)，不會(huì)再走過(guò)去的老路（先工業(yè)化后信息化），而是走傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的路子。此外，我國(guó)基礎(chǔ)差、人口多、地區(qū)發(fā)展不平衡，鋼材消耗量大的階段會(huì)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)一些。 ?如：1955年1970年，我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值人均89109美元，鋼材消耗量3051420萬(wàn)噸，消費(fèi)強(qiáng)度0.088kg/美元0.267kg/美元； ?1970年1995年，我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值人均109537美元，鋼材消耗量142013194萬(wàn)噸，消費(fèi)強(qiáng)度0.267kg/美元0.142kg/美元； ?符合加速化工業(yè)階段的一般情況 中國(guó)需要多少鋼 設(shè)想：人

17、均國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)到12000美元，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值18萬(wàn)億美元，消費(fèi)強(qiáng)度0.016kg/美元（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)），將需要鋼材約3億噸。 ?鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度和人口的關(guān)系 2010年 發(fā)達(dá)國(guó)家：300-500kg/人，2002年我國(guó)：141 kg/人； 美國(guó)GDP 14.62萬(wàn)億美元 地區(qū)發(fā)展不平衡，發(fā)達(dá)程度不一樣，東南沿海已經(jīng)或正在進(jìn)入中等發(fā)中國(guó)GDP 5.74萬(wàn)億美元 達(dá)程度，這一區(qū)域人口約4.5億，粗略計(jì)算：日本GDP 5.39萬(wàn)億美元 4.53501.57億噸 德國(guó)GDP 3.31萬(wàn)億美元 10.51801.89億噸 合計(jì)：3.46億噸歐盟GDP 16.11萬(wàn)億美元 ?鋼材消耗量及消費(fèi)強(qiáng)度和制造業(yè)

18、的關(guān)系 中國(guó)人均4283美元 我國(guó)是機(jī)電產(chǎn)品出口大國(guó)，鋼材消耗量會(huì)有所增加。 ?綜合以上因素，我國(guó)鋼產(chǎn)量還會(huì)有較大的發(fā)展空間，約3-3.5億噸。 鋼鐵工業(yè)供大于求的趨勢(shì) ?2010年，鋼鐵工業(yè)綜合產(chǎn)能*6.63億噸/年 ?2010年，我國(guó)粗鋼需求量，4.955.54億噸/年 ?過(guò)剩1.11.7億噸/年 *按已投產(chǎn)和2007年在建能力測(cè)算 ?2006年，軋鋼設(shè)備總設(shè)計(jì)產(chǎn)能6.098億噸/年 2007年，已有和在建產(chǎn)能： 軋機(jī)產(chǎn)能 2007年底已有產(chǎn)能 2008年在建產(chǎn)能 過(guò)剩產(chǎn)能 一次材：6.414億噸/年 熱軋薄板 1.463億噸/ 年 0.8532億噸/ 年 約1億噸 中厚板 0.453 二

19、次材：1.7825億噸/年億噸 / 年 0.263億噸/ 年 40%50% 2007年2010年在建一次材能力：1.488億噸/年 在建二次材能力：1.7825億噸/年 過(guò)剩量：約2.2億噸/年 2008年8月統(tǒng)計(jì)，全國(guó)鋼鐵投資項(xiàng)目總投資規(guī)模7658.5億元 投資熱點(diǎn)：寬帶鋼軋機(jī)和中厚板軋機(jī) 鋼鐵冶金前沿技術(shù) 6.鋼鐵冶金前沿技術(shù) 1）傳統(tǒng)煉鐵流程：由焦化、燒結(jié)、高爐工序組成 缺點(diǎn)：投資大，流程長(zhǎng)，能耗高。尤其是煉焦煤，僅占煤總儲(chǔ)量的10%，已告缺。且煉焦排放大量的有害氣體（CO2，CO，NOX，SO2等），造成溫室效應(yīng)，嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，焦化工序?qū)⑹紫缺惶蕴?對(duì)策：開(kāi)發(fā)用煙煤或天然氣作

20、還原劑，不用高爐，將鐵礦石還原成海綿鐵的直接還原煉鐵法以及生產(chǎn)成鐵水的熔融還原法。 2）交流電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的提高 為降低電耗，縮短冶煉時(shí)間，與爐外精煉匹配，超高功率電爐問(wèn)世，比功率逐年提高，達(dá)到1000KVA/t以上。 鋼鐵冶金前沿技術(shù) 缺點(diǎn)：大功率交流電弧爐的電弧穩(wěn)定性差，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電壓閃爍，造成噪聲污染。 對(duì)策：發(fā)展直流電弧爐。 3）爐外精煉是提高質(zhì)量、增加產(chǎn)量，降低成本的有效手段 沒(méi)有爐外精煉，超高功率電爐無(wú)法發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，煉鋼和連鑄得不到銜接和緩沖。增加鋼的爐外精煉比例是冶金工業(yè)的發(fā)展方向。 4）連鑄技術(shù)的發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用引發(fā)鋼鐵工業(yè)又一次重大革新 高效連鑄及近終形連鑄對(duì)現(xiàn)代

