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　　又到歲末盤點(diǎn)時(shí)，這一年，鋼鐵企業(yè)在高質(zhì)量發(fā)展的道路上砥礪前行，產(chǎn)、學(xué)、研各環(huán)節(jié)都在圍繞這一目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，力求進(jìn)一步發(fā)揮技術(shù)的力量，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。作為見證者，本期裝備技術(shù)版對(duì)今年的相關(guān)報(bào)道內(nèi)容進(jìn)行了梳理和總結(jié)，希望再接再厲，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步!

　　煉鐵：進(jìn)一步解放思想、創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)煉鐵

　　經(jīng)過長(zhǎng)久的發(fā)展，我國(guó)煉鐵生產(chǎn)取得了突出的成績(jī)，技術(shù)進(jìn)步明顯。站在鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的當(dāng)下，如何進(jìn)一步發(fā)揮高效煉鐵的作用，從而跟上行業(yè)形勢(shì)的變化，推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展，需要煉鐵人進(jìn)一步解放思想，創(chuàng)新技術(shù)，科學(xué)煉鐵。

　　高爐煉鐵是用焦炭和噴吹燃料(如煤粉、天然氣或重油等)含碳原料將含鐵爐料中的鐵氧化物還原、加熱，并依靠焦炭在高溫狀態(tài)下保持固態(tài)的“骨架”支撐條件，經(jīng)過爐缸渣—鐵反應(yīng)后，排出渣鐵的過程。因此，可以認(rèn)為高爐煉鐵所需的爐料結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括兩個(gè)方面，即含碳爐料與含鐵爐料。含鐵爐料是有害元素的主要帶入者，入爐量78%的堿金屬和97%的鋅由含鐵爐料帶入。盡管入爐焦炭的粒度接近，有害元素在高爐高溫區(qū)的含量高，風(fēng)口焦炭的平均粒度反而低。前人已開展了大量含碳爐料或含鐵爐料性能的研究工作，但將含碳爐料與含鐵爐料共同考慮的廣義爐料結(jié)構(gòu)鮮有報(bào)道。廣義爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化，應(yīng)考慮以有害元素控制為中心的含碳爐料與含鐵爐料的優(yōu)化搭配。高爐煉鐵存在以有害元素控制為中心的含碳爐料與含鐵爐料的優(yōu)化空間。

　　廢鋼作為一種金屬鐵料，是完全可以部分替代其他含鐵爐料在高爐中使用的。這一點(diǎn)在理論上和國(guó)內(nèi)外實(shí)踐上均得到充分證明。歐洲和北美的許多高爐爐料中，都有數(shù)量不等的廢鋼等金屬料，最高超過200kg/t。廢鋼替代鐵礦石的節(jié)能效果體現(xiàn)在有效地降低高爐燃料比和提高高爐產(chǎn)量上。國(guó)外的某經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是，噸鐵加100kg廢鋼，降低焦比30kg/t，提高產(chǎn)量4%~6%。廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程的CO2排放來自高爐消耗的焦炭，以及含碳鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫碳反應(yīng)。將以煤氣方式帶走的碳考慮在內(nèi)，全部的CO2排放量估算約為380k/t鋼。這僅為使用鐵礦石的高爐—轉(zhuǎn)爐流程CO2排放總量的1/5。在當(dāng)前的鋼鐵原燃料價(jià)格體系下，高爐加廢鋼替代鐵礦石會(huì)使鐵水成本上升，進(jìn)而帶來最終鋼水成本的增加。但與全廢鋼電爐流程相比，高爐加廢鋼會(huì)表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)性。綜合評(píng)價(jià)，以煤炭火力發(fā)電為基礎(chǔ)，在當(dāng)前條件下，高爐加廢鋼會(huì)比電爐使用廢鋼更節(jié)能、更環(huán)保和更經(jīng)濟(jì)。

　　評(píng)價(jià)高爐煉鐵生產(chǎn)效率的新方法，是用爐缸面積利用系數(shù)和爐腹煤氣量指數(shù)來取代容積利用系數(shù)和焦炭冶煉強(qiáng)度，可以有效地分析高爐生產(chǎn)中的問題，有助于制訂合理的操作制度。幾年來，評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)效率的新方法也得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，證明是一種更為實(shí)用的方法。用爐腹煤氣量指數(shù)、噸鐵爐腹煤氣量、噸鐵風(fēng)口耗氧量、煤氣利用率作為尺度來判斷高爐的效率比較準(zhǔn)確。分析面積利用系數(shù)及上述4個(gè)參數(shù)的變化，可以找出爐況變化的潛在因素，從而采取適當(dāng)措施。在目前條件下，操作良好高爐的面積利用系數(shù)大于62t/(m2·d)，燃料比為490kg/t，適宜的爐腹煤氣量指數(shù)為50m/min~58m/min，噸鐵爐腹煤氣量小于1350m3/t，煤氣利用率高于50%，噸鐵風(fēng)口耗氧量低于260m3/t，那就達(dá)到了世界噴煤高爐的先進(jìn)水平。

