【正文】 :(1)如何進一步提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率；(2)如何適應(yīng)社會對鋼材質(zhì)量、性能日益苛刻的要求；(3)如何提高轉(zhuǎn)爐的控制精度；(4)如何降低轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)成本；(5)如何減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展證明，社會需求是轉(zhuǎn)爐技術(shù)發(fā)展的強大推動力。世界第一次石油危機，促進了轉(zhuǎn)爐大型化的發(fā)展；而第二次世界石油危機又一次推動了連鑄的普及和復(fù)合吹煉工藝的開發(fā)與推廣。今天，社會對潔凈鋼的大量需求又引起了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的第三次技術(shù)進步。近20年，潔凈鋼得到普遍地應(yīng)用。提高鋼的潔凈度，可以明顯改善鋼材性能。如控制軸承鋼(重軌鋼)的[]含量小于10106，使軸承壽命大幅度提高?？刂剖凸苡娩摰腫S]≤10106可以提高鋼材抗H2S腐蝕的能力?？刂其撝衃C]+[N]≤50106，可以大幅度提高鋼的深沖性能。這一切，要求轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)能盡快建立起大規(guī)模、廉價生產(chǎn)上述潔凈鋼的生產(chǎn)體系。日本學(xué)者根據(jù)潔凈鋼的生產(chǎn)特點，提出“分階段精煉”的工藝思想。在這一技術(shù)思想的指導(dǎo)下，開發(fā)出各種各樣的生產(chǎn)工藝，概括起來可分為兩大類:(1)采用鐵水運輸設(shè)備進行鐵水“三脫”預(yù)處理。工藝特點是：鐵水脫Si(ｗ(Si)≤%)、混鐵車(或鐵水罐)鐵水噴粉脫磷、脫硫。采用高堿度、低氣/固氧比工藝實現(xiàn)脫磷、脫硫。(2)采用轉(zhuǎn)爐進行鐵水“三脫”處理。工藝特點是：高爐采用低Si操作(≤%)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)造中等堿度爐渣，采用高氣/固氧比工藝脫Si、脫P、脫S；并根據(jù)需要在鐵水包內(nèi)進行噴粉深脫硫。經(jīng)過10年的實踐，日本對上述兩種工藝進行充分的技術(shù)評估。技術(shù)評估的具體指標(biāo)是:(1)石灰的利用效率：石灰脫磷效率ηCaO越高說明該工藝的反應(yīng)效率越高。石灰的利用效率定義為:ηCaO=([%P]i[%P]F)。(2)氣/固氧比例：氣/固氧比例越高，說明該工藝的熱損失越小，如圖1所示[1]。(3)轉(zhuǎn)爐精煉渣的返回利用率：采用三脫鐵水煉鋼生成高堿度氧化鐵爐渣中P2O5和S的含量很低(如表2所示)，可以作為脫磷渣使用。因此，精煉渣返回利用率越高，說明該工藝的生產(chǎn)成本越低。圖1 氣固氧比例對鐵水脫磷處理溫降的影響表2 典型的精煉爐成分(ｗ)%綜合比較，轉(zhuǎn)爐法鐵水預(yù)處理工藝是目前最佳的選擇。除了上述工藝技術(shù)上的優(yōu)點外，采用轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)鐵水“三脫”還有以下優(yōu)點:(1)工藝流程短，不需要采用鐵水“脫Si”工藝和噴粉脫硫、磷工藝，處理成本低。(2)處理能力大，容易實現(xiàn)“全量鐵水三脫預(yù)處理”工藝。(3)投資小，可利用轉(zhuǎn)爐原有設(shè)備進行“三脫”，不必新建鐵水“三脫”預(yù)處理站。(4)工藝穩(wěn)定，易于操作和控制。但轉(zhuǎn)爐“三脫”工藝需要占用一座煉鋼轉(zhuǎn)爐，會降低煉鋼廠的生產(chǎn)能力。為解決這一技術(shù)問題，日本積累了10年經(jīng)驗開發(fā)出高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝，使一座轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)量達到傳統(tǒng)兩座轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力。最終確立了一座轉(zhuǎn)爐的操作體制，實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的重大技術(shù)進步。 全量鐵水轉(zhuǎn)爐預(yù)處理工藝采用轉(zhuǎn)爐進行鐵水“三脫”，有利于實現(xiàn)全量(100%)鐵水預(yù)處理。目前，日本研究開發(fā)的轉(zhuǎn)爐預(yù)處理工藝主要有SRP法(住友)、ORP法(新日鐵)、NRP法(NKK)、H爐工藝(神戶)等方法。