【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 國(guó)際先 進(jìn)水平。中國(guó)鋼鐵工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快 速發(fā)展起到了重要的支持作用，但目前在整體生產(chǎn)效率、能耗、高級(jí)產(chǎn)品性能、環(huán)境保護(hù)、重要技術(shù)研發(fā)能力等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在差距。今后，中國(guó)鋼鐵工業(yè)還會(huì)有更大的發(fā)展，而隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，中國(guó)也將會(huì)成成為世界鋼鐵研究的中心。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶金特征 轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水作為主要原料，氧氣作為氧化劑，依靠鐵水中元素的氧化熱提高鋼水的溫度，在 30min 左右完成一個(gè)冶煉周期的快速煉鋼方法。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在國(guó)外一般被稱為 LD 轉(zhuǎn)爐（ LinzDonawit 工廠的縮寫(xiě) )，或稱為 BOF轉(zhuǎn)爐（ Basic Oxygen Furnace 的縮寫(xiě)）。次煉鋼方法繼承了過(guò)去的空氣吹煉轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，有客服了其缺點(diǎn)。與電爐煉鋼相比，剛方法具有以下優(yōu)點(diǎn)： ? 生產(chǎn)率高； ? 對(duì)鐵水成分的適應(yīng)性強(qiáng)； ? 廢鋼的使用量高； ④ 可生產(chǎn)低磷、低硫、低氮及低雜質(zhì)鋼等；⑤ 可生產(chǎn)幾乎所有的主要鋼品種。正因?yàn)橛羞@些長(zhǎng)處，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法在 1950 以后迅速的發(fā)展成為世界上的主要煉鋼方法。 由于所使用的鐵水成分和所煉鋼中的不同，吹煉工藝也有所區(qū)別。在未采用濺渣護(hù)爐工藝時(shí)，一爐鋼在吹煉過(guò)程中金屬成分、熔渣成分及熔池溫度的變化情況如下： ? 吹煉 初期， Fe、 Si、 Mn 的含量下降到很低，幾乎為痕跡量。繼續(xù)錘煉，它們不再被氧化。錘煉近終點(diǎn)時(shí)， Mn 的含量出現(xiàn)回升。 ? Si、 Mn被氧化的同時(shí)， C也被少量氧化。當(dāng) Si、 Mn 的氧化基本結(jié)束后，爐溫達(dá)到14500C以上， C的氧化速率又有所降低。 ? 吹煉剛開(kāi)始，由于 Si的迅速氧化使渣中 SiO2,含量高達(dá) 20%，又因?yàn)槭业闹饾u溶 4 解，渣中 CaO 的含量也在不斷的提高。當(dāng) Si 的氧化基本結(jié)束后，渣中 SiO2的含量又有所下降。爐渣的堿度則隨石灰的溶解而迅速的提高。 ④ 渣中的 FeO 含量在開(kāi) 吹后不久就可以達(dá)到 20%～ 30%。醉著脫碳速率的提高，渣中FeO 的含量會(huì)逐漸降低，但在錘煉后期又會(huì)有所升高。 ⑤ 由于堿性氧化性爐渣的迅速形成，大約在吹煉的前一半時(shí)間內(nèi)，含磷量以降低到%，脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在冶煉的中后期若溫度過(guò)高或爐渣中 FeO 含量降低，又會(huì)發(fā)生回磷現(xiàn)象。 ⑥ 渣中 MgO 含量的變化與是否采用白云石或磷鎂礦造渣工藝有關(guān)，另外還受到加入量的影響。一般情況下，采用白云石或磷鎂礦造渣，渣中 MgO 含量增加，有利于減輕熔渣對(duì)爐襯的侵蝕。 ⑦ 吹煉初期，隨著鋼液中含硅量的降低，含氧量升高。吹煉中 期脫碳反應(yīng)劇烈，鋼液中含氧量降低。吹煉末期，由于鋼中含碳量降低，鋼種含氧量顯著增加。一般根據(jù)終點(diǎn)含碳量的不同，含氧量在（ 400～ 1000） 106，的范圍內(nèi)變化。 ⑧ 吹煉過(guò)程中金屬熔池含碳量的變化規(guī)律與脫碳反應(yīng)有密切的關(guān)系。脫碳速率越快，終點(diǎn)含氮量越低。一般轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)含氮量可達(dá)到 20。 轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過(guò)程，由裝料、吹煉、測(cè)溫、取樣、出鋼、除渣構(gòu)成。吹來(lái)年時(shí)間與爐容量沒(méi)有直接關(guān)系，氧槍的吹煉時(shí)間通常為 11～ 20 分鐘，冶煉周期為 25～ 40 分鐘。 裝料時(shí)，把爐體向前方傾斜，先裝入廢鋼，接著 裝入鐵水，然后是爐體直立。吹煉開(kāi)始后，一遍吹氧一邊投入氧化鐵皮、礦石、石灰等輔助材料。當(dāng)氧氣噴槍降至設(shè)定位置時(shí)開(kāi)始噴吹氧氣。吹煉時(shí)高亮度的濃煙火焰從爐口排除，吹煉中期脫碳反應(yīng)最強(qiáng)烈的時(shí)期，氧的脫碳效率接近 100%。采用富槍動(dòng)態(tài)控制的場(chǎng)合，在排氣量逐漸減少、到達(dá)預(yù)定吹煉終點(diǎn)的前幾分鐘之前，降下副槍，測(cè)定熔池中的含碳量和溫度，預(yù)測(cè)達(dá)到目標(biāo)含量和目標(biāo)溫度的時(shí)間，然后吹煉到終點(diǎn)出鋼。當(dāng)采用人工經(jīng)驗(yàn)判斷出鋼終點(diǎn)時(shí)，把爐體傾向爐料側(cè)，從爐口進(jìn)行測(cè)溫和進(jìn)行取樣，并確認(rèn)含碳量和溫度是否合適，再將爐體倒向出鋼才出鋼。出鋼時(shí)向 爐內(nèi)及鋼水包中添加脫氧劑，出鋼后再把爐體倒向裝料側(cè)排渣，一爐鋼的冶煉才結(jié)束。 轉(zhuǎn)爐節(jié)能環(huán)保和資源綜合利用 作為重工業(yè)之首等鋼鐵工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)消耗掉大量的資源，并且會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán) 5 重的污染。為了保護(hù)地球的生態(tài)平衡，需要減少煉鋼過(guò)程對(duì)資源的消耗，改善煉鋼的生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)還要對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程的新資源和能源進(jìn)行有效利用，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)材料的再循環(huán)使用。 轉(zhuǎn)爐的節(jié)能手段 在我國(guó)，每生產(chǎn)一噸鋼需要 20～ 30T 原材料，同時(shí)還要消耗大量的能源。我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能耗站全國(guó)能耗的 90%左右，比 發(fā)達(dá)國(guó)家高處 20%～ 30%以上。由于我國(guó)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展水平不一樣，七其節(jié)能手段也不一樣。 下面介紹幾個(gè)能耗指標(biāo)： ? 工序能耗 指工序中生產(chǎn) 1T 合格產(chǎn)品所直接消耗的能源量，它是衡量工序能耗水平的指標(biāo)，即工序能耗 = 統(tǒng)計(jì)期內(nèi)合格的產(chǎn)量 回收并外供的能量工藝過(guò)程及輔助 ? 噸鋼綜合能耗 它可以有以下計(jì)算式得出： 連鑄坯總量統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的綜合 統(tǒng)計(jì)期內(nèi)能源消耗總量噸鋼綜合能耗 ?? 由于各企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不同，該指標(biāo)有較大的差異和波動(dòng)，因此它不能被作為企業(yè)間能好比較的考核指標(biāo)。對(duì)于一個(gè)企業(yè)，只有在近幾年內(nèi)產(chǎn)品構(gòu)成無(wú)顯著變化時(shí)，才能進(jìn)行相互比較。 ? 噸鋼可比能耗 為了是能耗不受企業(yè)結(jié)構(gòu)和變化的影響，以使其在企業(yè)間和國(guó)際上有可比性，在規(guī)定了必須的工作范圍后，人們制訂了噸鋼可比能耗指標(biāo)，它是指每生產(chǎn) 1 噸 所必備生產(chǎn)工序能耗之和，成為噸剛的可比能耗。