我國煉鋼機(jī)械工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展方向

楊芯　劉曉鋒

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，我國對鋼的產(chǎn)量需求也越來越大，對鋼的質(zhì)量要求也越來越高。本文通過分析現(xiàn)今我國主要的煉鋼工藝，提出今后我國煉鋼工藝的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煉鋼機(jī)械工藝；優(yōu)缺點(diǎn)；發(fā)展方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.005

0 引言

中國是世界上最早生產(chǎn)鋼的國家之一，通過春秋晚期的文物就可以發(fā)現(xiàn)，那時(shí)候就已經(jīng)有了鋼制實(shí)物，已經(jīng)2500余年的歷史。

煉鋼的過程是利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的雜質(zhì)去掉。主要原料是含炭較高的鐵水、生鐵以及廢鋼鐵。為了去除鐵水中的雜質(zhì)，還需要向鐵水中加入氧化劑、脫氧劑、造渣材料以及鐵合金等材料，以調(diào)整鋼的成分。含炭較高的鐵水或生鐵加入煉鋼爐以后，經(jīng)過供氧吹煉、加礦石、脫炭等工序，將鐵水中的雜質(zhì)氧化除去，最后加入合金，進(jìn)行合金化，便得到鋼水。我國現(xiàn)有的煉鋼爐有平爐、轉(zhuǎn)爐和電爐3種，平爐煉鋼法因能耗高、作業(yè)環(huán)境差已逐步被淘汰。下面就電爐和轉(zhuǎn)爐這兩種煉鋼機(jī)械工藝進(jìn)行分析比較，進(jìn)而提出我國煉鋼機(jī)械工藝的發(fā)展趨勢。

1 電爐

電爐煉鋼是比較籠統(tǒng)的說法，具體的來說電爐煉鋼分為電弧爐煉鋼、感應(yīng)爐煉鋼和電渣爐煉鋼這三種煉鋼法。但是在平時(shí)我們所說的電爐煉鋼一般也就是電弧爐煉鋼。電爐煉鋼主要利用電弧熱，在電爐爐鋼內(nèi)全部加入冷廢鋼，經(jīng)過長時(shí)間的熔化與提溫，再進(jìn)入氧化期。

以廢鋼為原料的電爐煉鋼，相比高爐轉(zhuǎn)爐法，基建投資少，同時(shí)由于直接還原技術(shù)的發(fā)展，減少了大部分廢鋼的使用，因此就推動(dòng)了電爐煉鋼。世界上現(xiàn)有較大型的電爐約1400余座，目前電爐正在向大型、超高功率以及電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等方面迅速發(fā)展，最大電爐容量為400t。國外廢鋼資源豐富，150噸以上的電爐幾乎都用于冶煉普通鋼，許多國家電爐鋼產(chǎn)量的60～80%均為低碳鋼，由于資源的豐富，所以電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展迅速。轉(zhuǎn)觀國內(nèi)，由于電力和廢鋼不足，目前主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼。20世紀(jì)90年代，我國的電弧爐產(chǎn)鋼量的得到了大幅度上升，由容量小的電弧爐建設(shè)成大容量、高功率電弧爐，如寶鋼的150t超高功率電弧爐、撫順特鋼的50t超高功率電弧爐。為提高鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，部分工廠引進(jìn)了LF爐，同時(shí)采取全高級連鑄生產(chǎn)技術(shù)，如天津鋼管公司。

2 轉(zhuǎn)爐

1856年，英國人發(fā)明了底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，這是近代煉鋼法的開端，當(dāng)時(shí)引起了很大的反響。但因不能去除磷和硫，發(fā)展空間受到限制。1864年，法國創(chuàng)立了平爐煉鋼法，因容量大，生產(chǎn)產(chǎn)品種類多，迅速成為了當(dāng)時(shí)主要的煉鋼方法。當(dāng)時(shí)世界上85%的鋼都是有平爐煉鋼法煉制出來的。1951年，唐山鋼廠實(shí)驗(yàn)成功了側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，1962年，首鋼試驗(yàn)廠建成我國第一個(gè)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。為我國日后氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出的鋼產(chǎn)量占據(jù)我國鋼產(chǎn)量的大部分，可見轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的重要性。

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝是先將鐵水裝入混鐵爐預(yù)熱，將廢鋼加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，然后將混鐵爐內(nèi)的高溫鐵水用混鐵車兌入轉(zhuǎn)爐，進(jìn)行融化與提溫，當(dāng)溫度合適后，進(jìn)入氧化期。