我國鋼研總院從1984年開始研究轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理工藝，與寶鋼合作成功地冶煉出ｗ(S+P++N+H)≤100106的超純凈鋼；與包鋼、梅山鋼廠合作，成功地用于中磷鐵水預(yù)處理。上述轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理工藝，在操作方法上有一定區(qū)別。但其本質(zhì)是相同的。即采用渣—鋼反應(yīng)進行脫P、S，而未采用噴粉工藝。以氣氧為主向熔池供氧，添加廢鋼控制反應(yīng)溫度。(1)鐵水Si含量的控制對于鐵水脫磷，要求嚴(yán)格控制鐵水Si含量。鐵水Si含量越低，石灰消耗越小，脫P效率越高。為此，對于噴粉法脫磷，受反應(yīng)空間的限制，一般要求鐵水ｗ(Si)≤%。而對于轉(zhuǎn)爐鐵水“三脫”工藝，如圖2所示[2]，控制鐵水ｗ(Si)≤%，可以保證良好的脫磷效果。因此，采用轉(zhuǎn)爐“三脫”預(yù)處理工藝可以和高爐低Si鐵冶煉工藝相結(jié)合，省去鐵水脫Si工藝。圖2 鐵水[Si]含量對處理終點[P]的影響(2)造渣工藝控制爐渣堿度R=～，可保證良好的脫S、脫P效果。渣鋼間磷、硫的分配比為:lｇｗ(P)/ｗ[P]=2～，lｇｗ(S)/ｗ[S]=～；脫磷率ηP≥90%，脫硫率ηS=40%～60%。為保證同時脫磷脫硫，=10%～15%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。由于反應(yīng)在低溫下進行，造高堿度渣有較大困難，通常采用以下技術(shù)：①采用脫碳轉(zhuǎn)爐精煉渣作為脫磷合成渣使用；②增大底吹攪拌強度促進石灰熔化，適當(dāng)增加螢石量；③配加由石灰粉和轉(zhuǎn)爐煙塵冷固結(jié)制成的高堿度低熔點脫磷劑。(3)強攪拌和弱供氧工藝轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷反應(yīng)速度決定于熔池攪拌強度。圖3為鋼研總院在150Kｇ感應(yīng)爐模擬試驗測定結(jié)果；熔池表觀脫磷速度隨熔池攪拌強度和爐渣堿度的提高線性增大。對于300T轉(zhuǎn)爐，～Min。正常情況下，表觀脫磷速度常數(shù)可達到KP=(%min)，對于普通鐵水(ｗ([P])=%)，純處理時間為10 min)。圖3 底吹氣量ＱN2對KP值的影響控制處理過程中鐵水[C]的燒損，對后步轉(zhuǎn)爐精煉非常重要。隨著熔池中[P]降低，[C]的燒損趨于嚴(yán)重。為了避免[C]的嚴(yán)重?zé)龘p，需采用以下措施:①嚴(yán)格控制處理溫度，避免熔池脫碳升溫；②采用弱供O2工藝，～min；③增強熔池攪拌強度。鋼研總院開發(fā)的變流量頂吹供氧工藝處理中磷鐵水(ｗ([P])≥%)，可保證處理終點ｗ([C])≥%；脫磷效率ηP≥90%。(4)吹煉溫度控制與熱平衡為了保證脫磷和抑制脫碳，兼顧后步煉鋼的熱量需求，控制處理溫度在1320～1350℃為宜。依靠加入廢鋼控制反應(yīng)溫度，50T轉(zhuǎn)爐處理ｗ[P]=%的中磷鐵水，可熔化70～90Kｇ/T廢鋼。表3給出轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理的熱平衡概算。從表中可以看出，相當(dāng)于熔化73Kｇ/T廢鋼所消耗的熱量。表3 普通鐵水“三脫”預(yù)處理的熱平衡 少渣冶煉(1)轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝圖4給出轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)的工藝原理示意圖。脫磷轉(zhuǎn)爐采用脫碳轉(zhuǎn)爐渣作為脫磷劑ｗ(P2O5)=%，處理后的低S、P鐵水供脫磷轉(zhuǎn)爐作原料，脫碳升溫。圖4 轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝原理示意圖(2)冶金特點轉(zhuǎn)爐采用“三脫”鐵水冶煉，鐵水[Si]很低，使渣量銳減。精煉任務(wù)主要是脫碳升溫，如圖5所示[4]。對于少渣冶煉的轉(zhuǎn)爐，氧氣利用效率提高，吹煉時間縮短。特別是在吹煉后期，不但氧的脫碳效率明顯提高，而且熔池脫碳速度限制環(huán)節(jié)從氧擴散轉(zhuǎn)為碳擴散的轉(zhuǎn)折點也從ｗ([C])=%%。因此，按常規(guī)冶煉控制終點，將引起熔池過氧化。如圖6所示，吹煉后期采用減氧操作，可避免爐渣的過氧化[5]。圖5 終點[C]對氧氣脫碳效率φ的影響圖6 減氧操作對吹煉終點[C][O]平衡關(guān)系(3)Mn、Cr礦的熔融還原由于鐵水中[Si]低，給少渣冶煉的造渣工藝帶來極大困難。通常采用添加Mn礦(或Cr礦)，增加渣中SiO2含量保證熔化高堿度爐渣。由于渣量少，鋼中Mn的回收率提高。如圖7所示，控制終點ｗ([C])≥%，使Mn礦的收得率接近100%[6]。而當(dāng)終點ｗ([C])≥%，Cr的回收率可達到90%。