現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)應(yīng)用

近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷程主講教師：翁宇慶內(nèi)容大綱

鋼鐵材料在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用和地位近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v程一二三鋼鐵行業(yè)未來(lái)發(fā)展關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題2一、鋼鐵材料在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用和地位人類生活在物質(zhì)世界中，基礎(chǔ)原材料和能源支撐了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)的各種活動(dòng)和過(guò)程。3鋼鐵是主導(dǎo)結(jié)構(gòu)材料4鋼鐵的獨(dú)特性能使得從公元前1500年起，鋼鐵便是人類社會(huì)最重要的結(jié)構(gòu)材料。資源豐富，地殼中含有約4.2%(重量)的鐵世界鐵礦石陸地保有儲(chǔ)量1542億噸，儲(chǔ)量基礎(chǔ)3473億噸，海洋、大洋錳

結(jié)核~3萬(wàn)億噸。每年開(kāi)采15~20億噸（原礦）全球目前年生產(chǎn)和使用~14億噸鋼鐵礦山采掘深海采礦鋼鐵具有最高回收利用率5現(xiàn)有鋼鐵儲(chǔ)存量∑=500億噸世界廢鋼發(fā)生量和消費(fèi)量（單位：萬(wàn)噸）年份198919901991199220002001發(fā)生量(A)344103266930525289973624036800消費(fèi)量(B)350353457031646300133669037340A/B(%)98.2294.5096.4596.6198.7098.55現(xiàn)有鋼鐵生產(chǎn)鐵素原料中，廢鋼提供約40%1871-2013美國(guó)日本中國(guó)獨(dú)聯(lián)體世界粗鋼總量83.4752.6279.8870.11500.14容易加工成各種類型的鋼材常見(jiàn)的鋼材加工方式軋鋼：板、管、帶、棒、線、絲；鍛鋼、鑄鋼：各種異型，不同的形狀尺寸要求。鋼鐵是所有結(jié)構(gòu)材料中理論強(qiáng)度最高的材料7各種鋼鐵材料工業(yè)強(qiáng)度鐵的理想晶體強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：t≈0.1E≈208.2GPa剪切強(qiáng)度：s≈b/2a=80.65GPa鐵的理論強(qiáng)度：t≈21GPas≈11GPa200~2000Mpa（2GMpa）8優(yōu)良的性能，性能多樣性性能典型鋼實(shí)例性能典型鋼實(shí)例機(jī)械性能1.強(qiáng)度、韌性超高強(qiáng)度不銹鋼電氣電子性能1.超導(dǎo)電性金屬系列超導(dǎo)材料、氧化物系列超導(dǎo)材料2.比強(qiáng)度金屬間化合物、金屬系復(fù)合材料2.導(dǎo)電性導(dǎo)向架材料3.硬度、耐磨損新工具鋼3.半導(dǎo)電性人造格子4.剛性、彈性高應(yīng)力彈簧鋼4.其它蔭罩用冷軋薄鋼板5.延性、塑性超塑性鋼磁性能1.高磁能積稀土類鋼6.易切性超易切鋼2.非磁性非磁性鋼7.減震、防震復(fù)合型減震鋼板3.高透磁率非晶金屬8.結(jié)構(gòu)用新型材料特殊不銹鋼管4.電磁波屏蔽電磁波屏蔽材料9.形狀記憶性、加工性、焊接性形狀記憶合金其它1.彩電流行的色彩熱性能1.高溫強(qiáng)度超耐熱鋼、結(jié)晶控制合金2.輕量、多孔質(zhì)疊層薄鋼板2.低溫韌性極低溫鋼3.金屬粉高速鋼粉末3.低溫膨脹低溫膨脹合金4.超微粉金屬超微粉合金/鐵系列合金化學(xué)性能1.耐腐蝕（濕法鍍層）鍍特殊金屬鋼材5.金屬箔鐵系金屬箔2.耐腐蝕（干式鍍層）干式鍍層鋼材6.高純度金屬高純度鐵3.耐腐蝕（不銹鋼）特殊不銹鋼材具有不同性能的鋼材4.耐腐蝕（包層）復(fù)合（包層）鋼管5.耐腐蝕（有機(jī)包層、其它）高溫用有機(jī)包層薄鋼板6.儲(chǔ)氫性能、生物合適性儲(chǔ)氫合金9便于大生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格低廉（日本1998年價(jià)格）單重價(jià)格（A）￥/kg比強(qiáng)度（B）MPa/比重比強(qiáng)度價(jià)格(A/B)鋼鐵（鋼板SS41）46510.9鋁合金（A5062）585966.1水泥（生水泥）57.8（擠壓強(qiáng)度）0.6塑料（聚氯乙烯）125383.3木材（9mm膠合板）1311091.2（日本1994年價(jià)格）鋼鋁合金鈦合金水泥Al2O3陶瓷碳纖維木材聚丙烯比強(qiáng)度521111338974160912539比強(qiáng)度價(jià)格13.916.70.44.05.20.83.810材料價(jià)格變化年份不同材料的價(jià)格變化

價(jià)格指數(shù)（對(duì)數(shù)）1974年＝100

鋼材塑料水泥鋁1996~2001年主要鋼材品種國(guó)內(nèi)市場(chǎng)掛牌價(jià)格的變化趨勢(shì)日本1995年1月~2001年10月主要鋼材離岸價(jià)格變化趨勢(shì)11鋼鐵便宜，且普遍使用，總的價(jià)值量遠(yuǎn)高于其他材料2007年歐盟統(tǒng)計(jì)的價(jià)值鋼鋁鎂塑料價(jià)值比（鋼/四種材料）7300億

€/年900億

€/年24億

€/年2820億

€/年66.1%數(shù)據(jù)來(lái)源：世界鋼協(xié)WVMetalle美國(guó)地質(zhì)局PlasticsEuropeDeutschlande.V鋼塑料1970年/2008年鋼、鋁、鎂全球產(chǎn)量的比較單位：百萬(wàn)噸/年鋁鎂據(jù)日本1997年統(tǒng)計(jì)，鋼材占所有基礎(chǔ)原材料（塑料、陶瓷、水泥和木材等）用量的45%12未來(lái)對(duì)材料和技術(shù)的要求13對(duì)人類友好從現(xiàn)代鋼鐵材料生產(chǎn)過(guò)程排放、污染的觀點(diǎn)看，鋼鐵與塑料、陶瓷、有色金屬等相比是人類最友好的材料14本節(jié)小結(jié)

從二十一世紀(jì)看，鋼鐵材料仍是有競(jìng)爭(zhēng)