21、煉鋼和高速連軋起銜接作用，使產(chǎn)品專業(yè)化、系列化、優(yōu)化及高附加值。 5）等離子冶金具有潛在優(yōu)勢(shì) 6）真空冶金是生產(chǎn)超級(jí)合金的重要手段 目前在凝殼熔煉、懸浮熔煉、冷坩堝熔煉及真空電弧雙電極重熔等方面有新的突破。 鋼鐵冶金前沿技術(shù) 7）電渣冶金在21世紀(jì)仍具有以下五個(gè)方面的優(yōu)勢(shì) a.在優(yōu)質(zhì)大型及中型鍛件生產(chǎn)中，處于壟斷地位； b.在優(yōu)質(zhì)鋼工具鋼、模具鋼、不銹耐熱鋼、超高強(qiáng)鋼、管坯及冷軋軋輥生產(chǎn)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)； c.在超級(jí)合金（高溫合金、耐蝕合金、精密合金、電熱合金）生產(chǎn)中與真空冶金處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)； d.在有色金屬生產(chǎn)方面，發(fā)展前景廣闊； e.電渣重熔空心錠和電渣熔鑄異形件具有獨(dú)到之處，發(fā)展前景良好。 8

22、）近終成形是金屬毛坯制備的新方向 它是將金屬合成、精煉、凝固、成形集中與一道工序，是物性轉(zhuǎn)變的最佳短流程，可有效控制污染，提高金屬性能。 9）人工智能及計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)在冶金的應(yīng)用日益廣泛 21世紀(jì)在鋼鐵企業(yè)建立CIMS綜合管理系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急，結(jié)合鋼鐵工業(yè)短流程技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)控制智能化。 第二章 直接還原和熔融還原 直接還原將鐵礦石在固態(tài)還原成海綿鐵（Sponge Iron) 的方法。所得產(chǎn)品稱為直接還原鐵DRI(Direct Reduction Iron)。 熔融還原（Smelting Reduction) 用鐵礦石和普通煙煤作原料，經(jīng)流化床直接生產(chǎn)鐵水，使渣鐵分離的方法。 1.直接還原 1

23、)發(fā)展背景 直接還原工業(yè)化試驗(yàn)始于50年代，但成功例子很少。60年代天然氣大量開(kāi)采，1968年美國(guó)Midrex法成功，直接還原得到迅速發(fā)展。1975年DRI海綿鐵產(chǎn)量269萬(wàn)噸，1995年增至3075萬(wàn)噸，在冶金史上實(shí)屬罕見(jiàn)。 直接還原和熔融還原 ?發(fā)展的客觀原因 ?世界多數(shù)國(guó)家嚴(yán)重缺乏焦煤，不少國(guó)家有優(yōu)質(zhì)鐵礦及天然氣和煙煤資源。如委內(nèi)瑞拉、印度尼西亞、墨西哥，主要發(fā)展氣基豎爐；南非、印度、新西蘭有豐富的煙煤和優(yōu)質(zhì)鐵礦，以煤基回轉(zhuǎn)窯為主。 ?電爐短流程的發(fā)展，電爐鋼產(chǎn)量日益增長(zhǎng)，廢鋼用量供應(yīng)緊張，需要一部分DRI鐵來(lái)補(bǔ)充。 ?近年來(lái)鋼鐵工業(yè)受高分子材料和硅酸鹽材料的競(jìng)爭(zhēng)，總產(chǎn)量始終未有突破。但

24、以質(zhì)量、性能及品種取勝的小型特鋼廠發(fā)展較快，電爐鋼選擇原料，自然更多選擇直接還原鐵。 ?世界焦煤儲(chǔ)量銳減，環(huán)保要求提高，煉焦?fàn)t停產(chǎn)，迫使企業(yè)選擇新的生產(chǎn)流程。 ?直接還原技術(shù)上的新突破，促使其發(fā)展。 直接還原發(fā)展背景 2.煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原 煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原流程見(jiàn)下圖： 鐵礦石+煤 c?co2?2co?在1100下，鐵礦石呈固態(tài)Fe2O3?3CO?2Fe?3CO?海綿鐵 直接還原鐵內(nèi)含有一定數(shù)量的脈石，因是固態(tài)反應(yīng)，不能使鐵渣分離，對(duì)DRI產(chǎn)品脈石含量有一定限制： 酸性脈石(SiO2?Al2O3)?5%堿性脈石(MgO?CaO)?7%煤基直接還原流程成熟的工藝是德國(guó)SL/RN法，英國(guó)的DRC

25、法，法國(guó)的Codir法。 煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原流程圖 8-10小時(shí)完成還原反應(yīng)，在冷卻塔冷至100以下 配料倉(cāng) 還原窯 1100 氣基豎爐直接還原 3.氣基豎爐直接還原 氣基Midrex法工藝由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。 CH4?H2O?CO?3H2?（天然氣裂化反應(yīng)）反應(yīng)式為： Fe2O3?3H2?2Fe?3H2OFe2O3?3CO?2Fe?3CO2?氣基法的能耗低，效率高，質(zhì)量好，易操作，作業(yè)溫度低，產(chǎn)品無(wú)需再分選。 氣基Midrex法工藝流程圖 還原氣溫度900,6h完成冶煉 我國(guó)直接還原的發(fā)展 為保證煉鋼用DRI的TFe90%，要求： 磁鐵礦Fe3O4的TFe?68