冶煉含碳較高的高Mn鋼，終點殘ｗ(Mn)%～%，有明顯的經(jīng)濟效益。圖7 240T轉(zhuǎn)爐少渣冶煉Mn礦的收得率與終點[C]的關(guān)系(4)吹煉熱平衡圖8給出少渣冶煉過程的熱平衡[4]。從圖中可以看出，對于少渣冶煉，雖然爐渣熱損失明顯減少，但總的熱收入降低。和傳統(tǒng)煉鋼工藝相比，(相當(dāng)于熔化110Kｇ/T廢鋼的熱量)。這對于大型轉(zhuǎn)爐，在不加入廢鋼的條件下可保證正常吹煉。但對于小型轉(zhuǎn)爐，熱量略有不足。但和高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，將冶煉爐數(shù)從25爐/日增加到40爐/日，則可減少熱損失約12MCal/T?？梢员ＷC正常吹煉。圖8 采用“三脫”鐵水煉鋼的熱平衡 智能控制轉(zhuǎn)爐控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了“靜態(tài)控制”、“動態(tài)控制”和“全自動吹煉”三個發(fā)展階段。圖9 轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)的改進如圖9所示，日本各鋼廠從1980年開始采用轉(zhuǎn)爐全自動吹煉技術(shù)，使終點[C]、T的雙命中率提高到90%以上，而“后吹”次數(shù)降低到10%以內(nèi)[7]。轉(zhuǎn)爐全自動吹煉技術(shù)包括以下控制內(nèi)容:(1)利用智能化的靜態(tài)模型，控制吹煉軌跡。一般根據(jù)冶煉鋼種的條件和本爐吹煉的初始條件(如鐵水成份、溫度)，由計算機計算吹煉條件，確保終點命中率。(2)吹煉過程中動態(tài)調(diào)整。一般通過對爐渣的在線檢測信號，動態(tài)調(diào)整頂槍槍位和加料程序，避免吹煉過程爐渣“返干”或“噴濺”，保持平穩(wěn)吹煉。(3)終點動態(tài)控制。一般采用副槍，在終點前2～3Min取樣定碳測溫，校正吹煉軌跡，保證更精確地命中終點成分與溫度。(4)對終點磷的預(yù)報與控制。為了實現(xiàn)不倒?fàn)t出鋼，減少“后吹”次數(shù)，加強了對出鋼P、S的控制，保證P、S成分與C、T能同時命中。對P的控制與預(yù)報，主要依靠智能化的計算機控制模型實現(xiàn)。(5)對終點的精確控制。為了保證純凈鋼的生產(chǎn)，對轉(zhuǎn)爐終點的精確控制不僅要保證終點碳、溫的精確命中，確保S、P成分達到出鋼要求，而且要求盡可能低地控制鋼水氧含量。采用全自動吹煉技術(shù)以前，終點鋼水ｗ([O])=%～%，無法滿足純凈鋼生產(chǎn)的工藝要求。為了保證鋼水純凈度，要求終點鋼水氧含量越低越好。如生產(chǎn)超低碳鋼(ｗ([C])≤%)，一般要求[O]≤600106。為了精確控制終點鋼水[O]，采用以下工藝技術(shù)：(1)采用少渣吹煉工藝，精確控制終點[C]含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))：對于低碳鋼([C]%)，碳的控制精度為Δ[C]=177。%；對中碳鋼(%≤[C]%)，Δ[C]=177。%；對于高碳鋼([C]≥%)，Δ[C]=177。%。(2)提高吹煉后期熔池攪拌強度。隨熔池攪拌強度的提高，渣—鋼反應(yīng)趨于平衡，可以降低渣中FeO含量，減少鋼水含氧量。(3)如圖10所示，吹煉末期頂吹采用變流量供氧技術(shù)，適當(dāng)降低供氧強度，可使低碳鋼冶煉的含氧量降低到400106的水平(ｗ([C])=%)[8]。圖10 供O2強度對終點[O]的影響 高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝采用轉(zhuǎn)爐“雙聯(lián)”生產(chǎn)，關(guān)鍵要實現(xiàn)“一座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)體制”，確保一座轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能達到傳統(tǒng)兩座轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力。為此，必須實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高效化生產(chǎn)。高效化轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝的基本內(nèi)容包括：(1)縮短吹煉時間：轉(zhuǎn)爐采用“三脫”鐵水少渣冶煉，純吹煉時間通常可縮短3～5min，采用智能控制技術(shù)，～3min。(2)縮短輔助時間:由于轉(zhuǎn)爐吹煉速度加快，渣量減少，對爐襯的侵蝕速度降低50%。日本NKK福山廠采用不補爐工藝，可縮短輔助作業(yè)時間3min。