【正文】 技術(shù)將轉(zhuǎn)爐煉鋼向提高質(zhì)量、降低消耗方向大大推進(jìn)了一步，它是轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)進(jìn)步的又一重要方面。 1977 年，盧森堡阿爾卑德公司和德國(guó)鋼鐵研究院共同開(kāi)發(fā)出頂吹氧、底吹惰性氣體的復(fù)合吹煉技術(shù)，即 LBE 技術(shù)。人們發(fā)現(xiàn)，底吹工藝與頂吹工藝相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別是在生產(chǎn)低碳鋼時(shí)，即由于熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度大，脫碳速度快，碳氧反應(yīng)趨于平衡。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，隨著計(jì)算 機(jī)技術(shù)的全面推廣以及各種檢測(cè)手段的迅速發(fā)展，科學(xué)煉鋼已達(dá)到很高水平，這為保證鋼水質(zhì)量、降低消耗及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率發(fā)揮了重要作用。這為科學(xué)控制煉鋼過(guò)程打下了理論基礎(chǔ) [2]。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼反應(yīng)速度快、時(shí)間短，很難采用取樣分析的方法來(lái)監(jiān)控?zé)掍撨^(guò)程，也無(wú)法直接觀察爐內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程，而只能根據(jù)對(duì)火焰、聲 音第二次信息的觀察體會(huì)逐步形成操作人員的經(jīng)驗(yàn)，從而來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程和對(duì)終點(diǎn)的控制，這就是所講的經(jīng)驗(yàn)煉鋼。 隨著上述基本煉鋼技術(shù)的不斷完善，對(duì)轉(zhuǎn)爐大型化提出了要求，以求更高的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。 1969 年，原聯(lián)邦德國(guó)采用鋼包噴射冶金技術(shù)。 在林茨（ Linz）新建 30t 轉(zhuǎn)爐工廠(chǎng)，于 1952 年開(kāi)工生產(chǎn)。 來(lái)降低鋼中的 [N]含量。 1856 年， Robert Mushet 向鋼液內(nèi)加 MnSiFe 進(jìn)行脫氧，阻止?jié)沧⒑竽痰匿撳V產(chǎn)生蜂窩氣泡，使鋼錠能順利進(jìn)行熱處理。 1878 年，英國(guó)人 發(fā)明堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐，以白云石加少量粘土作粘結(jié)劑制成爐襯，加石灰造堿性渣，解決了高磷鐵水的脫磷問(wèn)題。 上世紀(jì) 40 年代初大型空氣機(jī)問(wèn)世，隨即產(chǎn)生了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。 奧地利阿爾卑斯礦業(yè)公司在多那維茨（ Donawitz） 新建 30t 轉(zhuǎn)爐工廠(chǎng)，于1953 年投產(chǎn)生產(chǎn)，并命名為 LD氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。 1974 年，英國(guó)首先在 轉(zhuǎn)爐上， 1975 年法國(guó)和盧森堡合作在 65t 轉(zhuǎn)爐上先后試驗(yàn)成功頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼。因此，在 60 年代初就出現(xiàn)了容量為 200t 的轉(zhuǎn)爐，到 60年代末就出現(xiàn)了 300t 或大于 300t 的轉(zhuǎn)爐。約 100 年來(lái)，貝氏麥、托馬斯轉(zhuǎn)爐都是依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)煉鋼的。 2） 1960～ 1965 年，稱(chēng)量、檢測(cè)、分析儀表迅速發(fā)展，對(duì)加入轉(zhuǎn)爐的主、副原料的質(zhì)量、溫度及化 學(xué)成分可以進(jìn)行測(cè)量，逐步實(shí)現(xiàn)能準(zhǔn)確計(jì)量地加入爐料，另外，計(jì)算機(jī)已用于生產(chǎn)，主要是采集、記錄生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，而不進(jìn)行控制。