轉(zhuǎn)爐按耐火材料可分為堿性和酸性，按氣體吹入的部位可分為頂吹、側(cè)吹和低吹，按氣體種類可分為氧氣轉(zhuǎn)爐和空氣轉(zhuǎn)爐。目前最普遍的煉鋼設(shè)備是頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐和堿性氧氣頂吹，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大、成本低、投資少、單爐產(chǎn)量高。隨著用戶對鋼材性能和質(zhì)量的要求越來越高，鋼材的應(yīng)用范圍越來越廣，同時(shí)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)也對提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，擴(kuò)大品種，節(jié)約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程發(fā)生了很大變化。鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼模式。

3 優(yōu)缺點(diǎn)分析比較

煉鋼時(shí)，主要是鐵水中的碳產(chǎn)生氧化反應(yīng)，減少碳的含量。但有些鋼的品種中含有易氧化的其他因素時(shí)，若吹入過量氧，其他元素也會(huì)氧化。這個(gè)時(shí)候，電弧爐煉鋼的優(yōu)勢就突顯出來了。一般來說，電弧爐用于冶煉碳素鋼和冶煉合金鋼，轉(zhuǎn)爐用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼、銅和鎳的冶煉。兩種工藝，無論是煉鋼方式、原材料，還是最終產(chǎn)成品都是不同的。從原材料來看，電爐煉鋼以廢鋼為原材料，轉(zhuǎn)爐煉鋼以金屬料、非金屬料和氣體為原材料。故在原材料方面，電爐煉鋼比轉(zhuǎn)爐煉鋼更節(jié)省原材料和成本；在能源方面，電爐煉鋼主要以外界能源為主，電弧爐在爐料化清之后，電弧的熱量通過爐渣傳給鋼液，是間接加熱，熱效率差。且爐膛為盆狀，很大一部分熱量通過爐蓋和爐壁散失。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要以爐體本身和爐內(nèi)的保溫材料為主。故在能源方面，轉(zhuǎn)爐煉鋼比電爐煉鋼更優(yōu)越；在生產(chǎn)效率方面，電爐煉鋼生產(chǎn)工序少，操作簡單，生產(chǎn)效率高于轉(zhuǎn)爐煉鋼。綜合各方面來說，電爐煉鋼優(yōu)于轉(zhuǎn)爐煉鋼。

4 發(fā)展方向

我國煉鋼水平雖有所提高，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外水平。我國煉鋼機(jī)械工藝的發(fā)展方向就是高校、低耗、優(yōu)質(zhì)。要?jiǎng)?chuàng)新煉鋼工藝，就要從原材料、能源與技術(shù)這三個(gè)重點(diǎn)方面入手。

4.1 原材料

我國鋼鐵產(chǎn)量的增長，必然會(huì)受到原材料的影響。開發(fā)先進(jìn)的廢鋼技術(shù)，研制煉鐵技術(shù)，獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量的材料，強(qiáng)化對廢鋼破碎設(shè)備的研制，緩解國內(nèi)資源緊張的現(xiàn)狀。

4.2 能源

降低能耗，廢氣及噪聲，充分利用化學(xué)能與物理熱，提高生產(chǎn)效率。

4.3 技術(shù)

吸收國外先進(jìn)的煉鋼機(jī)械工藝技術(shù)，為我所用，在中國的國情上加以改進(jìn)，創(chuàng)新出新的爐型。在工藝診斷方面，提高IT專家的診斷水平與技術(shù)，并大力培養(yǎng)、吸收煉鋼機(jī)械工藝人才。目前來看，主要可以發(fā)展以下技術(shù)：轉(zhuǎn)爐少渣冶煉技術(shù)；轉(zhuǎn)爐高效吹煉技術(shù)；電能綜合節(jié)能技術(shù)；優(yōu)化連鑄和近終形連持技術(shù)。

總之，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，根據(jù)低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要，我國目前的煉鋼方式必定要走綠色環(huán)保的路子。我國雖不是鋼鐵大國，但發(fā)展煉鋼技術(shù)，提高高端產(chǎn)品出口率，已成為強(qiáng)國的必然選擇。

作者簡介：楊芯（1978-），女，遼寧遼陽人，本科，機(jī)械中級，科員。