力的基礎(chǔ)材料。

鋼鐵材料具有可持續(xù)供應(yīng)、性能多樣且

優(yōu)良，規(guī)模生產(chǎn)、價(jià)格低廉等多種優(yōu)點(diǎn)。

23鋼鐵是最重要的（人造）工程結(jié)構(gòu)材料。115二、近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v程近代世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展的四個(gè)階段產(chǎn)量+質(zhì)量+可持續(xù)發(fā)展（能源、資源、環(huán)保）二戰(zhàn)結(jié)束第一次石油危機(jī)第二次石油危機(jī)世界經(jīng)濟(jì)衰退第一階段：1864年~1950年，產(chǎn)量由3104萬(wàn)噸增加到2億噸。以平爐煉鋼為主、出現(xiàn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。第二階段：1951年~1974年，產(chǎn)量由2億噸增加到7億噸。以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼為主，出現(xiàn)淘汰平爐、模鑄和橫列式軋機(jī)為主的技術(shù)創(chuàng)新。第四階段：1999年~現(xiàn)在，源于新興國(guó)家發(fā)展，粗鋼產(chǎn)量從7.89億噸提高到14.14億噸（2010年）。年均增長(zhǎng)率5.5%，同時(shí)向提高品質(zhì)、降低成本、重視環(huán)境、節(jié)約能源和資源，走社會(huì)和諧、可持續(xù)發(fā)展的道路。第三階段：1974年~1999年，受二次石油危機(jī)沖擊，全球鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生組織、技術(shù)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。以后25年全球粗鋼年增長(zhǎng)率僅為0.5%（7億增加到7.89億噸）。16二、近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v程十五世紀(jì)前后，高爐（熔礦爐）在萊茵河上游出現(xiàn)。1790年英國(guó)用焦炭代替木炭煉鐵。1829年英國(guó)用高爐煤氣加熱鼓風(fēng)。幾百年的歷程，現(xiàn)有高爐技術(shù)進(jìn)步成熟。C%≥4%（共析點(diǎn)在內(nèi)）17高爐還原反應(yīng)原理及能耗間接還原3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2，F(xiàn)e3O4+CO

3FeO+CO2FeO+CO

Fe+CO2直接還原3Fe2O3+C2Fe3O4+CO，F(xiàn)e3O4+C

3FeO+COFeO+C

Fe+CO高爐間接還原度~67%，要求料柱，透氣性；碳原子約75%耗于燃燒反應(yīng)，僅有25%耗于礦石的還原反應(yīng)。因而能耗高，CO2產(chǎn)生量大。高爐還原反應(yīng)進(jìn)行數(shù)小時(shí)，熔融還原反應(yīng)速度以秒計(jì)算。理想高爐流程鐵水中含碳：174kgCO2/t鐵水輸出煤氣：764kgCO2/t鐵水熱風(fēng)爐：477kgCO2/t鐵水總計(jì)：1415kgCO2/t鐵水加入焦炭300kg/t鐵水噴煤150kg/t鐵水間接還原70.5%高爐耗能1.5GJ/t鐵水輸出能量2.4GJ/t鐵水18二、近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v程十五世紀(jì)前后，高爐（熔礦爐）在萊茵河上游出現(xiàn)。1790年英國(guó)用焦炭代替木炭煉鐵。1829年英國(guó)用高爐煤氣加熱鼓風(fēng)。幾百年的歷程，現(xiàn)有高爐技術(shù)進(jìn)步成熟。C%≥4%（共析點(diǎn)在內(nèi)）19高爐還原反應(yīng)原理及能耗間接還原3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2，F(xiàn)e3O4+CO

3FeO+CO2FeO+CO

Fe+CO2直接還原3Fe2O3+C2Fe3O4+CO，F(xiàn)e3O4+C

3FeO+COFeO+C

Fe+CO高爐間接還原度~67%，要求料柱，透氣性；碳原子約75%耗于燃燒反應(yīng)，僅有25%耗于礦石的還原反應(yīng)。因而能耗高，CO2產(chǎn)生量大。高爐還原反應(yīng)進(jìn)行數(shù)小時(shí)，熔融還原反應(yīng)速度以秒計(jì)算。理想高爐流程鐵水中含碳：174kgCO2/t鐵水輸出煤氣：764kgCO2/t鐵水熱風(fēng)爐：477kgCO2/t鐵水總計(jì)：1415kgCO2/t鐵水加入焦炭300kg/t鐵水噴煤150kg/t鐵水間接還原70.5%高爐耗能1.5GJ/t鐵水輸出能量2.4GJ/t鐵水20煉鋼技術(shù)發(fā)展歷程近代煉鋼（1856-1950）酸性轉(zhuǎn)爐

（空氣、底吹、酸性爐襯）1864～1880平爐煉鋼1879堿性轉(zhuǎn)爐Bessemer酸性轉(zhuǎn)爐，1859年H.Bessmer(1813~1898)英國(guó)發(fā)明家、工程師Bessemer法方案圖19世紀(jì)中葉在英國(guó)謝菲爾德貝塞麥公司煉鋼廠原理：C+O2→CO2鐵水中溶解碳）2120世紀(jì)50年代平爐鋼80%，堿性轉(zhuǎn)爐鋼10%，電爐鋼10%。

平爐成為主導(dǎo)煉鋼工藝。漢陽(yáng)鐵廠10噸平爐，1894年早期平爐示意圖大型平爐在該階段由于平爐比轉(zhuǎn)爐可大量使用廢鋼、對(duì)鐵水成分要求不高、冶煉品種多、質(zhì)量好，為各國(guó)普遍采用。早期平爐示意圖22煉鋼技術(shù)發(fā)展歷程現(xiàn)代煉鋼（1951-1975）23氧氣煉鋼，從簡(jiǎn)單脫碳到成份控制（Si、Mn、P、Fe、O…）?{O}=[O][Si]=(SiO2)[Mn]=(MnO)2[P]+5[O]=(P2O5)[Fe]+?{O}=(FeO)2(FeO)+?{O}=(Fe2O3)[C]+[O]=(CO)現(xiàn)代氧氣轉(zhuǎn)爐的發(fā)明，適應(yīng)了戰(zhàn)后全球經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的需求。1950年，全球粗鋼~2億噸/年，1975年，全球粗鋼~7億噸/年。24煉鋼技術(shù)發(fā)展歷程現(xiàn)代煉鋼（1951-1975）25氧氣煉鋼，從簡(jiǎn)單脫碳到成份控制（Si、Mn、P、Fe、O…）?{O}=[O][Si]=(SiO2)[Mn]=(MnO)2[P]+5[O]=(P2O5)[Fe]+?{O}=(FeO)2(FeO)+?{O}=(Fe2O3)[C]+[O]=(CO)現(xiàn)代氧氣轉(zhuǎn)爐的發(fā)明，適應(yīng)了戰(zhàn)后全球經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的需求。1950年，全球粗鋼~2億噸/年，1975年，全球粗鋼~7億噸/年。26為應(yīng)對(duì)七十年代（1970’s）二次能源危機(jī)，鋼鐵工業(yè)

出現(xiàn)了三個(gè)“淘汰”的技術(shù)變革1、采用連鑄，淘汰模鑄50年代連鑄步入工業(yè)化，60年代弧形連鑄機(jī)引發(fā)一場(chǎng)革命，兩次能源危機(jī)推動(dòng)全連鑄發(fā)展（1976年，新日鐵大分廠實(shí)現(xiàn)全廠全連鑄）大型高爐+氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐+連鑄→鋼鐵大發(fā)展的基礎(chǔ)27為應(yīng)對(duì)七十年代（1970’s）二次能源危機(jī)，鋼鐵工業(yè)

出現(xiàn)了三個(gè)“淘汰”的技術(shù)變革2、發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼，淘汰平爐高耗能、低效率使得平爐被淘汰成為歷史的必然。自20世紀(jì)60年代中期起氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐迅速得到普及。28為應(yīng)對(duì)七十年代（1970’s）二次能源危機(jī)，鋼鐵工業(yè)