因此，可以說(shuō)，轉(zhuǎn)爐從經(jīng)驗(yàn)煉鋼發(fā)展到科學(xué)控制煉鋼是轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的一個(gè)十分重要的方面。以后人們又發(fā)現(xiàn)將底 吹率降低到 30%甚至更低也能獲得相同的冶金效果，這就為開(kāi)發(fā)頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)打下了基礎(chǔ)。在此后的十多年里，復(fù)吹技術(shù)在全世界推廣，至 1990 年，日本轉(zhuǎn)爐鋼復(fù)吹比已達(dá) %，西歐為 %。 （ 4） 高效、高自動(dòng)化、高潔凈度煉鋼技術(shù)的發(fā)展 從 1990 年至本世紀(jì)末，由于社會(huì)對(duì)鋼材的質(zhì)量及價(jià)格的要求日益增高，煉鋼技術(shù)發(fā)展 的重點(diǎn)就體現(xiàn)在長(zhǎng)壽高效、計(jì)算機(jī)全自動(dòng)煉鋼及高潔凈鋼系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)三個(gè)方面。然而人們認(rèn)識(shí)到潔凈鋼不能單純依靠某一工序的技術(shù) 4 改進(jìn)而獲得，因而“分階段精煉” [3]的潔凈鋼系統(tǒng)技術(shù)得到迅速發(fā)展，形成了新的、能大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)潔凈鋼的生產(chǎn)體系，典型的“分階段精煉”流程為： 鐵水“三脫” ——— 轉(zhuǎn)爐少渣冶煉 ——— 多功能二次精煉 ——— 連鑄保護(hù)澆鑄和中包冶金。 綜觀轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷史，不難看出所有技術(shù)進(jìn)步始終都是圍繞著以下目標(biāo)： 1）提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率； 2）提高鋼水質(zhì)量，滿(mǎn)足社會(huì)日益苛刻的需求； 3）降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)成本； 4）降低煉鋼能源消耗及回收利用煉鋼過(guò)程產(chǎn)生的能源； 5）減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。預(yù)計(jì)，在 21 世紀(jì)，鋼鐵仍是“必選材料”。 長(zhǎng)期項(xiàng)目有：開(kāi)發(fā)用鐵水流程處理鐵水實(shí)現(xiàn)連續(xù)煉鋼的技術(shù)。然而，1968 年 OBM 煉鋼法即氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的誕生，使處于壟斷地位的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法受到了挑戰(zhàn)和沖擊。然而，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐也存在一些自身難以克服的缺點(diǎn)，如： 1）由于熔池上方形成不了類(lèi)似頂吹法時(shí)的熔狀區(qū)，因此，脫磷困難。另外， 70 年代，連鑄技術(shù)在全世界迅速發(fā)展，對(duì)煉鋼在鋼質(zhì)和成分上提出了更高要求，因此這種集頂吹和底吹優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)的研究加快了步伐?？梢哉f(shuō)，到 80年代末，復(fù)吹煉鋼法已取代頂吹法而成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主流 [7]。我國(guó)現(xiàn)有的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐絕大多數(shù)采用該技術(shù)，需要指出的是，在底吹 N2 時(shí)（因價(jià)格低廉）鋼種增 [N]約 30179。 min）。代表技術(shù)有 OBMS、 KMS、 KS 等。 ISCO 值隨熔池混勻時(shí)間減少而降低，而混勻時(shí)間又是隨底吹強(qiáng)度加大而減少的，如分別對(duì) LD（頂吹）、LDKG（加強(qiáng)攪拌型）、 KBOP（強(qiáng)化冶煉型）和Ｑ BOP（底吹）轉(zhuǎn)爐作計(jì)算，其結(jié)果示于圖 17。