26、.33%赤鐵礦Fe2O3的TFe?66.14%是否可用于直接還原的鐵礦石的判斷標(biāo)準(zhǔn)為： SiO9不宜用于DRI，僅用于高爐冶煉 此外，直接還原過(guò)程不能脫磷，故要求礦石含P0.027%。 國(guó)內(nèi)本鋼南芬礦、遼陽(yáng)棉花堡礦、山東金嶺礦、太鋼尖山礦、陜西大南溝礦、安徽霍邱礦及海南鐵礦均符合DRI要求。 天津大無(wú)縫引進(jìn)英國(guó)Davy公司的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，興建年產(chǎn)30萬(wàn)噸的兩條?5m80m回轉(zhuǎn)窯，采用進(jìn)口礦石。 HyL反應(yīng)罐法 ?墨西哥的HyL法采用了4個(gè)反應(yīng)罐串聯(lián)操作，還原煤氣用天然氣制造,先在換熱式轉(zhuǎn)化爐中不充分轉(zhuǎn)化。經(jīng)過(guò)每一個(gè)罐反應(yīng)后都進(jìn)行脫水、二次轉(zhuǎn)化和提溫，煤氣在1100的高溫下進(jìn)行還原。?第三代的

27、HyL法已放棄四個(gè)反應(yīng)罐，改用一個(gè)，接近Midrex法 。 流態(tài)化法 ?在流態(tài)化法還原中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質(zhì)。 ?流態(tài)化還原有直接使用礦粉省去造塊的優(yōu)點(diǎn)，并且由于礦石粒度小而能加速還原。 ?細(xì)粒礦粉易粘結(jié)，一般在600700不高的溫度下操作，還原速度不大，極易促成CO的析碳反應(yīng)。 ?流態(tài)化海綿鐵活性很大，極易氧化自燃，需經(jīng)處理，才便于保存和運(yùn)輸。 回轉(zhuǎn)窯煉鐵操作示意圖 PF法直接還原鐵新工藝 ?2007年北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院研究設(shè)計(jì)的單孔罐式還原爐在河北唐山工業(yè)性試驗(yàn)成功 PF法直接還原鐵工藝主要特點(diǎn)： 1、反應(yīng)室與燃燒室分隔，產(chǎn)品金屬化率高。預(yù)熱段、還原段

28、、冷卻段分別采用不同材料和結(jié)構(gòu)，能連續(xù)生產(chǎn)，比反應(yīng)罐法生產(chǎn)率高，能耗低；而且罐體不像隧道窯中那樣反復(fù)加熱、冷卻，壽命長(zhǎng)。 PF法直接還原鐵新工藝 2、能像回轉(zhuǎn)窯和轉(zhuǎn)底爐一樣連續(xù)生產(chǎn)，但爐體不動(dòng)而爐料自動(dòng)下落，爐氣逆流上升，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，有利于加熱和直接還原反應(yīng)進(jìn)行，可方便地控制爐料還原溫度和時(shí)間，利用系數(shù)高、作業(yè)率高，能源和原料消耗低； 3、直接還原與反應(yīng)罐法和回轉(zhuǎn)窯法一樣采用外配碳，還原劑和脫硫劑可適當(dāng)過(guò)量，確保還原和脫硫效果，又不增加產(chǎn)品灰分，使得原燃料選用范圍廣、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好，而投資少、成本低； 4、反應(yīng)室、燃燒室間隔排列，機(jī)構(gòu)緊湊，每組反應(yīng)罐都是一座獨(dú)立的還原設(shè)備，若干組并

29、列、組成各種生產(chǎn)能力的還原爐； 5、適合作為煤基直接還原鐵工藝主體設(shè)備，也易改造為氣基法豎爐和其他工業(yè)爐窯。 PF法直接還原鐵新工藝 PF法是一種安全可靠的豎爐直接還原工藝，而且綜合了當(dāng)前幾種直接還原鐵工藝長(zhǎng)處，在節(jié)能、環(huán)保和工程投資、生產(chǎn)成本等方面有明顯改進(jìn)。 Energiron新一代直接還原技術(shù) ?達(dá)涅利和得興HYL技術(shù)聯(lián)合體所展現(xiàn)的Energiron工藝代表了全球鋼鐵市場(chǎng)該領(lǐng)域的頂尖技術(shù) 。 ?全面控制DRI的金屬化程度和高碳含量，以適應(yīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸和電爐的高功率。 ?Energiron技術(shù)有如下顯著特點(diǎn)： ?該工藝對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)； ?DRI質(zhì)量控制(高碳)（14含碳量 ）； ?電爐直接熱裝

30、DRI； ?高效率，降低生產(chǎn)成本。 ?通過(guò)HytempR氣動(dòng)傳輸技術(shù)，可直接將DRI熱送至電爐進(jìn)行煉鋼。 熔融還原 2.熔融還原 到目前為止，開(kāi)發(fā)的熔融還原有36種之多。從預(yù)還原方式分有豎爐法、液化床法、熱旋分離法；從終還原方式分有熔融氣化爐、鐵浴反應(yīng)爐。其中以日本的DIOS法、澳大利亞Hismelt法、俄羅斯的PFV法及美國(guó)的AISI直接煉鋼法具有獨(dú)到之處。但投入工業(yè)生產(chǎn)的只有奧鋼聯(lián)與德國(guó)科爾夫公司共同開(kāi)發(fā)的COREX法。 南非伊斯科爾鋼鐵公司建起了世界第一座年產(chǎn)30萬(wàn)噸的熔態(tài)還原裝置，1989年正式投產(chǎn)。美國(guó)、澳大利亞、意大利正在籌建年產(chǎn)150-200萬(wàn)噸的COREX廠，估計(jì)到目前有近10