出現(xiàn)了三個(gè)“淘汰”的技術(shù)變革1、采用連鑄，淘汰模鑄50年代連鑄步入工業(yè)化，60年代弧形連鑄機(jī)引發(fā)一場(chǎng)革命，兩次能源危機(jī)推動(dòng)全連鑄發(fā)展（1976年，新日鐵大分廠實(shí)現(xiàn)全廠全連鑄）大型高爐+氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐+連鑄→鋼鐵大發(fā)展的基礎(chǔ)29為應(yīng)對(duì)七十年代（1970’s）二次能源危機(jī)，鋼鐵工業(yè)

出現(xiàn)了三個(gè)“淘汰”的技術(shù)變革2、發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼，淘汰平爐高耗能、低效率使得平爐被淘汰成為歷史的必然。自20世紀(jì)60年代中期起氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐迅速得到普及。30為應(yīng)對(duì)七十年代（1970’s）二次能源危機(jī)，鋼鐵工業(yè)

出現(xiàn)了三個(gè)“淘汰”的技術(shù)變革3、發(fā)展連軋和半連軋機(jī)，淘汰多火成材的橫列式軋機(jī)31近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷程能源危機(jī)后的鋼鐵技術(shù)發(fā)展第二小節(jié)32德國(guó)鋼產(chǎn)量197453232010000200003000040000500006000018701876188218881894190019061912191819241930193619421948195419601966197219781984199019962002二次能源危機(jī)（70’s）后，發(fā)達(dá)國(guó)家鋼鐵產(chǎn)量計(jì)入成熟和穩(wěn)定區(qū)能源危機(jī)后的鋼鐵技術(shù)發(fā)展發(fā)展中國(guó)家卻先后開(kāi)始了工業(yè)化進(jìn)程，鋼鐵生產(chǎn)和消費(fèi)總量處于增長(zhǎng)期能源危機(jī)后的鋼鐵技術(shù)發(fā)展34全球和中國(guó)粗鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)變化能源危機(jī)后的鋼鐵技術(shù)發(fā)展1975~2000全球鋼產(chǎn)量年增長(zhǎng)率平均在1%左右，年總量不超過(guò)8億噸；進(jìn)入二十一世紀(jì)后，以中國(guó)為代表的新興國(guó)家崛起，年鋼鐵產(chǎn)量進(jìn)入高速增長(zhǎng)；中國(guó)已成為世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，2013年比1997年增長(zhǎng)了六倍（~8億噸/年），占全球46%以上。35能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新1、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐迅速發(fā)展36

1952年奧地利Linz-Donawitz廠開(kāi)發(fā)出純氧頂吹轉(zhuǎn)爐。比空氣吹煉，設(shè)備簡(jiǎn)單、費(fèi)用降低；快速冶煉、生產(chǎn)率高；原料限制少（廢鋼、鋼鐵料皆可）；脫磷、硫、鋼水雜質(zhì)低。能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新37

1971~1972年美國(guó)開(kāi)發(fā)底吹

轉(zhuǎn)爐（Q-BOP）。

1977年日本川崎公司千葉廠230噸底吹轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)。

底吹攪拌激烈，消除了頂吹渣和金屬噴濺；鋼液中T[O]和渣中（TFe）低；終點(diǎn)錳收得率高，回收煤氣容易。問(wèn)題：爐底耐火材料損耗大，吹入氣體中碳?xì)浠衔锒啵撝泻瑲涓?。能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新38七十年代中后期復(fù)吹轉(zhuǎn)爐迅速發(fā)展。鋼水?dāng)嚢枘康模捍等霘怏w促進(jìn)爐內(nèi)反應(yīng)，底吹少量氮?dú)?、氬氣（還可加入CaO）。頂吹煉鋼時(shí)間30‘~40’（吹氧16‘~20’）；復(fù)吹煉鋼時(shí)間20‘（吹氧~9’）充分發(fā)揮頂、底吹各自優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)。

能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新39能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新2、電爐冶煉在發(fā)達(dá)國(guó)家迅速發(fā)展最早用于工具鋼，發(fā)展冶煉特殊鋼1899年P(guān)aulHeroult造出第一臺(tái)工業(yè)用的電弧爐。1906年在美國(guó)紐約投產(chǎn)，可熔化3噸廢鋼。1879年WilliamSiemens造出世界第一臺(tái)電弧爐，它用20分鐘熔化了5磅廢鋼。1879年WilliamSiemens造出世界第一臺(tái)電弧爐，它用20分鐘熔化了5磅廢鋼。現(xiàn)代化的大電爐40能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新初期連鑄機(jī)發(fā)展大部分和電爐（特殊鋼廠）匹配，使立彎式連鑄機(jī)得到發(fā)展。超高功率電爐發(fā)展，廢鋼資源及非焦煉鐵技術(shù)等發(fā)展，特別由于薄板坯連鑄連軋工藝的工業(yè)化，形成有競(jìng)爭(zhēng)力的短流程工藝(mini-mill)。41電爐鋼發(fā)展視廢鋼資源、電力供應(yīng)、噸鋼成本和社會(huì)環(huán)保要求等條件不同，各國(guó)發(fā)展程度不同中國(guó)、美國(guó)、日本電爐鋼比美國(guó)日本中國(guó)42能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新3、發(fā)展高品質(zhì)鋼的關(guān)鍵技術(shù)質(zhì)量是產(chǎn)品的生命，名牌來(lái)自于質(zhì)量，企業(yè)依靠質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)提升競(jìng)爭(zhēng)力。在鋼鐵需求已不再增長(zhǎng)的發(fā)達(dá)國(guó)家，提高質(zhì)量為第一需求。以模具鋼為例，我國(guó)鋼材穩(wěn)定性差，造成高端模具嚴(yán)重進(jìn)口。國(guó)內(nèi)外模具平均使用壽命比較示意圖

國(guó)內(nèi)高端模具進(jìn)口狀況43能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新熱作模具鋼（

H13，4Cr5MoSiV）的國(guó)內(nèi)外對(duì)比瑞典AvestaAB、SandvikAB噸鋼效益都在100歐元以上。瑞典Uddholm生產(chǎn)（8407鋼）寶鋼特鋼生產(chǎn)壽命差距20萬(wàn)模次最高5萬(wàn)模次冶金質(zhì)量差距保護(hù)氣氛電渣重熔0.0009P%，0.0005S%普通電渣重熔0.018P%，0.005S%組織控制差距模塊心部橫向沖擊/縱向沖擊0.6~0.8模塊心部橫向沖擊/縱向沖擊0.2~0.3寶特普通H13寶特ESR寶特PESRASSAB840744能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新3-1發(fā)展?fàn)t外精煉（鋼包冶金、二次冶金）技術(shù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水[O]最優(yōu)冶煉-連鑄終點(diǎn)[O]最優(yōu)爐外精煉后~400ppm30~60ppm3~5ppm鋼中夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)%20世紀(jì)70’s20世紀(jì)90’s0.0235%0.004%45能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新熱作模具鋼（

H13，4Cr5MoSiV）的國(guó)內(nèi)外對(duì)比瑞典AvestaAB、SandvikAB噸鋼效益都在100歐元以上。瑞典Uddholm生產(chǎn)（8407鋼）寶鋼特鋼生產(chǎn)壽命差距20萬(wàn)模次最高5萬(wàn)模次冶金質(zhì)量差距保護(hù)氣氛電渣重熔0.0009P%，0.0005S%普通電渣重熔0.018P%，0.005S%組織控制差距模塊心部橫向沖擊/縱向沖擊0.6~0.8模塊心部橫向沖擊/縱向沖擊0.2~0.3寶特普通H13寶特ESR寶特PESRASSAB840746能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新3-1發(fā)展?fàn)t外精煉（鋼包冶金、二次冶金）技術(shù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水[O]最優(yōu)冶煉-連鑄終點(diǎn)[O]最優(yōu)爐外精煉后~400ppm30~60ppm3~5ppm鋼中夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)%20世紀(jì)70’s20世紀(jì)90’s0.0235%0.004%47鋼包精煉爐(LadleFurnace,LF)簡(jiǎn)單原理脫氣、脫硫（S<10ppm）2.夾雜物上浮3.煉鋼-連鑄緩沖器48RH真空精煉爐簡(jiǎn)單原理下降管真空室上升管轉(zhuǎn)爐粗鋼~75%被真空處理，