單管式因流量調(diào)節(jié)小且易燒損，目前已不多見(jiàn)。這三種透氣磚主要用于底吹惰性氣體的復(fù)吹方法，其中直孔型透氣磚阻力小而且氣流分布均勻，使用比較普通?？刂葡到y(tǒng)一般由 PLC 及相關(guān)的流量、壓力檢測(cè)儀表構(gòu)成。 復(fù)吹工藝 根據(jù)不同鋼種的需求，結(jié)合煉鋼過(guò)程各階段的冶金特點(diǎn)，可以摸索出不同的復(fù)吹工藝模式。 圖 19 三種典型的供氣曲線(xiàn) 復(fù)吹冶金效果和經(jīng)濟(jì)效益 復(fù)吹的主要冶金特征表現(xiàn)在以下幾方面： 9 （ 1）碳氧反應(yīng)更趨 平衡。這說(shuō)明鋼、渣的氧化性大為降低。從圖 2圖 23 中可見(jiàn) [9]，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐比頂吹轉(zhuǎn)爐具有更高的磷、硫分配系數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，在歐洲，大約折算為 2～ 馬克 /t；在美國(guó)，約為 ～ 美元 /t[10]。在我國(guó)，多半采用恒壓變槍位的操作； 4）氧槍噴頭，多半采用多孔型，增大與熔池接觸面積，使吹煉平穩(wěn)、成渣快。石灰加入量主要根據(jù)所需的堿度而定，因而取決于鐵水的硅含量，同時(shí)也考慮含磷量。 溫度制度 （ 1）出鋼溫度的確定。在吹至終點(diǎn)前，通常加入一定數(shù)量的礦石或氧化鐵皮作冷卻劑，以求終點(diǎn)溫度命中，同時(shí)也可促進(jìn)化渣。 12℃） （ 2）脫氧、合金化 12 脫氧的目的是使鋼中氧脫到一定程度，保證質(zhì)量和澆鑄順利。 （ 3）出鋼擋渣 鋼渣流入鋼包的危害越來(lái)越被人們認(rèn)識(shí)清楚，它不僅會(huì)產(chǎn)生回磷、降低合金收得率，還會(huì)嚴(yán)重影 響二次精煉工序的冶金效果，對(duì)于生產(chǎn)潔凈鋼來(lái)說(shuō)尤為如此。為滿(mǎn)足質(zhì)量要求，通常需掌握以下要點(diǎn)： ①終點(diǎn)一次拉碳（ｗ（ C） =%～ %），避免補(bǔ)吹； ②降低終點(diǎn) [O]，充分發(fā)揮復(fù)吹后攪作用，使ｗ（ [O]）≤ 7179。 （ 2）中、高碳鋼 中、高碳鋼 冶煉的矛盾焦點(diǎn)是終點(diǎn)碳的控制。同時(shí)，在中、高碳范圍轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率也很低，通常需等成分補(bǔ)吹，即“高拉補(bǔ)吹”，延長(zhǎng)冶煉周期。對(duì)于高品級(jí)低合金鋼，單靠轉(zhuǎn)爐一個(gè)工序不能達(dá)到所有要求，因此必須聯(lián)合采用鐵水預(yù)處理、二次精煉及連鑄有關(guān)技術(shù)。因此爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼一項(xiàng)十分重要的綜合性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 1994年 9 月 LTＶ 232t 轉(zhuǎn)爐已創(chuàng) 15658 爐的世界紀(jì)錄。 濺渣層與爐襯的結(jié)合，主要是靠化學(xué)燒結(jié)和機(jī)械鑲嵌兩種機(jī)理。然而為了獲得濺渣護(hù)爐預(yù)期的效果，必須掌握如下技術(shù)要點(diǎn)，即： （ 1）爐內(nèi)合理的留渣量； （ 2）爐渣的物化性質(zhì)，包括成分、熔點(diǎn)、過(guò)熱度、表面張力、粘度； （ 3）合理的濺渣參數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，留渣量隨爐子容量增大而增大，而渣量控制在 80～ 120Kg/t 較為合適。從圖24 不難看出， 8%的 MgO 含量是一個(gè)臨界值。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)終渣堿度為 3 左右時(shí)， MgO 達(dá)到飽和的含量約為 8%左右。在確定 FeO 含量時(shí)要考慮堿度和 MgO 含量，以盡可能提高熔渣熔化溫度為原則。 濺渣操作參數(shù)控制 為了在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將爐渣均勻噴敷在整個(gè)爐襯表面而形 成有足夠厚度的致密濺渣層，必須控制好濺渣操作手段，即根據(jù)爐形尺寸，來(lái)控制噴吹 N2氣壓力和流量、槍位、噴槍結(jié)構(gòu)尺寸等噴濺參數(shù)。