我國煉鋼機械工藝的優缺點及發展方向

楊芯　劉曉鋒

摘 要：隨著社會的進步，科技的發展，我國對鋼的產量需求也越來越大，對鋼的質量要求也越來越高。本文通過分析現今我國主要的煉鋼工藝，提出今后我國煉鋼工藝的發展方向。

關鍵詞：煉鋼機械工藝；優缺點；發展方向

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

0 引言

中國是世界上最早生產鋼的國家之一，通過春秋晚期的文物就可以發現，那時候就已經有了鋼制實物，已經2500余年的歷史。

煉鋼的過程是利用氧化還原反應，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的雜質去掉。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，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，以調整鋼的成分。含炭較高的鐵水或生鐵加入煉鋼爐以后，經過供氧吹煉、加礦石、脫炭等工序，將鐵水中的雜質氧化除去，最后加入合金，進行合金化，便得到鋼水。我國現有的煉鋼爐有平爐、轉爐和電爐3種，平爐煉鋼法因能耗高、作業環境差已逐步被淘汰。下面就電爐和轉爐這兩種煉鋼機械工藝進行分析比較，進而提出我國煉鋼機械工藝的發展趨勢。

1 電爐

電爐煉鋼是比較籠統的說法，具體的來說電爐煉鋼分為電弧爐煉鋼、感應爐煉鋼和電渣爐煉鋼這三種煉鋼法。但是在平時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，在電爐爐鋼內全部加入冷廢鋼，經過長時間的熔化與提溫，再進入氧化期。

以廢鋼為原料的電爐煉鋼，相比高爐轉爐法，基建投資少，同時由于直接還原技術的發展，減少了大部分廢鋼的使用，因此就推動了電爐煉鋼。世界上現有較大型的電爐約1400余座，目前電爐正在向大型、超高功率以及電子計算機自動控制等方面迅速發展，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發展迅速。轉觀國內，由于電力和廢鋼不足，目前主要用于冶煉優質鋼和合金鋼。20世紀90年代，我國的電弧爐產鋼量的得到了大幅度上升，由容量小的電弧爐建設成大容量、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。為提高鋼產品的質量，部分工廠引進了LF爐，同時采取全高級連鑄生產技術，如天津鋼管公司。

2 轉爐

1856年，英國人發明了底吹酸性轉爐煉鋼法，這是近代煉鋼法的開端，當時引起了很大的反響。但因不能去除磷和硫，發展空間受到限制。1864年，法國創立了平爐煉鋼法，因容量大，生產產品種類多，迅速成為了當時主要的煉鋼方法。當時世界上85%的鋼都是有平爐煉鋼法煉制出來的。1951年，唐山鋼廠實驗成功了側吹轉爐煉鋼法，1962年，首鋼試驗廠建成我國第一個氧氣頂吹轉爐。為我國日后氧氣頂吹轉爐煉鋼技術的發展提供了寶貴經驗。轉爐生產出的鋼產量占據我國鋼產量的大部分，可見轉爐煉鋼工藝的重要性。

轉爐煉鋼工藝是先將鐵水裝入混鐵爐預熱，將廢鋼加入轉爐內，然后將混鐵爐內的高溫鐵水用混鐵車兌入轉爐，進行融化與提溫，當溫度合適后，進入氧化期。

轉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、側吹和低吹，按氣體種類可分為氧氣轉爐和空氣轉爐。目前最普遍的煉鋼設備是頂底復吹轉爐和堿性氧氣頂吹，其優點是生產速度快、產量大、成本低、投資少、單爐產量高。隨著用戶對鋼材性能和質量的要求越來越高，鋼材的應用范圍越來越廣，同時鋼鐵生產企業也對提高產品產量和質量，擴大品種，節約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，轉爐生產工藝流程發生了很大變化。鐵水預處理、復吹轉爐、爐外精煉、連鑄技術的發展，打破了傳統的轉爐煉鋼模式。

3 優缺點分析比較

煉鋼時，主要是鐵水中的碳產生氧化反應，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，若吹入過量氧，其他元素也會氧化。這個時候，電弧爐煉鋼的優勢就突顯出來了。一般來說，電弧爐用于冶煉碳素鋼和冶煉合金鋼，轉爐用于生產碳鋼、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，電爐煉鋼比轉爐煉鋼更節省原材料和成本；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。轉爐煉鋼主要以爐體本身和爐內的保溫材料為主。故在能源方面，轉爐煉鋼比電爐煉鋼更優越；在生產效率方面，電爐煉鋼生產工序少，操作簡單，生產效率高于轉爐煉鋼。綜合各方面來說，電爐煉鋼優于轉爐煉鋼。

4 發展方向

我國煉鋼水平雖有所提高，但是還遠遠落后于國外水平。我國煉鋼機械工藝的發展方向就是高校、低耗、優質。要創新煉鋼工藝，就要從原材料、能源與技術這三個重點方面入手。

4.1 原材料

我國鋼鐵產量的增長，必然會受到原材料的影響。開發先進的廢鋼技術，研制煉鐵技術，獲得穩定的高質量的材料，強化對廢鋼破碎設備的研制，緩解國內資源緊張的現狀。

4.2 能源

降低能耗，廢氣及噪聲，充分利用化學能與物理熱，提高生產效率。

4.3 技術

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

總之，隨著我國經濟發展方式的轉變，根據低碳經濟和循環經濟的需要，我國目前的煉鋼方式必定要走綠色環保的路子。我國雖不是鋼鐵大國，但發展煉鋼技術，提高高端產品出口率，已成為強國的必然選擇。

作者簡介：楊芯（1978-），女，遼寧遼陽人，本科，機械中級，科員。