~85%被二次精煉真空脫氣、脫碳（扁平材、低碳、超低碳）低[O]、[H]、[N]49現(xiàn)代煉鋼廠已經(jīng)發(fā)展成為“冶煉-精煉-連鑄”三位一體的系統(tǒng)系統(tǒng)流程日本爐外精煉比和連鑄比中國(guó)連鑄比~95%50能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新尺寸最細(xì)尺寸極限尺寸最佳尺寸再結(jié)晶軋制40m15~20m國(guó)際TMPC碳素鋼15~20m國(guó)際TMPC微合金鋼10m（工業(yè)）5m（理論計(jì)算）以DIFT為主導(dǎo)的技術(shù)無(wú)碳鋼：2~4m微合金鋼：1~2m當(dāng)代國(guó)際晶粒最細(xì)尺寸水平3-2微合金鋼和控軋控冷（TMCP）迅速采用和發(fā)展采用少量合金元素加入（V、Ti、Nb…≤0.1%）形成微合金鋼，并在軋鋼過(guò)程發(fā)展控制軋制，控制冷卻（TMCP）技術(shù)，擴(kuò)大了鋼材品種，形成多類高強(qiáng)度、高韌性鋼。51微合金鋼和控軋控冷（TMCP）迅速采用和發(fā)展控軋控冷和微合金化的發(fā)展，使品種和材料性能出現(xiàn)多樣化與優(yōu)化過(guò)去100年來(lái)，結(jié)構(gòu)鋼成分變化示例（19mm,ReL=350MPa）C-Mn鋼下屈服點(diǎn)（ReL）和晶粒尺寸的關(guān)系工程結(jié)構(gòu)CSiSPMnCrAlNbCEVForthRailBridge(1890)0.230.020.0240.0460.69***0.35SydneyHarbourBridge(1929)0.340.20**1.00***0.51MelbourneKingStreetBridge(1961)0.230.190.0260.0171.580.24﹤0.005*0.54OffshoreUK(1994)0.080.310.0020.0121.410.0270.0340.0280.3252微合金鋼和控軋控冷（TMCP）迅速采用和發(fā)展管線鋼的發(fā)展53能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新3-3市場(chǎng)板帶產(chǎn)品日益增加，促進(jìn)自動(dòng)控制和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展54市場(chǎng)板帶產(chǎn)品日益增加，促進(jìn)自動(dòng)控制和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)市場(chǎng)需求板帶比增大日本、美國(guó)（1996年）和中國(guó)（1998年）板帶比情況比較（美國(guó)冷軋和涂鍍層板比例為59.9%，熱軋薄板為-2.8%，即進(jìn)口熱軋薄板生產(chǎn)冷軋板，所以熱軋薄板出現(xiàn)負(fù)值）板帶比增大，相應(yīng)涂鍍層板比例增大世界板帶比變化55板厚/板形控制技術(shù)：在線測(cè)量，人工智能綜合技術(shù)，連續(xù)可變凸度軋輥技術(shù)，在線磨輥技術(shù)……型鋼生產(chǎn)：柔性技術(shù)、無(wú)孔型平輥技術(shù)、切分技術(shù)……涂鍍層技術(shù)：各種合金鍍（Zn-Fe、Zn-Ni、Zn-Al）及彩鍍技術(shù)、多層復(fù)合、雙面異鍍、基板表面激光活化、輕質(zhì)夾層……各種新冶金工藝流程和控制技術(shù)得到快速發(fā)展形成了高精度軋制產(chǎn)品：日本軋機(jī)軋制速度的變化采用控制技術(shù)后，例如采用液壓AGC后，厚度偏差中厚板熱軋帶鋼冷軋帶鋼平直度≤±0.1mm≤±30m≤±5m5~10I市場(chǎng)板帶產(chǎn)品日益增加，促進(jìn)自動(dòng)控制和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展56能源危機(jī)使鋼鐵技術(shù)注重節(jié)能減排，在三淘汰同時(shí)，發(fā)展帶有系統(tǒng)性和綜合性的技術(shù)創(chuàng)新4、1990’s后，信息/管理技術(shù)的推進(jìn)六級(jí)信息化過(guò)程控制級(jí)作業(yè)管理級(jí)營(yíng)銷管理級(jí)經(jīng)營(yíng)決策級(jí)流程制造業(yè)四級(jí)信息化(4)戰(zhàn)略規(guī)劃企業(yè)決策指揮系統(tǒng)綜合營(yíng)銷系統(tǒng)(3)ERP(企業(yè)資源計(jì)劃：物流、資金流、信息流同步(2)MES系統(tǒng)(制造執(zhí)行系統(tǒng))(1)基礎(chǔ)自動(dòng)化通過(guò)數(shù)學(xué)模型（各工序數(shù)模）連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)/非實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行物料平衡和過(guò)程優(yōu)化，對(duì)物流、能量流、質(zhì)量流、生產(chǎn)流在制造系統(tǒng)內(nèi)部的統(tǒng)一監(jiān)控。整合訂貨－生產(chǎn)－銷售全路徑、物料及質(zhì)量監(jiān)控、動(dòng)態(tài)成本控制、購(gòu)銷、運(yùn)輸、財(cái)務(wù)、設(shè)備維修和備件管理、人力資源管理、網(wǎng)上辦公和遠(yuǎn)程管理，管理形成系統(tǒng)。CIMS、DSS、EI（專家系統(tǒng)）檢測(cè)級(jí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)45/58家企業(yè)應(yīng)用ERP571990′s后，信息/管理技術(shù)的推進(jìn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)和控制流程MES監(jiān)控系統(tǒng)控制工程師層(向工程部門經(jīng)理報(bào)告)MIS系統(tǒng)(向CFO報(bào)告)工單“生成”概要建點(diǎn),寫(xiě)塊模擬,離散信號(hào)批處理/流程完成通告ERP通過(guò)數(shù)學(xué)模型（各工序數(shù)模）連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)/非實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行物料平衡和過(guò)程優(yōu)化，對(duì)物流、能量流、質(zhì)量流、生產(chǎn)流在制造系統(tǒng)內(nèi)部的統(tǒng)一監(jiān)控。批處理指令流581990′s后，信息/管理技術(shù)的推進(jìn)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通訊、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的新進(jìn)展提升鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和管理水平59近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷程

未來(lái)鋼鐵技術(shù)發(fā)展關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題（一）(1)資源(2)能源第三小節(jié)(一)近代鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展分為三個(gè)階段60對(duì)上節(jié)“近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要流程”作小結(jié)：

1975~現(xiàn)在，從技術(shù)創(chuàng)新和科技進(jìn)步而論，

帶有系統(tǒng)性和綜合性發(fā)展。

1951~1975年，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)，現(xiàn)代

冶金開(kāi)始；

231856~1950年，平爐煉鋼為主；161對(duì)上節(jié)“近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要流程”作小結(jié)：(二)現(xiàn)代冶金出現(xiàn)后，鋼鐵工業(yè)呈現(xiàn)大發(fā)展時(shí)期