31、座COREX設(shè)備投產(chǎn)。 COREX的優(yōu)點(diǎn)如下： 1）可用普通煤炭代替焦碳； 2）可使用塊礦、球團(tuán)礦及燒結(jié)礦； 3）投資省，比傳統(tǒng)工藝建高爐、焦?fàn)t省30%； 4）生產(chǎn)成本低，操作及維修人員比傳統(tǒng)工藝低1/3； 5）產(chǎn)生大量可供發(fā)電用的燃?xì)猓?6）生鐵質(zhì)量?jī)?yōu)良。 COREX工藝流程圖 煤與1100還原氣接觸，煤轉(zhuǎn)為焦 鐵礦石還原率達(dá)90% 熔融氣化爐 鐵水溫度1450 COREX工藝流程 煤，氧氣?還原氣化爐（焦碳流化床）?焦碳和優(yōu)質(zhì)還原氣，鐵礦石?豎爐還原?海綿鐵粒，煤氣?還原氣化爐（加熱熔化）?鐵水、爐渣 建立短流程現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)： COREX?鐵水預(yù)處理脫磷、硫?轉(zhuǎn)爐復(fù)吹?二次精煉RH?薄板坯

32、連鑄連軋CSP?冷軋 HIsmelt工藝 金屬熔池作為基本的反應(yīng)媒介，爐料直接注入到金屬中，熔煉過(guò)程主要通過(guò)熔解碳進(jìn)行。其他熔融還原煉鐵的生產(chǎn)工藝一般都采用頂裝礦石和煤炭工藝，通過(guò)渣層中的碳化物（及少量金屬）進(jìn)行熔煉。與渣中的碳相比，金屬中的熔解碳作為還原劑的反應(yīng)效率更高。 省去了燒結(jié)和煉焦工序，可直接使用鐵礦粉和非焦煤，并且還可“吃”傳統(tǒng)鋼廠的廢棄物，如鋼渣和除塵器排出的污泥，軋鋼皮、焦粉和布袋除塵、靜電除塵的灰塵也“通吃”。 高爐煉鐵“十五”目標(biāo) 3.高爐噴煤技術(shù) 高爐擴(kuò)大噴煤量，降低焦比，是煉鐵發(fā)展最快的技術(shù)。 目前歐洲一些高爐的平均噴煤比已達(dá)到180-200Kg/t；日本1998年五大

33、鋼鐵公司平均高爐利用系數(shù)1.83t/(d)，總?cè)剂媳?16Kg/t，焦比386Kg/t，噴煤比127.8Kg/t。歐洲和美國(guó)高爐噴煤比正向250Kg/t努力。 1998-1999年初，寶鋼高爐噴煤取得重大突破，1、3#高爐7、8月份噴煤量連續(xù)突破200Kg/t。其中1#高爐在1999年1月高爐利用系數(shù)達(dá)到2.328t/(d)，噴煤比達(dá)到233.8Kg/t，焦比270Kg/t，燃料比503.5Kg/t。 我國(guó)“十五”期間，根據(jù)不同原料、燃料和裝備條件，分成兩個(gè)層次，力爭(zhēng)達(dá)到的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下： 焦比/Kg/t 煤比/Kg/t 燃料比/Kg/t 一層次 300 200 500 二層次 400

34、150 550 利用系數(shù)/t/d 爐齡/a 一層次 2.0-2.5 15 二層次 2.0-2.3 12 繼續(xù)推廣使用高風(fēng)溫、高頂壓、精料、富氧、低硅生鐵冶煉等先進(jìn)技術(shù)。 第三章 轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù) 1濺渣護(hù)爐技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn) 2濺渣護(hù)爐工藝和實(shí)踐3濺渣護(hù)爐技術(shù)的基礎(chǔ)研究45. ? 發(fā)展概況 ? 技術(shù)特點(diǎn) ? 基本原理和操作方法 ? 基本工藝參數(shù) ? 濺渣護(hù)爐和冶煉工藝的相互影響 ? 爐渣成分和結(jié)構(gòu)的變化 ? 濺渣層與爐襯的結(jié)合機(jī)理 ? 濺渣層的抗侵蝕性 濺渣護(hù)爐帶來(lái)的問(wèn)題 濺渣護(hù)爐的經(jīng)濟(jì)效益 發(fā)展概況 ?爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼一項(xiàng)綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 ?轉(zhuǎn)爐爐襯工作在高溫、高氧化性條件下，通常以0.20

35、.8mm爐的速度被侵蝕。 ?為保證轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)和提高爐襯壽命，如采用焦油白云石磚、輕燒油浸白云石磚，貼補(bǔ)、噴補(bǔ)、搖爐掛渣等措施，使?fàn)t齡提高到1000爐以上。 ?進(jìn)入80年代，轉(zhuǎn)爐普遍采用鎂碳磚，綜合砌爐，使用活性石灰造渣，改進(jìn)操作，采用掛渣、噴補(bǔ)相結(jié)合的護(hù)爐方法，使轉(zhuǎn)爐爐齡又有明顯提高。 ?濺渣護(hù)爐是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)提高爐齡的新技術(shù)。該技術(shù)最先是在美國(guó)共和鋼公司的大湖分廠(GreatLakes)，由普萊克斯(Praxair)氣體有限公司開(kāi)發(fā)的。 發(fā)展概況 ?1991年，美國(guó)LTV公司的印地安那哈的廠用濺渣作為全面護(hù)爐的一部分。1994年9月該廠232t頂吹轉(zhuǎn)爐的爐襯壽命達(dá)到15658爐，噴補(bǔ)料

