鋼鐵冶煉新技術與耐火材料研究

李淑清

（遼寧冶金職業技術學院，遼寧 本溪 117022）

自上世紀50年代開始，鋼鐵是我國經濟建設和國民經濟發展中不可或缺的重要的基礎材料之一，鋼鐵的數量和鋼鐵冶煉的技術始終能夠代表和顯示一個國家的經濟實力和綜合國力。在科學發展迅速的時代，鋼鐵工藝優化也迅速發展[1]。特別是在現階段，新一代可回收鐵制造工藝已經創立并得到了迅速的推廣和普及，現代冶煉鋼鐵的新技術具有技術現代化，支持生產大型設備，節能生產，高效工藝，產品優質，資源回收，優質施工，高效，低成本，清潔生產系統的優勢和特點，為建設資源節約型和環境友好型的社會具有十分重要的意義。與此同時，鋼鐵冶煉技術的發展也影響了耐火材料的技術發展。

1 鋼鐵冶煉與耐火材料概述

1.1 鋼鐵冶煉簡介

我們所熟知的鋼鐵冶金工藝過程，通常被簡稱為鋼鐵冶煉。根據碳含量，工業生產的鐵分為生鐵（碳含量大于2%）和鋼（碳含量小于2%）。鋼鐵冶煉的核心和關鍵在于電子束熔化爐的操作和運用，而其中電子槍又是電子束熔化爐的核心。電子槍包括槍頭（通常狀況下由燈絲、陰極、陽極等部件共同組成）、聚焦線圈以及偏轉線圈等等[2]。現階段，較為常用的鋼鐵冶煉操作人員更愿意使用高爐煉鐵，并且單獨使用直接還原煉鐵方法和高爐煉鐵方法。煉鋼主要由高爐冶煉生鐵和海綿鐵及廢鋼精煉而成，采用直接還原煉鐵制成，并采用不同方法精煉成鋼。基本生產工藝是在煉鐵爐中將鐵礦石冶煉成生鐵，然后以生鐵為原料，采用各式各樣的方法制造鋼鐵，鑄造成鋼錠或連鑄坯[3]。

1.2 耐火材料簡介

耐火材料屬于無機非金屬材料范疇，其耐火度高于1580℃，耐火性是指經過耐火錐形試樣的攝氏溫度，該試樣耐高溫不會在沒有負荷的情況下軟化和熔化。耐火材料廣泛應用于冶金，化工，石油，機械制造，硅酸鹽，電力等工業領域。耐火材料的使用率在冶金行業的材料中比重是最大的，占總產量的50%至60%。耐火材料廣泛應用于國民經濟的各個領域，如鋼鐵，有色金屬，玻璃，水泥，陶瓷，石化，機械等，是保證材料的必備材料。

2 鋼鐵冶煉的新技術

2.1 分散控制系統波動溫度穩定控制技術

鋼鐵冶煉的溫度是一個隨時間變化的無法受到線性控制對象，在進行實際操作的過程中很難實現利用一個完整、準確的模型進行量化操作。數學模型技術在一定程度上無法獲得精準的控制結果。因此，相關操作人員采用了一種全新的分布式控制系統，即在鋼鐵冶煉中的分散控制系統波動溫度穩定控制技術。

分散控制系統波動溫度穩定控制技術在實際操作的過程中，采用PC機作為上位機進行系統整體控制和調度，而將PLC作為下位機，方便監控電子束熔化爐內的溫度變化狀況。除此之外，還配備了相應的配套熱電偶等組件，共同完成分散控制系統波動溫度穩定控制任務。分散控制系統波動溫度穩定控制技術的操作系統是一種較為經典的常規的DCS系統，在實際操作過程中，鮮少出現不可控制的意外狀況，當操作系統的主計算機出現意外狀況或故障時，在短時間內依然可以依靠下位計算機進行獨立運行，在一定范圍內并不會對系統的整體運行產生很大的影響。在DCS系統運行期間，冶煉爐中的溫度由于外部環境的干擾而波動。為了確保產品的冶煉質量，需要穩定控制波動溫度。啟動控制后，PC將接收相應的信號，PC將設置爐內的溫度值。

2.2 節能技術

經過幾十年的發展和變化，我國的經濟社會環境發生了翻天覆地的變化，這少不了鋼鐵在其中發揮的重要作用。時至今日，我們在進行社會勞動生產和國家經濟建設時，依然離不開對鋼鐵的消耗和使用。隨著我國工業行業的日益壯大，鋼鐵的消費總量也在日益增加，鋼鐵冶煉所消耗的技術力量和各種材料的數量幾乎是難以預估的。目前，我國鋼鐵業產生的能源消耗過多，如果缺乏節能技術，現有的資源和能源利用面臨巨大壓力，這要求我們將節能減排作為鋼鐵冶煉過程的重要組成部分。在冶煉鋼鐵的實際操作過程中，將能源節約技術融入到實際操作中，有許多節能方法可以應用。例如轉爐冶金純凈鋼技術，廢鋼預熱電弧爐等等，這些節約能源的方式均是被相關操作人員所廣泛使用的。近年來，在我國，在冶煉鋼鐵的實際操作過程中融入節能方法后起到了十分明顯的作用。在節約能源的同時，還起到了降低成本的作用。如今，我國正在面臨著嚴峻的能源問題，進而對鋼鐵生產行業也提出了更嚴格的要求。因此，節能技術的推廣和應用是大勢所趨。