第二階段形成三大技術(shù)，出現(xiàn)三個(gè)淘汰：

出現(xiàn)：氧氣轉(zhuǎn)爐淘汰平爐；

出現(xiàn)：連鑄淘汰模鑄；

出現(xiàn)：連續(xù)軋鋼淘汰橫列式軋機(jī)

1975年全球粗鋼產(chǎn)量達(dá)到7億噸/年，是1950年（2億

噸/年）的3.5倍，是1900年（3104萬(wàn)噸/年）的23倍，

20世紀(jì)從原材料講，是“鋼鐵世紀(jì)”。

23

鋼鐵工廠形成，大型高爐（煉鐵）+氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（煉鋼）+連鑄+連軋的系統(tǒng)流程；162對(duì)上節(jié)“近代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的簡(jiǎn)要流程”作小結(jié)：(三)由于石油危機(jī)后的推動(dòng)，在科技進(jìn)步和創(chuàng)新與市場(chǎng)

需求的雙輪驅(qū)動(dòng)下，鋼鐵工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力迅速提高

23

1出現(xiàn)煉鋼-精煉-連鑄三位一體的煉鋼流程；出現(xiàn)非

高爐冶煉（與環(huán)境改善同步）煉鐵流程；出現(xiàn)高質(zhì)

量、多品種的板帶軋鋼流程；出現(xiàn)控軋控冷、微合

金鋼發(fā)展的精品生產(chǎn)流程。由產(chǎn)量增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量改善、品種增加、成本下降、重視環(huán)境的新階段；九十年代后信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)等在鋼鐵工業(yè)的迅速應(yīng)用，正把鋼鐵工業(yè)提升為連續(xù)可控流程的制造業(yè)，形成高爐率、重要的原材料工業(yè)。三、鋼鐵行業(yè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題63在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，鋼鐵由于它的眾多優(yōu)點(diǎn)（性能優(yōu)良及多樣化，成本低廉及批量化、環(huán)境友好及回收率高、人均可年產(chǎn)達(dá)300萬(wàn)元￥/年…），它始終會(huì)占據(jù)人造最主要的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的人造功能材料的地位。但是，綠色制造的要求和多種人造材料的相互競(jìng)爭(zhēng)，鋼鐵必須要思考未來(lái)發(fā)展的幾個(gè)主要問(wèn)題：3-1資源（國(guó)內(nèi)資源不足，每年進(jìn)口付出2萬(wàn)億￥）3-2能源（“高能耗”工業(yè)之一，占全國(guó)年總能耗1/6）3-3環(huán)境（特別是溫室氣體排放）3-4產(chǎn)品（面對(duì)日益苛嚴(yán)的市場(chǎng)需求）中國(guó)鋼鐵工業(yè)目標(biāo)：從大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)國(guó)；發(fā)展綠色制造流程，生產(chǎn)新一代鋼鐵產(chǎn)品。3-1資源64全球及中國(guó)鐵礦石資源簡(jiǎn)況保有儲(chǔ)量?jī)?chǔ)量基礎(chǔ)資源量2008年產(chǎn)量能支撐使用年限進(jìn)口依存度鐵礦（億噸）國(guó)內(nèi)（2007年）223.64613.36

(2013年，773億噸)365.15億噸原礦9.53成品礦3.74按每年1億噸生鐵計(jì)算，噸鐵消耗4.1噸，可供30年左右。65%世界（2008年）1542347317.22錳礦（億噸）國(guó)內(nèi)1.32.01億噸品位~22%，合計(jì)6883萬(wàn)噸4.87按支持1~1.3億噸鋼/年計(jì)算，可供15~20年。（每年700~800萬(wàn)噸）60%世界125.50億噸潛在資源（金屬錳68億噸）172.92大洋錳結(jié)核資源有3萬(wàn)億噸。鉻礦國(guó)內(nèi)231.8萬(wàn)噸567.5萬(wàn)噸443.49萬(wàn)噸98%世界36億噸76億噸3-1資源65照目前的使用量，可供應(yīng)全世界需求近300年。所有其它國(guó)家2802202205431181240101611095664022美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,《礦產(chǎn)品概要》,2005年1月89%44%61%79%39%100%85%65%19%14%2004年世界鐵礦石產(chǎn)量125029%出口未出口單位：百萬(wàn)噸全球鐵礦石資源保有儲(chǔ)量1542億噸儲(chǔ)量基礎(chǔ)3473億噸3-1資源66近年來(lái)進(jìn)口鐵礦石依存度變化圖2011年上半年，我國(guó)進(jìn)口鐵礦石3.34億噸，由于鐵礦石漲價(jià)，

