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钢铁冶炼工艺技术的未来探索

来源:未知 时间:2015-11-24 13:55 阅读次数:

   世界钢铁生产工艺流程经过长期的发展和选择,淘汰了空气转炉、平炉炼钢方法,只剩下两种主要流程:以高炉—氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程,即长流程;以废钢—电炉炼钢为中心的“小钢厂”的钢铁生产流程,即短流程。陕西瑞凯预计在本世纪中叶,视社会资源结构、环境承受能力和技术进步的程度等,长、短两种流程会互相渗透、并存发展且短流程比长流程发展空间更加广阔,直至两者在一个最佳点上达到平衡。

  如果说平炉取代空气转炉,氧气转炉连续铸钢流程取代平炉、模铸开坯流程,电弧炉短流程与转炉长流程并存、部分取代是钢铁工业的三次革命,那么随着电弧炉转炉化、转炉电弧炉化的不断演化,两者炉料、能源、工艺、功能、经济性等结构的进一步趋同,电弧炉短流程与转炉长流程之外的新的流程工艺也一定会出现,或二者合一或出现第三种,即钢铁工业的第四次、第五次革命一定会到来。 1钢铁工艺流程技术的演进
  英国人贝塞麦向熔化的铁水中吹入空气,成功的冶炼出第一炉钢,结束了半固态炼钢生产史,奠定了现代化钢铁生产基础。
  英国人西门子使用了蓄热室为平炉的构造奠定了基础。1864年法国人马丁利用有蓄热室的火焰炉,用废钢、生铁成功地炼出了钢液,从此发展了平炉炼钢法,在欧洲一些国家称平炉为西门子—马丁炉或马丁炉,即以煤气、天然气或重油等为燃料,在燃烧火焰直接加热的状态下,将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。此法同空气转炉比较有下述特点:①可大量使用废钢,且生铁和废钢配比灵活;②对铁水成分的要求不像转炉那样严格,可使用转炉不能用的普通生铁;③能炼的钢种比转炉多,质量较好。因此,碱性平炉炼钢法问世就为各国广泛采用,成为世界上主要的炼钢方法。在1930~1960年的30年间,世界每年钢的总产量近80%是平炉钢。
  平炉被取代的最主要原因是:被熔化的固体废钢热传导面积极小,一次能源的利用很低(而此时电能利用率高)。由于氧气转炉反应速度快,热效率高,含氮量也低,还可使用近30%的废钢,可使冶炼时间几乎缩短到传统平炉炼钢法所需时间的20%,从而大大提高了炉子效率,而所需的建设费用却未相应增加,因此,平炉从60年代起逐渐失去其主力地位,且逐步处于被取代的地位。
  短流程冶金的兴起除与钢铁生产工艺装备技术进步,电力资源的充裕等有关,更与美国的钢铁工业发展战略密不可分。陕西瑞凯前面已提到过,美国在战后30年里钢铁工业现代化滞后,跟不上技术进步步伐,在钢材品种和质量上存在很大差距。1960年前后,在平炉被淘汰的过程中,出现了将电炉(当时用于生产少量特殊钢)与连铸等新技术结合起来的简单高效小钢厂,即短流程钢厂。1973~1974年,美国钢材交货能力1.08亿t,低于表观消费总量1.196亿t。鉴于这种局面,到80年代中期,美国钢铁工业对其结构进行现代化改造和调整优化,决定把大量的投资投向新建的电炉小钢厂,使其生产能力得到迅速增加。同时把能耗高、原材料消耗高、操作环节多、污染环境、劳动密集型生产工序进行削弱投资,甚至把初级冶金产品和炼钢的原料放到国外。
  随着20世纪80年代初薄板坯连铸技术的出现,使曾被广泛认为超出小钢厂生产范围的扁平材在小钢厂生产具有了竞争性,打破了高炉—转炉流程生产板材一统天下的局面。
  钢铁生产长、短流程工艺技术分析
  平炉炼钢法已被淘汰,现今是长、短两种流程并存和发展。长流程是将铁矿石在高炉中炼成铁水,然后炼成钢,最后铸成坯。短流程的主要技术进步是它可省去投资巨大的高炉炼铁工序,用废钢(或DRI)作为原料,在电炉中炼成钢水铸成坯。这样可取消钢铁生产中投资巨大的部分,即炼铁高炉,也可省去供给铁矿石、煤和焦炭,同时降低能耗,避免了由于炼焦造成的大量污染,降低生产成本,可建在钢材用户区域内。一般短流程小钢厂不是联合企业,因此其生产方式比长流程钢铁联合企业更灵活。
  钢铁生产长、短流程工艺技术比较
  (1)功能。转炉:脱碳器、升温器、能量转换器;电炉:废钢溶化器、升温器、能量转换器、废物处理器(如塑料、轮胎等)。
  (2)能源构成及消耗。转炉:铁水物理热+碳氧反应化学热;电炉:电能+化学热(碳氧反应、氧燃烧嘴等)+物理热(被预热废钢、加入铁水)。废钢—电炉—钢水与高炉—转炉—钢水两种工艺比,前者能源总消耗只是后者的50%。
  (3)原料。转炉:高炉铁水为主+固体含铁料;电炉:固体含铁料为主(目前中国加部分高炉铁水)。
  (4)钢种质量。转炉与电炉冶炼钢种几乎相同(除含有难熔合金外),电炉钢比转炉钢残余元素多。由于早期特殊钢大都采用电弧炉冶炼,习惯上形成了特殊钢厂就是电炉钢厂,特殊钢一定要用电炉冶炼,而电炉一定要生产特殊钢才够水平,才可以有好的经济效益。这主要是由于早期电炉炼钢的特点和特殊钢本身产品特点决定的,早期用电弧炉炼特殊钢,达到了扬长避短的目的。同时人们也一直认为转炉就主要是用来炼普通钢。随着社会废钢资源的积累,直接还原技术的开发,电力工业的发展,电弧炉炼钢技术(大容积电炉、超高功率电炉等)和炉外精炼技术的飞速发展,电炉钢厂越来越多的生产普通钢,而转炉钢厂越来越多的炼特殊钢。电炉炼钢、转炉炼钢两种方法,无论是炼特殊钢还是炼普通钢,从质量上、经济上越来越接近。
 
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