36、消耗降到0.38kgt鋼，噴補(bǔ)料成本節(jié)省66，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率由1984年的78提高到1994年的97。 ?美國(guó)內(nèi)陸鋼公司爐齡已超過(guò)20000爐。加拿大、英國(guó)、日本等也已相繼投入試驗(yàn)和應(yīng)用。 ?我國(guó)從1994年開(kāi)始轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐試驗(yàn)，采用和發(fā)展的速度很快。鞍鋼、首鋼、寶鋼、武鋼、太鋼等一些轉(zhuǎn)爐廠采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，爐齡大幅度提高，取得了明效果。其中，寶鋼、首鋼爐齡已逾萬(wàn)爐。 技術(shù)特點(diǎn) ?操作簡(jiǎn)便 爐渣調(diào)整成分后，利用氧槍和自動(dòng)控制系統(tǒng)，改供氧氣為供氮?dú)?，即可降槍進(jìn)行濺渣操作； ?成本低 充分利用了轉(zhuǎn)爐高堿度終渣和制氧廠副產(chǎn)品氮?dú)?，加少量調(diào)渣劑(如菱鎂球、輕燒白云石等)就可實(shí)現(xiàn)濺渣，還可以降低噸鋼石灰消耗

37、； ?時(shí)間短 一般只需34min即可完成濺渣護(hù)爐操作，不影響正常生產(chǎn)； ?濺渣均勻覆蓋在整個(gè)爐膛內(nèi)壁上，基本上不改變爐膛形狀； 技術(shù)特點(diǎn) ?工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，無(wú)環(huán)境污染； ?爐膛溫度較穩(wěn)定，爐襯磚無(wú)急冷急熱的變化； ?由于爐齡提高，節(jié)省修砌爐時(shí)間，對(duì)提高鋼產(chǎn)量和平衡、協(xié)調(diào)生產(chǎn)組織有利； ?由于轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和單爐產(chǎn)量提高，為轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)“二吹二”或“一吹一”生產(chǎn)模式創(chuàng)造了條件。 基本原理和操作方法 濺渣補(bǔ)爐的基本原理是在轉(zhuǎn)爐出鋼后，調(diào)整終渣成分，并通過(guò)噴槍向渣中吹氮?dú)?，使?fàn)t渣濺起并附著在爐襯上，形成對(duì)爐襯的保護(hù)層，減輕煉鋼過(guò)程對(duì)爐襯的機(jī)械沖刷和化學(xué)侵蝕，從而達(dá)到保護(hù)爐襯、提高爐齡的目的。 如：太鋼目前的

38、三段濺渣法(前期不濺，中期間隔濺，后期爐爐濺)，濺渣時(shí)爐襯最大平均侵蝕速度為0.095mm爐，相當(dāng)于不濺渣時(shí)侵蝕速度的13。 基本原理和操作方法 濺渣護(hù)爐操作步驟： 1)將鋼出盡后留下全部或部分爐渣； 2)觀察爐渣稀稠、溫度高低，決定是否加入調(diào)渣劑，井觀察爐襯侵蝕情況； 3)搖動(dòng)爐子使?fàn)t渣涂掛到前后側(cè)大面上； 4)下槍到預(yù)定高度，開(kāi)始吹氮、濺渣，使?fàn)t襯全面掛上渣后，將槍停留在某一位置上，對(duì)特殊需要濺渣的地方進(jìn)行濺渣； 5)濺渣到所需時(shí)間后，停止吹氮，移開(kāi)噴槍； 6)檢查爐襯濺渣情況，是否尚需局部噴補(bǔ)，如已達(dá)到要求，即可將渣出到渣罐中，濺渣操作結(jié)束。 基本原理和操作方法 有效地利用高速氮?dú)馍淞鲗?/p>

39、爐渣均勻地噴濺在爐襯表面，是濺渣護(hù)爐的技術(shù)關(guān)鍵，其效果取決于： ?熔池內(nèi)留渣量和渣層厚度； ?熔渣的物化性質(zhì)，包括成分、熔點(diǎn)、過(guò)熱度、表面張力和粘度； ?濺渣氣體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括噴吹壓力和流量，槍位及噴槍孔數(shù)和夾角等。 基本工藝參數(shù) 1)熔池內(nèi)的合適渣量 ?冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，各種頂吹氣體流量條件下，11渣量濺渣效果最好。 ?國(guó)內(nèi)幾家鋼廠濺渣實(shí)踐和效果表明，渣量在100kgt較為合適。 2)爐渣性質(zhì) ?渣成分-終渣堿度(GaO/SiO2)為3左右、MgO含量8左右就可以保證MgO達(dá)到飽和。嚴(yán)格控制渣中FeO含量。 ?爐渣粘度-渣稠不易濺起且附著力差；渣稀，濺渣覆蓋較易，但覆蓋層較薄。 ?調(diào)渣劑-改

40、變?cè)煞?，提高熔化溫度，提高護(hù)爐效果。 濺渣量與頂槍槍位、氣體流量及渣量之間的關(guān)系(頂槍夾角14.5) a渣量8%；b渣量11%；c頂吹氣體流量26.8m3/h 頂吹氣體流量：1-19.2m3/h；2-23.0m3/h；3-26.8m3/h 基本工藝參數(shù) 3)氮?dú)鈮毫土髁??按照各廠濺渣經(jīng)驗(yàn)，氮?dú)鈮毫σ话闩c氧氣壓力接近時(shí)，可取得較好效果。 4)頂吹噴槍工藝參數(shù) ?槍位-最大濺渣量與一定槍位對(duì)應(yīng)，槍位過(guò)高或過(guò)低都使濺渣量減少。 ?噴槍夾角-12噴孔夾角噴槍濺渣效果優(yōu)于14.5夾角噴槍。 5)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底氣對(duì)濺渣的影響-復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣量比頂吹轉(zhuǎn)爐多，而且濺渣量更集中于耳軸部位。 6)濺渣時(shí)間-一般吹