多支出160.2億美元。3-1資源672000年以來(lái)中國(guó)鐵礦石進(jìn)口量及單價(jià)我國(guó)如何緩解鐵礦石的資源瓶頸？68（1）到國(guó)外采購(gòu)，獲得有股權(quán)的資源保證國(guó)家國(guó)外礦山（企業(yè)）名稱中方股東中方股比%合資時(shí)間擬投產(chǎn)時(shí)間資源儲(chǔ)量（億噸）按股比分配的儲(chǔ)量（億噸）成品礦(萬(wàn)噸/年)按股比分配的成品礦（萬(wàn)噸/年）澳大利亞Sino鐵礦中信泰富、中冶集團(tuán)100200620091010.0024002400Balmoral鐵礦中信泰富100200620101010.0012001200CapeLambert鐵礦中冶集團(tuán)252008200915.63.901500375Midwest礦業(yè)公司中鋼集團(tuán)1002008201055.0015001500Karara鐵礦鞍鋼5020072010147.00800400Aquila礦業(yè)公司寶鋼15200920131890284CXM礦業(yè)公司武鋼15200920122031000150WPG礦業(yè)公司武鋼502009201252.5600300BalmoralSouth鐵礦首鋼49200720105.472.68500245MountGibson礦業(yè)公司首鋼69.0220081.61.10700483FMG公司湖南華菱17.420092009427.315500957GoldenWest礦業(yè)公司湖南華菱11.3920081.20.141000114BungalowMagnetite鐵礦包鋼5020082.51.25300150BallaBalla鐵礦天津榮程10200820101.040.1030030加拿大CLM礦業(yè)公司Bloomlake鐵礦武鋼2520092009235.75400100阿根廷希拉格蘭德鐵礦中冶集團(tuán)70200720092.61.8212084俄羅斯別列佐夫鐵礦西洋集團(tuán)100200520087.477.47545545老撾邦雙鐵礦昆鋼6520080.030.02印尼川威200810.00250蒙古額仁達(dá)鐵礦包鋼7320051.10.8010073巴日格勒?qǐng)D鐵礦包鋼4920040.440.224623合計(jì)169.0570.06206519413我國(guó)在國(guó)外前期建設(shè)準(zhǔn)備礦山情況我國(guó)如何緩解鐵礦石的資源瓶頸？69（2）對(duì)國(guó)內(nèi)的低品位礦、難選礦和共生礦給與優(yōu)先技術(shù)研發(fā)類型比例，%采選特點(diǎn)磁鐵礦型55.4分段強(qiáng)力磁選，不斷進(jìn)步赤鐵礦型18.1紅礦攻關(guān)成績(jī)巨大菱鐵礦型14.4長(zhǎng)沙院和余院士在大西溝攻關(guān)取得顯著成果釩鈦磁鐵礦型5.3長(zhǎng)期努力，持續(xù)進(jìn)步。例如轉(zhuǎn)底爐（RHF）V-Ti-Fe分離技術(shù)和承鋼與過(guò)程所合作，開(kāi)發(fā)梯度氯化回收釩渣有價(jià)元素，引人注目。鏡鐵礦型3.4尚待在選礦工藝中努力節(jié)能降耗，提高收益品位。褐鐵礦型1.1混合型2.3鐵礦石品位33%，低于國(guó)際平均品位20個(gè)百分點(diǎn)。全國(guó)已勘探2034處鐵礦產(chǎn)地中，單一鐵礦型只占78%（1588處），其它為共生和伴共生礦（共占21.9%）我國(guó)鐵礦石類型我國(guó)如何緩解鐵礦石的資源瓶頸？70（3）深部鐵礦探測(cè)與開(kāi)采，當(dāng)前重點(diǎn)是技術(shù)關(guān)鍵要突破目前勘礦找礦，重點(diǎn)是物探、化探和異常點(diǎn)找礦，勘查深度僅限于500m線。深部探、采工作在長(zhǎng)遠(yuǎn)突破“資源瓶頸”意義重大；目前探明的613億噸鐵礦石資源儲(chǔ)量，主要集中在600m以內(nèi)，峰值儲(chǔ)量在50m~200m區(qū)間；從大型、深部（~1000m）資源分析（成礦理論與技術(shù)，初探），我國(guó)在陸地深部有1000億噸鐵礦資源待查，包括已開(kāi)采點(diǎn)（鞍本、兗煤……）和未探測(cè)點(diǎn)；工程院已建議國(guó)家立項(xiàng)在2020年前以Fe、Cr、Ni、Au為重點(diǎn)，深部選區(qū)礦進(jìn)行選取研究，2030年前提出勘察重點(diǎn)選區(qū)，并完成探測(cè)技術(shù)方法研發(fā)，為長(zhǎng)期資源開(kāi)采提供基礎(chǔ)。我國(guó)如何緩解鐵礦石的資源瓶頸？71（4）深海金屬資源探索全球大洋底多金屬結(jié)核資源3萬(wàn)億噸，目前有商業(yè)開(kāi)采潛力的資源750億噸；大洋名稱MnCuNiFeCo多金屬結(jié)核太平洋22.50.750.8911.60.25大西洋2521.30.22鈷結(jié)核太平洋23.060.160.4716.090.73大西洋20.070.110.4018.560.53印度洋18.040.130.3916.160.38中國(guó)已向國(guó)際海底管理局申請(qǐng)并獲準(zhǔn)二塊優(yōu)先勘探權(quán)和采礦權(quán)（15年）；地點(diǎn)面積西南印度洋中脊990×200Km2東太平洋7.5萬(wàn)Km2我國(guó)如何緩解鐵礦石的資源瓶頸？722010年~2020年我國(guó)鐵礦石需求平衡從長(zhǎng)遠(yuǎn)看已查明國(guó)內(nèi)資源儲(chǔ)量（2007年）613.36億噸

（2013年）773億噸；深部資源儲(chǔ)量約1000億噸；國(guó)外可供投資資源儲(chǔ)量148~243億噸合計(jì)可供我國(guó)鋼鐵工業(yè)資源應(yīng)用年限＞200年海洋資源應(yīng)用、二次資源（廢鋼）回收、城市礦山資源開(kāi)拓。結(jié)論:我國(guó)鋼鐵工業(yè)有可持續(xù)發(fā)展的資源基礎(chǔ)。73鋼鐵工業(yè)的能源與節(jié)能：從二次石油危機(jī)以來(lái)，全球（含中國(guó)）鋼鐵界做了持續(xù)不懈的努力年份綜合能耗kgce/t1980年20391985年17461990年16111995年11522000年9202005年7412009年619歐盟15國(guó)、北美和日本噸鋼能耗的變化以1975年噸鋼能耗為100我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能耗變化3-2能源74進(jìn)一步節(jié)能：（1）應(yīng)淘汰能耗過(guò)高的設(shè)備項(xiàng)目3200m3380m3焦比,kg/t鐵346437燃料及動(dòng)力費(fèi)用，元983.01140.79制造成本，元2478.322613.78應(yīng)淘汰小型冶煉設(shè)備，以邯鋼

二種高爐比較（2010），實(shí)際運(yùn)行

成本差135.5元/噸.鐵75進(jìn)一步節(jié)能：（2）提高各種節(jié)能技術(shù)和工藝設(shè)備的節(jié)能要求CDQ：2009年底共143套，處理能力14138萬(wàn)噸，占大中型企業(yè)焦炭產(chǎn)量

65%以上。CDQ類型技術(shù)參數(shù)占有率高溫高壓CDQ540℃/9.5MPa~30%中溫中壓CDQ450℃/3.82MPa~70%發(fā)電量：高溫高壓比中溫中壓高10%，

沙鋼高壓CDQ（12.8MPa），發(fā)電120kWh/t焦TRT：1000m3以上高爐普及率超過(guò)90%。日本TRT發(fā)電41kWh/噸鐵我國(guó)TRT發(fā)電25kWh/噸鐵（平均）我國(guó)現(xiàn)要求干式TRT≥35kWh/噸鐵濕式TRT≥30kWh/噸鐵我國(guó)最高54kWh/噸鐵供電優(yōu)化：大型電機(jī)采用變頻技術(shù)可節(jié)電約20%。京唐公司1#焦?fàn)t干熄焦裝置杭鋼高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置76進(jìn)一步節(jié)能：（3）重視余熱（顯熱）回收的技術(shù)和裝備開(kāi)發(fā)產(chǎn)品顯熱回收率50.04%煙氣顯熱回收率14.92%冷卻水顯熱回收率1.90%爐渣顯熱回收率1.59%鋼鐵工業(yè)余熱回收率25.8%其中高溫余熱回收率44.4%中溫余熱回收率30.2%低溫余熱回收率~1%我國(guó)鋼鐵工業(yè)的余熱和顯熱耗能占總能耗的30%左右。首鋼和山鋼都在試驗(yàn)“鋼渣顯熱回收”項(xiàng)目。

20家大中型鋼鐵企業(yè)的余熱（顯熱）利用率情況77進(jìn)一步節(jié)能：（4）建設(shè)和運(yùn)營(yíng)好能源管控中心寶鋼對(duì)全廠25個(gè)變電站、5個(gè)煤氣加壓站、13套煤氣混合裝置、天然氣加壓站、4個(gè)排水泵站、全長(zhǎng)600余千米動(dòng)力管網(wǎng)/水道管網(wǎng)等進(jìn)行集中遠(yuǎn)程化監(jiān)控、扁平化管理。能源系統(tǒng)勞動(dòng)生產(chǎn)率取得顯著提升。寶鋼本部能源中心寶鋼、鞍鋼、首鋼、馬鋼等企業(yè)不斷建設(shè)和完善能源管理中心，提高科學(xué)用能和管