在未采用任何補爐措施的條件下，使轉(zhuǎn)爐爐齡達到10000爐以上。如圖11所示，日本NKK福山廠利用一座轉(zhuǎn)爐作為脫磷爐，實現(xiàn)了100%鐵水“三脫”預(yù)處理[9]。脫碳轉(zhuǎn)爐的冶煉周期由40min縮短到25min，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率由88%提高到92%。一座轉(zhuǎn)爐的月產(chǎn)鋼量(300T轉(zhuǎn)爐)達到70萬T，達到傳統(tǒng)2座轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)鋼量。圖11 采用一座轉(zhuǎn)爐吹煉制生產(chǎn) 技術(shù)經(jīng)濟評估原材料消耗與生產(chǎn)成本(1)鋼鐵料消耗如表4所示，雙聯(lián)法生產(chǎn)1t鋼水的鐵耗比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐減少25kg表4 雙聯(lián)法與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐的鐵耗比較(2)輔料消耗包括脫硅，轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝的石灰消耗一般比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐減少40%。(3)生產(chǎn)成本。按目前國內(nèi)價格計算。表5 兩種工藝生產(chǎn)成本的比較超純凈鋼生產(chǎn)采用轉(zhuǎn)爐“雙聯(lián)”工藝，適于大量地、經(jīng)濟地生產(chǎn)超純凈鋼。各工序鋼水純凈度指標(biāo)如表6所示。從表中可以看出，采用雙聯(lián)工藝，S、P等雜質(zhì)含量明顯降低。表6 雙聯(lián)法鋼水純凈度控制節(jié)能與環(huán)境保護轉(zhuǎn)爐采用煤氣回收工藝，已經(jīng)使轉(zhuǎn)爐煉鋼工序達到負(fù)能耗。，創(chuàng)世界先進水平。1996年寶鋼煉鋼廠又創(chuàng)造了煉鋼廠(包括連鑄工序)。采用轉(zhuǎn)爐“雙聯(lián)”工藝后，由于少渣冶煉使氧氣脫碳效率升高，脫碳速度轉(zhuǎn)折點延遲，更有利于煤氣回收。同時，由于吹煉時間明顯縮短，[10]，則1T鋼可節(jié)電27KＷH。節(jié)能效果非常明顯。此外，采用“雙聯(lián)”工藝后，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的總渣量減少50%，達到40～50kg/T的水平，對環(huán)境保護有重要意義。對國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的建議(1)目前，我國已經(jīng)是產(chǎn)鋼一億噸的鋼鐵大國，目前轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占80%以上。根據(jù)我國資源、能源的條件，預(yù)測下世紀(jì)初轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)仍將占主導(dǎo)地位。但在轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)方面與日本相比，仍有較大差距。因此，國內(nèi)應(yīng)更廣泛地深入研究，宣傳和開發(fā)“雙聯(lián)法”轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝及其對轉(zhuǎn)爐技術(shù)進步的重要影響。能否采用“雙聯(lián)”工藝，是思想觀念的革命。要打破轉(zhuǎn)爐“二吹一”的傳統(tǒng)工藝束縛，才能實現(xiàn)一座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)體制。除了觀念的變化，還必須深入認(rèn)識到采用“雙聯(lián)”工藝的困難。日本耗費整整10年才完善這一工藝就是一個證明。(2)對于國內(nèi)100T以上的大型轉(zhuǎn)爐，都有條件采用“雙聯(lián)”工藝。應(yīng)該盡快加強這方面的研究工作，并建議國家組織科技攻關(guān)，支持這項技術(shù)在中國的發(fā)展與提高，改變國內(nèi)轉(zhuǎn)爐的技術(shù)面貌。(3)對于國內(nèi)眾多的中小型鋼廠(50T以下轉(zhuǎn)爐)，應(yīng)按“一座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)體制”建設(shè)一座100T級大型轉(zhuǎn)爐作為脫碳爐，而將原有轉(zhuǎn)爐車間作為預(yù)處理站實現(xiàn)全量鐵水“三脫”，并利用混鐵爐調(diào)節(jié)鐵水