41、氮時(shí)間為35min。 濺渣護(hù)爐存在的問(wèn)題之一是爐底上漲、底吹噴孔堵塞，這一問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外均未得到很好解決。 濺渣護(hù)爐和冶煉工藝的相互影響 1)濺渣護(hù)爐對(duì)冶煉工藝的影響 ?對(duì)冶煉操作的影響-由于濺渣爐底有上漲現(xiàn)象，因此槍位控制要比未濺渣爐役相應(yīng)提高，以避免造成噴濺、爐渣返干和增加氧氣消耗量。 ?對(duì)鋼中氮含量和質(zhì)量的影響-吹氮濺渣后，主要是防止閥門漏氣造成吹煉終點(diǎn)氮含量高。 2)冶煉對(duì)濺渣的影響 ?冶煉終點(diǎn)溫度對(duì)濺渣覆蓋層的影響-出鋼溫度每降低1轉(zhuǎn)爐爐齡可提高120爐。 終點(diǎn)溫度對(duì)覆蓋層的影響 1650 1650-1680 1680-1700 1700 濺渣層均勻爐帽部位無(wú)濺渣層，爐帽、耳軸無(wú)濺侵蝕

42、嚴(yán)重，耳軸覆蓋 其余位置有濺渣層 渣層，出鋼面濺以上無(wú)濺渣層 渣層仍在 濺渣護(hù)爐和冶煉工藝的相互影響 ?爐渣氧化性的影響-終渣FeO控制在低限，對(duì)保護(hù)爐襯有利。 （FeO）對(duì)濺渣覆蓋層的影響 （FeO） （FeO） （FeO） 10% 12-15% 15-18% 基本不侵蝕 侵蝕爐帽部分 1650 1650 爐帽無(wú)濺渣層， 耳軸，爐帽以上 耳軸薄 均無(wú)濺渣層 ?爐渣粘度-渣稀侵蝕嚴(yán)重，渣偏稠不侵蝕，容易掛上爐壁。 ?爐渣成分-為提高濺渣護(hù)爐效果，應(yīng)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，盡量提高M(jìn)gO含量及終渣堿度。 爐渣成分和結(jié)構(gòu)的變化 1)轉(zhuǎn)爐終渣-渣中的硅酸鹽相以發(fā)達(dá)的板條狀C3S為主，C2S含量極少。結(jié)合相為

43、鐵酸二鈣(C2F)和RO相，約占總量的15，結(jié)晶的MgO包裹在C3S晶體中或游離在結(jié)合相中。 2)調(diào)質(zhì)渣-改質(zhì)后的爐渣往往出現(xiàn)彌散未熔的石灰或MgO顆粒，同時(shí)C2S含量增加并發(fā)育為良好的板條狀。 3)濺后渣-巖相結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，C3F被破碎成細(xì)小顆粒，均勻彌散在鐵酸鈣結(jié)合相中，使?fàn)t渣密度增大。 濺渣層與爐襯的結(jié)合機(jī)理 ?濺渣層與鎂碳磚的結(jié)合部分為三個(gè)區(qū)域：燒結(jié)層、結(jié)合層和濺渣層。其結(jié)合機(jī)理為： ?在濺渣初期，低熔點(diǎn)流動(dòng)性好的富鐵爐渣沿襯磚表面顯微氣孔和裂紋向MgO機(jī)體內(nèi)擴(kuò)散，形成以（MgOCaO）Fe2O3為主的燒結(jié)層； ?隨濺渣進(jìn)行，顆粒狀的高熔點(diǎn)氧化物（C3S，C2S和MgO）被濺射到襯

44、磚表面，形成以鑲嵌為主的機(jī)械結(jié)合，同時(shí)富鐵的低熔點(diǎn)爐渣包裹在磚表面突出的MgO顆粒周圍形成的化學(xué)結(jié)合層； ?隨濺渣的進(jìn)一步進(jìn)行，大顆粒C3S，C2S和MgO晶團(tuán)被濺射到結(jié)合層表面，并與鐵酸鈣、RO相結(jié)合，冷卻固熔形成襯磚表面濺渣層。 濺渣層與爐襯的結(jié)合機(jī)理 進(jìn)一步提高濺渣護(hù)爐效果的途徑： 1）采用濺渣護(hù)爐技術(shù)后，爐襯材質(zhì)的性能不應(yīng)降低； 2）進(jìn)一步控制和降低渣中（FeO）含量； 3）合理調(diào)整渣中（MgO）含量； 4）提高濺渣層熔化性溫度，以降低爐渣過(guò)熱度； 降低出鋼溫度，提高終點(diǎn)命中率，減少一次倒?fàn)t到出鋼的時(shí)間，合理匹配轉(zhuǎn)爐操作工序。 濺渣層的抗侵蝕性 1）濺渣層對(duì)轉(zhuǎn)爐初期渣有較強(qiáng)的抗侵蝕能力