逐步將能源中心和生產(chǎn)調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)并行。形成物流（生產(chǎn)流）、能源流、成本計(jì)算流…在MES系統(tǒng)上集成，上報(bào)ERP系統(tǒng)，形成成本流、合同完成流、銷售流→三張企業(yè)財(cái)務(wù)報(bào)表（資產(chǎn)負(fù)載表、現(xiàn)金流量表和利潤(rùn)表）。理水平，平均可使企業(yè)節(jié)約能源總量的5%~7%。78進(jìn)一步節(jié)能：（5）廣泛采用非化石能源，降能和環(huán)保減排統(tǒng)一采用風(fēng)能發(fā)電。例如鞍鋼鲅魚(yú)圈風(fēng)機(jī)，每臺(tái)1650萬(wàn)kwh/年，已有3臺(tái)已滿足全部非生產(chǎn)用電。采用太陽(yáng)能。例如鞍鋼鲅魚(yú)圈5800人洗浴全解決。大力發(fā)展天然氣、頁(yè)巖氣發(fā)電。使節(jié)能和CO2減排相統(tǒng)一。79中長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展節(jié)能工作，要從系統(tǒng)、流程及新技術(shù)采用研究可以看出，不同制造流程，能耗是大不相同的，要?jiǎng)?chuàng)造新流程以降低成本，減輕壓力！我國(guó)和世界其他工業(yè)國(guó)都在制定新世紀(jì)發(fā)展規(guī)劃，并明確發(fā)展目標(biāo)。以美國(guó)規(guī)劃中的能耗(kgce/t)為例2010年2020年電爐長(zhǎng)形材270.15226.93電爐扁平材277.35255.74電爐-薄帶連鑄234.13212.52高爐-轉(zhuǎn)爐扁平材626.75536.7080高爐-轉(zhuǎn)爐流程要重視煉鐵系統(tǒng)（高、燒、焦）如何進(jìn)一步降低能耗重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)企業(yè)主要工序能耗（單位：kgce/t)年燒結(jié)焦化煉鐵轉(zhuǎn)爐煉鋼電爐煉鋼軋鋼總能耗200267.75149.38454.2127.04230.20101.32843.502004.1~866.05147.72465.6023.71205.0294.20817.53國(guó)際先進(jìn)（1999）50.89128.10437.93-8.88198.60熱軋47.82冷軋80.28煉鐵工序能耗占總工序能耗：53.8%~57.2%煉鐵系統(tǒng)能耗占總工序能耗：75.4%~79.6%81日本提出新的“高校低能耗高爐”目標(biāo)：高爐能耗降低50%；CO2排放量降低50%；研發(fā)“矮胖型立式富氧高爐”高爐利用系數(shù)>6t/m3.d。關(guān)鍵技術(shù)：氫氣高速還原技術(shù)；低熔點(diǎn)高爐爐渣廉價(jià)制氧技術(shù)；全新高爐設(shè)計(jì)。82現(xiàn)有冶金工藝雖能進(jìn)一步節(jié)能，但節(jié)能潛力有一定限制理論最低能耗：331/0.95+193.4=552kgce/t材（以電力折換系數(shù)約0.35計(jì)算）國(guó)際鋼鐵界以噸鋼總能耗20GJ（683.4kgce）為標(biāo)準(zhǔn)合理耗能（1GJ=34.17kgce）其中還原反應(yīng)理論能耗：331kgce/t鐵生產(chǎn)過(guò)程耗能：193.4kgce/t材煤氣及余熱余能：490kgce/t材（理論）節(jié)能潛力：683.4－552=131.4kgce/t材（理論）CO2最低排放：3.05×131.4≈400kgCO2/t材）（不考慮煤氣COCO2二次燃燒排放）以高爐-轉(zhuǎn)爐聯(lián)合流程為例83未來(lái)鋼鐵技術(shù)發(fā)展第四小節(jié)

未來(lái)鋼鐵技術(shù)發(fā)展關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題（二）(3)環(huán)保(4)產(chǎn)品升級(jí)843-3環(huán)境保護(hù)近年來(lái)，我國(guó)冶金環(huán)保成績(jī)顯著，從清潔生產(chǎn)走向綠色制造序號(hào)主要環(huán)保指標(biāo)1995年2000年2006年2010年2012年2013年1噸鋼新水用量，t/t45.1424.756.864.113.873.502廢水處理率，%96.1998.6399.9499.9999.763有組織廢氣處理率，%93.6496.0199.5099.6899.894廢氣中SO2排放量，萬(wàn)t76.0265.0480.6074.4872.9470.145噸鋼SO2排放量，kg/t9.23.622.651.701.581.126廢氣中工業(yè)粉塵排放量，萬(wàn)t77.0559.3545.6352.0143.5231.137廠區(qū)降塵量，t/月.km249.3643.8644.8847.728塵泥利用率，%94.7797.8698.7699.7997.379含鐵塵泥利用率，%89.9797.8698.8999.8197.1399.9085大力推進(jìn)降低SO2排放量生產(chǎn)工序或設(shè)施污染物項(xiàng)目即將出臺(tái)的鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（燒結(jié)、球團(tuán)）現(xiàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB9078-1996現(xiàn)有企業(yè)排放限值新建企業(yè)排放限值重點(diǎn)區(qū)域特別排放限值II級(jí)燒結(jié)（球團(tuán)）設(shè)備機(jī)頭顆粒物80mg/m350mg/m340mg/m3100mg/m3SO2700mg/m3200mg/m3180mg/m32000mg/m3NO2500mg/m3400mg/m3400mg/m3無(wú)F6mg/m34mg/m34mg/m36mg/m3二噁英2.0ng-TEQ/m30.5ng-TEQ/m30.5ng-TEQ/m3無(wú)燒結(jié)機(jī)尾、其它顆粒物50mg/m330mg/m320mg/m3100mg/m32002年大中型鋼鐵企業(yè)各工序SO2排放量對(duì)比86溫室氣體減排（CO2↓）責(zé)任重大行業(yè)CO2排放量?jī)|噸/年化石燃料消耗引起CO2排放量?jī)|噸/年占我國(guó)化石燃料消耗引起CO2總排放量的比例%鋼鐵7.77.414.9化工3.42.75.3石化1.91.22.3水泥6.52.75.3合計(jì)19.714.227.8不同行業(yè)CO2排放占工業(yè)CO2總排放的比例我國(guó)承諾：2020年比2005年單位GDP的CO2排放降低40~45%；我國(guó)承諾：2020年中國(guó)一次能源消費(fèi)中，非化石資源比例，將接近15%左右2006~2010年2011~2015年2016~2020年CO2排放下降16%17%16%相應(yīng)能耗下降19%16%＞14%87溫室氣體減排（CO2↓）責(zé)任重大發(fā)展電爐流程和非高爐煉鐵是環(huán)保改善重要方向生產(chǎn)流程CO2排放kg/t電力kWh/tCO2總排放kg/t電爐（160kg鐵水）396478619電爐（100%廢鋼）68458282廢鋼應(yīng)用量已接近100%，廢鋼供應(yīng)量有極限。2000年~2009年中、日、美、韓、俄、印電爐鋼比注：電力生產(chǎn)50%依靠化石燃料為能源。88溫室氣體減排（CO2↓）責(zé)任重大項(xiàng)目CO2減排，kgCO2/t-s占減排的貢獻(xiàn)，%淘汰落后13035.83提高能源效率104.0128.65發(fā)展CO2減排技術(shù)噴吹塑料11.843.26鐵/鋼渣替代水泥應(yīng)用50.8114.00電爐和廢鋼應(yīng)用54.114.91與化工結(jié)合（COG中H2應(yīng)用）0.700.19共同火力發(fā)電11.463.16五項(xiàng)合計(jì)128.9135.52總計(jì)362.92100預(yù)計(jì)2015年我國(guó)鋼鐵工業(yè)各因素對(duì)CO2減排的貢獻(xiàn)（在2005年減排的基礎(chǔ)上）89溫室氣體減排（CO2↓）責(zé)任重大鋼鐵工業(yè)溫室氣體來(lái)源于：煉鐵-煉鋼都是碳的還原-氧化反應(yīng)，產(chǎn)物都是CO2數(shù)據(jù)源自IanChristmas,SecretaryGeneral,IISI，5thChinaInternationalSteelCongress，Shanghai2June2008煉鐵最終反應(yīng)2Fe2O3+3C4Fe+3CO2C+O2