另外，最大濺渣量與一定的槍位存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，過(guò)低或過(guò)高的槍位都會(huì)使濺渣量減少。 16 （ 3）噴濺時(shí)間：通常為 ～ 4min。 綜上所述，為了獲得較為理想的濺渣效果，需采取如下措施： （ 1）爐襯材質(zhì)不能因?qū)嵭袨R渣護(hù)爐技術(shù)而降低，對(duì)使用鎂碳磚而言，其碳含量應(yīng)控制為下限； （ 2）控制和降低終渣 FeO 含量； （ 3）合理調(diào)整終渣 MgO 含量； （ 4）提高濺渣層熔化性溫度，降低爐渣過(guò) 熱度； （ 5）降低出鋼溫度。如 LTV 廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐作業(yè)率由 78%提高到 97%。我國(guó)對(duì) 62 座轉(zhuǎn)爐的測(cè)算投資回收期平均為 。最嚴(yán)重的還是爐底上漲大大影響復(fù)吹效果的問(wèn)題。 [%O]的變化。這也就是為什么日本和歐洲大部分鋼廠(chǎng)不愿采用濺渣護(hù)爐技術(shù)的根本原因。如圖 25 所示，在目前復(fù)吹與濺渣爐齡尚不能同步的前提下，選擇圖中D 區(qū)域爐齡可使綜合生產(chǎn)成本降至最低。如武鋼三煉鋼廠(chǎng)對(duì) 2 號(hào)轉(zhuǎn)爐的濺渣護(hù)爐工藝進(jìn)行了半年多的探索，以控制終點(diǎn) [%C]178。這項(xiàng)工作仍在繼續(xù)中。從 1978年開(kāi)始我國(guó)鋼鐵工業(yè)把節(jié)能工作放到主要位置， 1978年至 1998年 20 年間綜合能耗由噸鋼耗煤量的 2520Kg 下降到 1290Kg，下降率為 %。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1998 年我國(guó)大、中型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)可比能耗的噸鋼耗煤量為 01Kg，比日本高 245Kg，高出 37%。其中鐵水的物理熱占主要地位，因此鐵水溫度是關(guān)鍵因素。通常，這些熱量除滿(mǎn)足終點(diǎn)鋼水溫度外，尚有較大富余熱量，這就為多加廢鋼創(chuàng)造了條件。圖 28 示出比較典型的轉(zhuǎn)爐工序能耗結(jié)構(gòu)，其中氧氣和電力的消耗占 60%，是直接能耗的主要部分?；厥盏姆椒ㄓ腥紵ê臀慈挤ǎ覈?guó)大部分鋼廠(chǎng)采用未燃法，即回收未燃燒的煤氣，同時(shí)回收由高溫?zé)煔怙@熱產(chǎn)生的鍋爐蒸汽。每噸鋼耗煤量為 1Kg 的發(fā)熱量為 。 消耗能量 回收能量時(shí)，耗能為正值； 消耗能量 回收能量 =零時(shí)，稱(chēng)零能煉鋼； 消耗能量 回收能量，稱(chēng)負(fù)能煉鋼。 （ 2）降低間接能耗 主要措施有： ①降低鐵水消耗、降低鐵鋼比。 （ 3）提高回收能量 ①提高煤氣回收水平，重點(diǎn)提高噸鋼回收量及熱值； ②提高蒸汽回收水平。 圖 30 武鋼第三煉鋼廠(chǎng)煉鋼工序能耗變化趨勢(shì)圖 計(jì)算機(jī)控制煉鋼 計(jì)算機(jī)控制煉鋼的發(fā)展概要 最初的計(jì)算機(jī)控制煉鋼是用數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算鐵水、廢鋼和石灰用量，采用靜態(tài)模型在線(xiàn)對(duì)終點(diǎn)碳含量和溫度進(jìn)行控制。 計(jì)算機(jī)控制煉鋼的優(yōu)點(diǎn) 與經(jīng)驗(yàn)煉鋼比較，計(jì)算機(jī)控制煉鋼 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 22 1）較精確地計(jì)算吹煉參數(shù)。 煉鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其功能 （ 1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 煉鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般分三級(jí)：管理級(jí)（三級(jí)機(jī)）、過(guò)程級(jí)（二級(jí)機(jī)）、基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（一級(jí)機(jī)），圖 8 是某廠(chǎng)煉鋼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 —— 從化驗(yàn)室接收鐵水、鋼和爐渣的成分分析數(shù)據(jù) —— 建立鋼種字典 ——— 完成轉(zhuǎn)爐裝料計(jì)算 ——— 完成轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)吹煉的控制計(jì)算 ——— 生成冶煉記錄 ——— 將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到管理計(jì)算機(jī) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型 轉(zhuǎn)爐煉鋼數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)式來(lái)定量表達(dá)吹煉過(guò)程所關(guān)心的主要參數(shù)，如化學(xué)元素和熔池溫度在吹煉過(guò)程中的變化規(guī)律，以及各 種操作因素對(duì)這些參數(shù)的影響；按建立數(shù)學(xué)模型所采用的方法，數(shù)學(xué)模型可分為理論模型（機(jī)理模型）、統(tǒng)計(jì)模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?；按?shù)學(xué)模型所描述的變量在過(guò)程中的狀態(tài)不同，數(shù)學(xué)模型又可分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，而靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型是目前在計(jì)算機(jī)控制煉鋼中普遍采用的較成熟的數(shù)學(xué)模型。 基本公式如下： )( 00 xxyy ??＝ 式中 y ——— 本爐次計(jì)算的終點(diǎn)目標(biāo)值； 0y ——— 參考爐次的實(shí)際目標(biāo)值； x ——— 本爐次確定目標(biāo)值的因素； 0x ——— 參考爐次確定目標(biāo)值的因素； 在 x = 0x 時(shí) y = 0y ，即在原料、工藝條件相同時(shí)，冶煉結(jié)果重現(xiàn)。 槍位模型的計(jì)算包括：按氧耗進(jìn)程計(jì)算槍位；按液面高度計(jì)算槍位。圖 10 是動(dòng)態(tài)過(guò)程碳、溫預(yù)測(cè)示意圖。 ④計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程冷卻劑加入量令式（ 2）中 EACC? ，令式（ 3）中 EATT? ，可計(jì)算出動(dòng)態(tài)過(guò)程冷 卻劑加入量 iR 。 （ 2）計(jì)算機(jī)控制煉鋼要進(jìn)行操作條件如吹煉所需的裝入量、氧氣量和造渣材料的用量等計(jì)算，這些計(jì)算以冶煉參考爐次和正常冶煉控制反應(yīng)為基準(zhǔn)，因此要求吹煉前的初始條件如鐵水、廢鋼、造渣材料成分和鐵水溫度等穩(wěn)定，使計(jì)算值修正變化量較少，使吹煉處于平穩(wěn)狀態(tài) 。該廠(chǎng)自投產(chǎn)以來(lái)采用三年時(shí)間學(xué)習(xí)、實(shí)踐、摸索，終于使計(jì)算機(jī)全程控制煉鋼技術(shù)成功地應(yīng)用與推廣。 12℃）達(dá) 到 80%以上。普通鐵水預(yù)處理有單一脫硫、脫硅、脫磷和同時(shí)脫磷脫硫等；特殊鐵水預(yù)處理有脫鉻、提釩、提鈮和提鎢等。 （ 1）鐵水脫硫的優(yōu)點(diǎn) 鐵水脫硫之所以能在煉鋼生產(chǎn)中迅速推廣應(yīng)用，是因其具有如下優(yōu)點(diǎn)： 鐵水中碳、硅含量高，提高硫的反應(yīng)能力，從而有利脫硫； 鐵水中氧含量低，提高渣、鐵之間的硫分配比，脫硫效率高； 鐵水脫硫因其較好的動(dòng)力學(xué)條件，脫硫劑利用率高，而且脫硫速度快； 鐵水脫硫費(fèi)用低，如高爐、轉(zhuǎn)爐、爐外精煉每脫除 1Kg 硫，其費(fèi)用分別約為鐵水脫硫的 倍、 倍和 倍； 鐵水脫硫?qū)μ岣邿掕F和煉鋼的生產(chǎn)能力、節(jié)約工序能耗、降低成本都有利。 ②鐵水容器轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌脫硫法 鐵水?dāng)嚢杩梢詳U(kuò)大脫硫反應(yīng)界面，加速反應(yīng)物質(zhì)的傳輸過(guò)程，從而提高了反應(yīng)速度。 KR攪拌法，由于攪拌能力強(qiáng)和脫硫前后充分扒除渣子，所以具有脫硫利用率高，脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，可將鐵水硫脫至 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。鐵水罐頂噴脫硫法，目前也被廣泛