45、，能夠起到保護(hù)爐襯的作用； ）濺渣層對(duì)高溫終渣的抗侵蝕能力很差，進(jìn)一步提高濺渣層的熔點(diǎn)是抗侵蝕能力的關(guān)鍵。 生產(chǎn)中，保持一爐一濺和低溫出鋼有利護(hù)爐。 2 濺渣護(hù)爐帶來(lái)的問(wèn)題 1)爐底上漲-爐渣在爐底停留的時(shí)間越長(zhǎng)，粘結(jié)在爐底的就越多，導(dǎo)致?tīng)t底上漲。爐底上漲太多時(shí)，可加入小塊硅鐵并吹氧，將上漲部分侵蝕掉。 2)噴槍粘結(jié)-噴槍冷卻強(qiáng)度大時(shí)，噴槍不易結(jié)渣，即使有粘渣，移出噴槍噴水冷卻，粘渣就會(huì)掉落。如果爐內(nèi)有殘留鋼液，則會(huì)使噴槍表面粘鋼，這時(shí)，粘結(jié)的爐渣在冷卻后不易脫落。 濺渣護(hù)爐帶來(lái)的問(wèn)題 3)設(shè)備維修問(wèn)題-爐襯壽命的延長(zhǎng)，原來(lái)更換爐襯時(shí)維修的項(xiàng)目如水冷煙罩、管道的清理維修，轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)

46、、除塵系統(tǒng)、盛鋼桶車、吊車等都有相應(yīng)延長(zhǎng)服役時(shí)間問(wèn)題，現(xiàn)在一些鋼廠采用不同爐齡段計(jì)劃維修的辦法。 4)經(jīng)濟(jì)爐齡問(wèn)題-經(jīng)濟(jì)爐齡與爐齡和原料價(jià)格有關(guān)。每個(gè)轉(zhuǎn)爐廠不同階段都有一個(gè)經(jīng)濟(jì)爐齡區(qū)，即噸鋼成本最低，取得最佳經(jīng)濟(jì)效益爐齡區(qū)。爐襯磚和修砌費(fèi)的成本與爐齡成反比關(guān)系，而氮?dú)?、補(bǔ)爐料、稠渣劑等的費(fèi)用隨爐齡增長(zhǎng)而消耗量增加，對(duì)降低成本的負(fù)效應(yīng)也越大。 濺渣護(hù)爐的經(jīng)濟(jì)效益 1)耐火材料消耗大幅度降低 ?美國(guó)印地安那哈伯廠采用濺渣護(hù)爐爐役達(dá)到15658爐時(shí)，爐襯磚消耗由1.2kgt鋼降到0.38kg/t鋼，補(bǔ)爐料消耗也降到0.37kgt鋼。由于耐火材料消耗降低，使噸鋼成本減少0.45美元。 ?鞍鋼轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)

47、爐試驗(yàn)也取得了明顯效益，爐襯磚消耗下降0.7kgt，減少至0.8kgt；噴補(bǔ)料下降1.22kgt，減少至0.88kgt。 2)大幅度地提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率 ?美國(guó)印地安那哈伯廠采用濺渣護(hù)爐后，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率由原來(lái)的78提高到97，砌爐造成的煉鋼停產(chǎn)由原來(lái)每年81天減少到11天。 ?鞍鋼轉(zhuǎn)爐試驗(yàn)后很短時(shí)間爐齡提高到2倍以上，生產(chǎn)能力提高5以上，噸鋼綜合成本降低6元。 濺渣護(hù)爐的經(jīng)濟(jì)效益 3)減少?gòu)U渣排出 濺渣護(hù)爐采用煉鋼終渣作為護(hù)爐材料，從而減少了廢棄渣量。廢舊爐襯磚作為含鎂稠渣劑，也減少了廢棄襯磚的數(shù)量，有利于環(huán)境保護(hù)。 4)投資回報(bào)率高 美國(guó)阿爾戈馬鋼公司認(rèn)為：濺渣是一種經(jīng)濟(jì)可行的操作，投資回收期不到

48、一年。我國(guó)對(duì)19個(gè)冶金企業(yè)62座轉(zhuǎn)爐的測(cè)算，投資回收期為1.3年。 第四章 直流電弧爐 1.直流電弧爐發(fā)展的必然趨勢(shì) ?19世紀(jì)70年代，電弧爐萌芽階段是采用直流發(fā)電機(jī)組供電； ?19世紀(jì)末三相交流電弧爐問(wèn)世，以壓倒優(yōu)勢(shì)發(fā)展和運(yùn)行了近百年，水冷爐壁的發(fā)展使超高功率、采用長(zhǎng)弧操作，提高生產(chǎn)力和電效率成為現(xiàn)實(shí)。 ?交流電弧爐采用了如水冷爐蓋、壁，導(dǎo)電橫臂，偏心底出鋼，氧燃燒嘴，造泡沫渣和底吹攪拌技術(shù)等新技術(shù)，但多方改進(jìn)的交流超高功率電弧爐（UHP ACEAF）仍有三個(gè)致命弱點(diǎn)： 1）電弧不穩(wěn)定，噪音大，閃爍效應(yīng)使電網(wǎng)受干擾和過(guò)度的爐壁燒損； 2）熱效率不高，電力傳輸損失大； 3）石墨電極消耗大，相

49、當(dāng)于電耗費(fèi)用的30%。 ?直流電弧爐基于自身的特性，能克服上述弊端，70年代大功率可控硅整流裝置日趨完善，直流電弧爐重新獲得發(fā)展。 ?1980年，全世界共有10臺(tái)，生產(chǎn)能力360萬(wàn)噸/a 直流電弧爐 ?1992年，全世界共有27臺(tái)（10個(gè)國(guó)家），生產(chǎn)能力1170萬(wàn)噸/a ?1995年，全世界共有60臺(tái)（15個(gè)國(guó)家），生產(chǎn)能力2700萬(wàn)噸/a ?1989年，日本建成130噸直流電弧爐，功率大于1000KVA/t，正在建設(shè)240噸的爐子，美國(guó)正在建設(shè)280噸的直流電弧爐。 2.直流電弧爐設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直流電弧爐設(shè)備由5個(gè)部分組成，即爐體、電源、控制系統(tǒng)、短網(wǎng)、爐底陽(yáng)極。 典型的直流電弧爐如圖所示。