2.3 環保技術

隨著科學技術的發展，鋼鐵冶煉的方式和方法已經發生了很大的變化，現代國際鋼鐵工業的先進工藝及產品在系列化、緊湊性、專業化等方向上均取得了較為強勁的發展。但是，鋼鐵冶煉的主要工藝依然離不開勘探，采礦，冶金爐，鍛造或軋制。冶金工業最重要的原材料是礦床開采的鐵礦石。鐵礦石含量越高，用于生產鐵的原料越少，時間越短。故而提高鐵礦石質量是環保技術發展的重要方向。鋼鐵工業是一個資源密集型，能源密集型和高污染行業。為了實現用最少的資源消耗進行高效率生產，最好的辦法是質量控制，把對環境的傷害降低到最小。這便需要將環保技術與鋼鐵冶煉工藝相融合，加強工藝過程的優化，實現資源的重復利用。當前較為常見的環保技術包括：高效連鑄技術、干熄焦（CDQ）技術、煤調濕技術、廢鋼預熱電弧爐技術等等。上述技術能夠幫助相關人員在進行冶煉鋼鐵的過程中適應環境變化，應對資源，能源甚至環境問題。

2.4 鐵浴熔融還原技術

鐵浴熔融還原技術是現代鋼鐵冶煉技術家族的新成員，這項技術能夠更加有效的控制鋼中其他非金屬雜質的含量，還能夠提高鋼的純度。近年來，鐵浴熔融還原技術得到了發展和完善，鐵浴熔融還原度的技術指標越來越高，因此，鋼的質量可以進一步提高。鐵浴熔融還原技術第一步必須創建模型，然后使用控制設備將煉鋼爐中的熔池完全混合，以便可以合理地控制爐內的溫度和休眠時間，以避免不必要的消耗并減少吹制爐的數量，這樣一來便能夠實現能源節約并避免不必要的能量損失。

2.5 廢鋼熔煉技術

廢鋼熔煉技術在冶煉過程中使用電弧爐將產生高的熱能和化學能，但經過適當的研究，可以發現煉鋼爐中的氧化反應仍在繼續，并且能夠通過廢氣將越來越熱的氣體排出。在冶煉鋼鐵的過程中，煙氣釋放的熱量占總能量消耗的很大一部分。如果能夠控制這種問題，勢必將顯著提高鋼鐵冶煉的節能效應。用于預熱廢料的電弧爐的核心是利用鋼鐵冶煉過程中產生的廢氣來預熱鋼材原料并降低能耗。據有關資料顯示，如果原料溫度上升50℃，則可節省10千瓦時/噸的能量，因此很容易理解，該技術的推廣具有難以想象的發展前景。

3 鋼鐵冶煉新技術對耐火材料的影響

3.1 煉鐵技術及耐火材料

煉鐵技術對于耐火材料的使用還是相對較多的，例如，鐵浴熔融還原技術在實際操作過程中需要頻繁的使用到耐火材料。近年來，鐵浴熔融還原的增加和直接還原生鐵冶煉的減少為了達到工業化生產，冶煉鐵工藝和新工藝的優化也為耐火材料提出了新的要求，如，提高剛玉質材料的抗侵蝕性等。

3.2 煉鋼技術及耐火材料

煉鋼技術的發展，使得煉鋼耐火材料的結構也發生了一定的變化。冶煉過程中的廢鋼冶煉技術，與高爐耐火材料工藝相比，回收工藝需要較高熔點的耐火材料，以防止FeO的侵蝕，這需要高耐熱性和更好的熔融區。該區域的耐火材料主要以復合材料為主。

3.3 鋼鐵工藝對未來耐火材料的要求

為了能夠進一步適應現代化鋼鐵工業的要求，堅持走自主創新發展的道路，開發新材料和新產品，研發工作要注意以下幾個方面：第一，加強對高導熱率和超微孔產品、無硅和無碳材料以及用堿焙燒的磚的開發和利用；第二，進一步推廣精煉工藝和超純鋼的研究以及冶金節能耐火材料一體化技術；第三，加強跨學科和納米技術在耐火材料中的應用研究；第四，開發改性和均質材料并綜合利用礦產資源等等。

4 結語

綜上所述，根據上文對鋼鐵冶煉新技術及其對耐火材料的影響等內容的分析和介紹，可以知道，當期我國的鋼鐵冶煉技術和耐火材料的發展已經達到了國際先進水平，進入了國際先進行列。鋼鐵冶煉新技術和耐火材料的相互配合，已經能夠滿足我國經濟建設所需要的鋼鐵數量的供應。鋼鐵行業的發展是需要長期的努力和維護的，就目前的狀況來看，我國的鋼鐵冶煉和耐火材料的發展仍然擁有更加廣闊的前景，值得期待。