CO21990年2006年噸鋼CO2排放，t1.81.7CO2排放，Bt1.42.190從綠色冶金考慮，電爐具有低排放優(yōu)勢(shì)各類排放物占排放總量的比例聯(lián)合企業(yè)電爐鋼廠總排放量5921.6kg/t總排放量2327.6kg/t固體廢棄物9.9%廢水50.7%氣體39.4%固體廢棄物8.8%廢水85.9%氣體5.3%固廢，kg/t氣體，kg/t電爐流程204.8123高-轉(zhuǎn)流程586.22332電爐/高-轉(zhuǎn)0.35:10.053:191不同生產(chǎn)流程1t鋼液CO2排放生產(chǎn)流程CO2排放kg/t電力kWh/tCO2總排放kg/t高爐+轉(zhuǎn)爐（153kgPCI)21111872198高爐+轉(zhuǎn)爐（250kgPCI)20841842170COREX+電爐16396321934HISmelt+電爐~1600370~1970電爐（160kg鐵水）396478619電爐（100%廢鋼）68458282注：電力生產(chǎn)50%依靠化石燃料為能源。現(xiàn)代高爐CO2總排放~1900kg/t，世界高爐平均CO2總排放~2200kg/t。92我國(guó)鋼鐵積蓄量雖快速上升，但總量不足，

CO2↓靠高-轉(zhuǎn)流程創(chuàng)新改進(jìn)粗鋼積蓄量，億噸2008年2010年2015年2020年預(yù)計(jì)消費(fèi)量，億噸2020年積蓄量/產(chǎn)鋼量全球423.91447.91507.91567.9112.047.3美國(guó)78.5080.4685.3690.260.9892.1日本47.3849.6855.4361.181.1553.2中國(guó)45.4254.4276.9299.424.522.0993高爐-轉(zhuǎn)爐流程發(fā)展低碳技術(shù)的思路CO2減排的主要對(duì)策ⅠⅡⅢ提高碳的利用效率改變還原劑結(jié)構(gòu)實(shí)施CO2捕集、封存和碳的資源化94十二五期間，國(guó)家科技支撐項(xiàng)目啟動(dòng)《高爐煉鐵CO2減排與

煤氣高效利用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)》礦石、石灰石風(fēng)口部分煤氣提氫焦?fàn)t部分焦?fàn)t煤氣制甲醇焦?fàn)t煤氣剩余CH4進(jìn)燃料管網(wǎng)部分煤氣重整煤氣中：H2~70%，CO~15%900℃1200℃~85%煤氣VPSA分離~15%的煤氣不分離CO2儲(chǔ)存CO加熱課題一焦?fàn)t煤氣重整進(jìn)高爐課題二氧氣高爐爐頂氣

CO/CO2

分離CO2儲(chǔ)存，CO加熱進(jìn)高爐高爐煤氣H2資源化氧氣~95%課題三焦?fàn)t煤氣提氫CO+CO2不分離制甲醇2CH4+O22CO+4H2焦炭953-4鋼鐵產(chǎn)品升級(jí)換代供需背景:我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品供需狀況已進(jìn)入轉(zhuǎn)變期數(shù)據(jù)源自世界銀行官網(wǎng)和世界鋼協(xié)（WSA）官網(wǎng)。2011年人均GDP與人均鋼材消費(fèi)量走減量化道路，把鋼材過(guò)度消費(fèi)降下來(lái)。96十二五期間，國(guó)家科技支撐項(xiàng)目啟動(dòng)《高爐煉鐵CO2減排與

煤氣高效利用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)》礦石、石灰石風(fēng)口部分煤氣提氫焦?fàn)t部分焦?fàn)t煤氣制甲醇焦?fàn)t煤氣剩余CH4進(jìn)燃料管網(wǎng)部分煤氣重整煤氣中：H2~70%，CO~15%900℃1200℃~85%煤氣VPSA分離~15%的煤氣不分離CO2儲(chǔ)存CO加熱課題一焦?fàn)t煤氣重整進(jìn)高爐課題二氧氣高爐爐頂氣

CO/CO2

分離CO2儲(chǔ)存，CO加熱進(jìn)高爐高爐煤氣H2資源化氧氣~95%課題三焦?fàn)t煤氣提氫CO+CO2不分離制甲醇2CH4+O22CO+4H2焦炭973-4鋼鐵產(chǎn)品升級(jí)換代供需背景:我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品供需狀況已進(jìn)入轉(zhuǎn)變期數(shù)據(jù)源自世界銀行官網(wǎng)和世界鋼協(xié)（WSA）官網(wǎng)。2011年人均GDP與人均鋼材消費(fèi)量走減量化道路，把鋼材過(guò)度消費(fèi)降下來(lái)。98十二五期間，國(guó)家科技支撐項(xiàng)目啟動(dòng)《高爐煉鐵CO2減排與

煤氣高效利用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)》礦石、石灰石風(fēng)口部分煤氣提氫焦?fàn)t部分焦?fàn)t煤氣制甲醇焦?fàn)t煤氣剩余CH4進(jìn)燃料管網(wǎng)部分煤氣重整煤氣中：H2~70%，CO~15%900℃1200℃~85%煤氣VPSA分離~15%的煤氣不分離CO2儲(chǔ)存CO加熱課題一焦?fàn)t煤氣重整進(jìn)高爐課題二氧氣高爐爐頂氣

CO/CO2

分離CO2儲(chǔ)存，CO加熱進(jìn)高爐高爐煤氣H2資源化氧氣~95%課題三焦?fàn)t煤氣提氫CO+CO2不分離制甲醇2CH4+O22CO+4H2焦炭993-4鋼鐵產(chǎn)品升級(jí)換代供需背景:我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品供需狀況已進(jìn)入轉(zhuǎn)變期數(shù)據(jù)源自世界銀行官網(wǎng)和世界鋼協(xié)（WSA）官網(wǎng)。2011年人均GDP與人均鋼材消費(fèi)量走減量化道路，把鋼材過(guò)度消費(fèi)降下來(lái)。1003-4鋼鐵產(chǎn)品升級(jí)換代橋梁鋼板技術(shù)進(jìn)步的歷程應(yīng)用廣泛，但板厚效應(yīng)嚴(yán)重，鐵路橋僅能用到32mmQ345-16MnqQ420-15MnVNq、15MnVqQ370-14MnNbq大跨,重載鋼橋需要高強(qiáng)度等級(jí)鋼材;

整體焊接結(jié)構(gòu)需要具有良好焊接性能與高韌性;

現(xiàn)場(chǎng)焊接施工需要能適應(yīng)大線能量、高濕度與不預(yù)熱的條件采用降碳加鈮合金超純凈的冶金方法，具有優(yōu)異的－40℃低溫沖擊韌性(蕪湖橋標(biāo)準(zhǔn)要求－40℃Akv≥12