50、 2.1直流電弧爐電源 由整流用變壓器、整流器、電抗器及高頻濾波器四個(gè)部分組成。變壓器可超載工作，其輸出功率可比額定容量提高20%。 2.2直流電弧爐控制系統(tǒng) 包括以電極為控制的電壓回路和以可控硅為控制的電流控制回路。 直流電弧爐設(shè)備簡(jiǎn)圖 直流電弧爐 2.3 短網(wǎng)結(jié)構(gòu) 單相直流電弧爐只有一相短網(wǎng)。不存在集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，在銅排、銅管、水冷電纜、電極上電損失較小。 石墨電極的顫動(dòng)小，也沒(méi)有集膚效應(yīng)，石墨電極電流密度比交流電弧爐高得多。 2.4 爐底陽(yáng)極 直流電弧爐因底電極與鋼水接觸，同時(shí)又作電路，它比爐床承受更大的熱負(fù)荷，因此爐底陽(yáng)極是直流電弧爐的關(guān)鍵設(shè)備。目前，使用的爐底陽(yáng)極分為三類： 1）

51、導(dǎo)電爐底型（ABB型） 瑞士ABB公司設(shè)計(jì)，常用鎂質(zhì)石墨磚（含C20%）。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電面積大，采用強(qiáng)制風(fēng)冷安全可靠；不足是導(dǎo)電率高、導(dǎo)熱率低的耐火材料較貴，裝卸不便，維修困難。 爐底導(dǎo)電板風(fēng)冷式底陽(yáng)極圖 1-可動(dòng)電極 2-熔渣 3-鋼液 4-碳磚 5-固定具 6-冷空氣入口 7-出口 8-扇形集電板 9-絕緣層 10-鋼板 11-鐵柱 爐底陽(yáng)極類型 2）金屬觸針型（Un-arc型） 德國(guó)MAN-GHH公司開(kāi)發(fā)，根據(jù)爐子容量在爐底中心區(qū)安置80-200根直徑為30mm的低碳鋼觸針，觸針連接在爐底集電板上，爐底用鎂砂打結(jié)。 優(yōu)缺點(diǎn)：具有導(dǎo)電面積大，易于起弧，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，適用于大容量的直

52、流電弧爐。其缺點(diǎn)是：爐底更換時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)繁重，且引弧初期某一觸針導(dǎo)通時(shí)，大電流流過(guò)可使觸針全部熔化，嚴(yán)重?fù)p壞爐底。 爐底結(jié)構(gòu)圖示 3）水冷金屬棒型 由法國(guó)鋼鐵研究院開(kāi)發(fā)，爐子底電極是圓形的金屬水冷電極，低碳鋼芯棒穿過(guò)爐底直接與鋼水接觸，鋼芯下部裝有銅質(zhì)水套，可使鋼芯得到充分冷卻。依電流大小，一座爐子可裝1-4根底陽(yáng)極，頂陰極數(shù)與底陽(yáng)極相同。 優(yōu)缺點(diǎn)：布置適當(dāng)可有效控制弧偏吹，消除爐內(nèi)熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，由于使用過(guò)程底電極上端高出爐襯，有利于冷起動(dòng)時(shí)廢鋼與底電極良好接觸。其缺點(diǎn)是導(dǎo)電面積小。 爐底結(jié)構(gòu)圖示 金屬觸針型底陽(yáng)極結(jié)構(gòu)圖 水冷金屬棒式底陽(yáng)極結(jié)構(gòu)圖 1-可動(dòng)電極 2-耐火材料 3-爐底 4-鐵皮

53、5-圓棒 6-水冷式導(dǎo)體 7-連接鋼板 8-連接裝置 直流電弧特性 3.直流電弧的特性 1）熱分布：底陽(yáng)極區(qū)發(fā)熱占電弧熱量的43%，陰極區(qū)占36%。且72%的熱量集中于爐料和熔池上，而交流只有65%。 2）無(wú)集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，導(dǎo)電截面電流分布均勻，通過(guò)的電流可增加20-30%。 如圖所示： 超出部分 直流電弧特性 3) 可采用長(zhǎng)弧作業(yè),電流和電壓均高于交流。在電流電壓相同的條件 下，直流電弧爐與交流電弧爐的功率分布，如圖所示。 直流電弧爐的電弧電流所產(chǎn) 生的電動(dòng)力，使電弧下鋼液 沿其爐底向外側(cè)爐壁運(yùn)動(dòng)， 然后沿鋼液表面返回電弧下。 這種電動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方式強(qiáng)烈， 因此，直流電弧爐鋼液成分、 溫度比交流電弧爐鋼液成分 更均勻。 直流電弧特性 交流電弧爐的電弧電壓與電弧電流的關(guān)系為: VACarc?4.12Iarc?40直流電弧爐的電弧電壓與電弧電流的關(guān)系仍是線性關(guān)系: VDCarc?9.04Iarc?40 可以看出，由于直流穩(wěn)弧性好，可使用更高的電弧電壓。 在直流電弧供電操作條件下，電弧電流是交流的1.22倍；電弧電壓是交流的2.34倍；電弧阻抗是交流的1