按照規(guī)定，計(jì)算時(shí)只考慮焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、開(kāi)坯、軋材等配套生產(chǎn)所必需的能耗，還有內(nèi)部運(yùn)輸和煤氣、燃料油等加工輸送的能耗及分?jǐn)偟钠髽I(yè)能源污染，其他如耐火材料、鐵合金、石灰等生產(chǎn)工序不考慮在內(nèi)。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中計(jì)算時(shí)使用“標(biāo)準(zhǔn)煤”作為能耗指標(biāo)的單位，每一千克標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量為 。從大的方面考慮，節(jié)能可以從下面 3 個(gè)方面入手： （ 1）降低原材料和動(dòng)力的單耗和載能量 這是節(jié)能的前提，具體的方法有：降低供電消耗，保證鐵水條件和減少鐵水損失，提 6 高轉(zhuǎn)爐廢鋼比 ，提高連鑄比，提高連軋的收得率，引入新設(shè)備和節(jié)能型設(shè)備，輔助設(shè)備應(yīng)該注意節(jié)電，合理化工藝操作和流程，注意延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐壽命，降低耐火材料及部件的消耗等。 （ 2）降低燃料單耗及載能量 這是節(jié)能的重要方向，主要是指節(jié)約由于布局不合理或者熱效率低所帶來(lái)的浪費(fèi)。具體方法有：解決鐵、鋼、材不配套的問(wèn)題，合理布局，降低運(yùn)輸燃耗，提高原燃料的質(zhì)量，提高轉(zhuǎn)爐鋼和連鑄鋼比例，合理檢修，提高作業(yè)率，提高成品率、合格率、收得率，均衡各種產(chǎn)品比率等。 （ 3）回收生產(chǎn)過(guò)程中散失的載體和各種能量 這是節(jié)能不可或缺的部分。 回收這部分能量不僅能節(jié)能，而且還起到了保護(hù)環(huán)境的作用。具體的方法有：回收轉(zhuǎn)爐煤氣及蒸汽，回收廢棄品并加以綜合利用，減少氣、水、油等得跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生等。 有人總結(jié)，對(duì)包括連鑄或鑄錠在內(nèi)的轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)來(lái)講，主要的節(jié)能技術(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容： ?提高轉(zhuǎn)爐的材料和質(zhì)量； ?提高轉(zhuǎn)爐的廢鋼比； ?提高轉(zhuǎn)爐的鋼水連鑄比； ④采用轉(zhuǎn)爐全工序負(fù)能煉鋼技術(shù)：轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個(gè)能量有富余的煉鋼方法，衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)爐工序能耗和煉鋼廠能耗，當(dāng)爐氣回收的總能量 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)消耗的能量時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序的“負(fù)能煉鋼”，當(dāng)爐氣回 收的總熱量 煉鋼廠生產(chǎn)小號(hào)的總熱量時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了鋼廠的“負(fù)能煉鋼”； ⑤采用轉(zhuǎn)爐煤氣的高效率回收技術(shù)； ⑥提高主坯的一火成材率，提高連鑄坯的熱送溫度； ⑦采用煉鋼系統(tǒng)損失熱量和物質(zhì)的回收利用技術(shù)； ⑧開(kāi)發(fā)煉鋼系統(tǒng)的新型節(jié)能技術(shù)； ⑨采用轉(zhuǎn)爐的廢渣的回收和綜合利用技術(shù)等。 轉(zhuǎn)爐的煤氣回收循環(huán)利用 轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中，會(huì)從爐口排除大量總紅色的濃煙，這就是煙。煙氣的溫度很高，含有大量 CO、少量 CO2，及微量的其他氣體成分，另外還 夾雜著大量氧化鐵，金屬鐵粒和其他細(xì)小顆粒的塵埃。轉(zhuǎn)爐煙氣的特點(diǎn)是溫度高、氣量多、含塵量大，氣體具有毒性和爆炸性，直接排放會(huì)有很大的危害性，必須凈化后回收。轉(zhuǎn)爐煤氣正是煙氣中的氣體成分， 7 因此要回收煤氣，必須首先對(duì)煙氣進(jìn)行凈化除塵。 1 煙氣的收集很冷卻 延期的收集是由煙罩來(lái)完成的。然燒法通常用固定煙罩，而未燃法使用的是活動(dòng)煙罩，由于煙氣溫度 很高，收集完后要進(jìn)行冷卻處理。為了回收煤氣，利用余熱，可采用汽化冷卻器來(lái)冷卻煙氣。 2 煙氣的凈化 煙氣凈化系統(tǒng)主要有三種：采用未然法回收煤氣的文氏管法凈化系統(tǒng)、采用燃燒法的文氏管濕法凈化系統(tǒng)以及采用靜電除塵的干式凈化系統(tǒng)。 除塵的方法分為濕式和干式兩種： 在濕法除塵中，主要用到的設(shè)備是文氏洗滌器。當(dāng)調(diào)整好噴水量和噴水壓力后，文氏管的壓力損失吼口氣流有關(guān)，即除塵效率只與喉速有關(guān)。為了維持較固定的候速，可采用二文喉速調(diào)整機(jī)構(gòu)，使兩個(gè)喉口隨轉(zhuǎn)爐爐氣量的變大而開(kāi)大，隨爐氣量的變小而關(guān)小。二文喉口調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)包括一級(jí)文氏管和二級(jí)文氏管。一級(jí)文氏管的作用是降溫和粗除塵以及滅火泄壓防爆和補(bǔ)償系統(tǒng)的熱膨脹。設(shè)計(jì)二級(jí)文氏管的目的是把氣體中的細(xì)塵除掉已達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，按結(jié)構(gòu)可分為翼板式調(diào)徑文氏管、米粒型閥板調(diào)徑文氏管和錐形重鉈調(diào)徑文氏管。 干式除塵一般采用干式靜電除塵器，它用未然法來(lái)處理轉(zhuǎn)爐煙氣，也被稱為 LT 法。LT 法收集到的粉塵分為粗粒塵和細(xì)塵兩種，粗粒塵在蒸發(fā)冷卻塔中被吸收，細(xì)塵則由除塵其回收。在該法中由于不產(chǎn)生濕的粉塵，因此免去了濕法處理系統(tǒng)中的廢水處理、污水沉淀和污泥處理過(guò)程。目前這種方法因其具有節(jié)能節(jié)水的優(yōu) 點(diǎn)而被認(rèn)為會(huì)逐步取代濕法出塵。 煤氣的回收 煤氣的回收量通常在 70～ 100M3/T鋼。轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的 CO2,它屬于無(wú)污染的燃料，這有利于環(huán)保。目前轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵技術(shù)在國(guó)際上已被公認(rèn)為今后的發(fā)展方向，它可以部分或全部補(bǔ)償轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的能耗，有望實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐低能煉鋼和負(fù)能煉鋼的目標(biāo)。與濕法除塵系統(tǒng)相比，干式除塵系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：含塵量低；風(fēng)機(jī)壽命長(zhǎng)；節(jié)電；節(jié)水；煤氣回收量大；粉塵利用率高；占地少的優(yōu)點(diǎn)。 轉(zhuǎn)爐煤氣可作為燃料和化工原料。 轉(zhuǎn)爐煤氣的含氫量少，燃燒時(shí)不產(chǎn)生水汽，而且煤氣中不含硫 ，它可用于加熱混鐵爐、 8 烘烤鋼包及鐵合金以及用作均勻爐的燃料等，同時(shí)也可將其送入廠區(qū)的煤氣管作為生活煤氣使用。 轉(zhuǎn)爐煤氣還可以用來(lái)合成化工原料。 1）制甲酸辣。甲酸辣是染料工業(yè)中生產(chǎn)保險(xiǎn)粉的一種原料，用它可以代替鋅粉，節(jié)約金屬。合成甲酸鈉時(shí)，要求煤氣中的 CO 含量至少要達(dá)到 60%，含氮量小于 20%。用甲酸鈉又可以進(jìn)一步合成草酸鈉，其化學(xué)反應(yīng)式： CO + Na = HCOONa 2 HCOONa = COONa COONa +H2 2） 制合成氮。合成 氮是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍需要的一種化肥料。轉(zhuǎn)爐煤氣中 CO 含量較高，所含 P,S等雜質(zhì)量少，有利于合成氮的生產(chǎn)。生產(chǎn)合成氮時(shí)要求煤氣渣中的（ CO+H2)/N2應(yīng)大于 ， CO 含量要大于 60%，氧氣含量小于 %，煤氣含量小于 10mg/m3。煤氣中的 CO 在觸媒的作用下會(huì)使蒸汽轉(zhuǎn)換成氫氣氫氣由于煤氣中德氮在高壓下合稱為氨，其化學(xué)反應(yīng)式：