　　近兩年來，我國(guó)煉鐵生產(chǎn)在淘汰落后產(chǎn)能、提高原燃料質(zhì)量、高爐大型化、煉鐵環(huán)保技術(shù)和非高爐煉鐵技術(shù)等方面都取得了進(jìn)展，但我國(guó)高爐煉鐵生產(chǎn)還存在若干問題，需要注意。一是高爐原燃料質(zhì)量及評(píng)價(jià)體系有待進(jìn)一步改善。二是高爐焦比、燃料比偏高。三是高爐長(zhǎng)壽發(fā)展不均衡，我國(guó)高爐平均壽命與國(guó)外高爐相比還存在較大差距。四是煉鐵資源利用及環(huán)保存在問題。鋼鐵企業(yè)需要更為有效的低成本污染物處理技術(shù)，探索以較低的成本完成污染物處理。為應(yīng)對(duì)新時(shí)期的挑戰(zhàn)，我國(guó)高爐煉鐵技術(shù)持續(xù)發(fā)展應(yīng)遵循以下路徑：深入貫徹精料方針;穩(wěn)定高爐操作，努力提高煤氣利用率，提高風(fēng)溫，富氧噴吹，大幅度降低燃料比;重視高爐安全長(zhǎng)壽與環(huán)境保護(hù);探索高爐智能生產(chǎn)技術(shù);注重基礎(chǔ)理論研究，不斷研發(fā)新工藝和新技術(shù)。

　　在非高爐煉鐵技術(shù)方面，山東墨龍HIsmelt工廠的建成是熔融還原技術(shù)工業(yè)化進(jìn)程中的一次重大突破，同時(shí)也標(biāo)志著HIsmelt技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，將對(duì)熔融還原技術(shù)的發(fā)展起到顯著的引領(lǐng)和示范作用。從2016年12月份正式生產(chǎn)開始到2018年4月份，墨龍HIsmelt工廠共計(jì)產(chǎn)出40萬噸產(chǎn)品，當(dāng)前日最高產(chǎn)量達(dá)到1920噸、月產(chǎn)量達(dá)到50572噸，已超過HIsmelt技術(shù)的歷史最高紀(jì)錄(澳大利亞Hismelt工廠自2005年開始生產(chǎn)至2007年共產(chǎn)出鑄鐵15.5萬噸)。工廠最高產(chǎn)量已達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的80%，持續(xù)作業(yè)率已經(jīng)超過95.8%，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。HIsmelt技術(shù)獨(dú)特的工藝特性，為其在釩鈦礦和高磷礦資源利用方面提供了更多可能，未來將在推動(dòng)資源綜合利用方面取得新的突破。

　　煉鋼：推進(jìn)高效低成本潔凈鋼冶煉與全廢鋼冶煉

　　隨著市場(chǎng)需求的升級(jí)，潔凈鋼的冶煉日益普及。對(duì)于轉(zhuǎn)爐流程為主的我國(guó)來說，建立高效低成本潔凈鋼冶煉平臺(tái)是時(shí)代發(fā)展的要求。而伴隨廢鋼積蓄量的增加以及節(jié)能減排的嚴(yán)格要求，我國(guó)電爐煉鋼迎來了大發(fā)展的時(shí)機(jī)。

　　潔凈鋼冶煉必須與轉(zhuǎn)爐高效化和低成本生產(chǎn)相結(jié)合。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)高效低成本潔凈鋼冶煉技術(shù)和生產(chǎn)定義不明確，概念模糊，對(duì)研究開發(fā)“高效低成本潔凈鋼”冶煉技術(shù)和建設(shè)生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)不利。目前，絕大多數(shù)鋼廠仍采用以爐外精煉為主體的傳統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)流程。經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)已為高效低成本潔凈鋼冶煉技術(shù)工藝創(chuàng)新建立了完備的理論基礎(chǔ)。根據(jù)國(guó)內(nèi)煉鋼廠的技術(shù)裝備水平，開發(fā)采用高效低成本潔凈鋼生產(chǎn)流程的基本特點(diǎn)是根據(jù)不同品質(zhì)鋼材的質(zhì)量要求，采用最經(jīng)濟(jì)、最高效的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　此外，國(guó)內(nèi)廢鋼積累量增加帶來的廢鋼價(jià)格下降，以及日益嚴(yán)格的碳排放政策將推動(dòng)轉(zhuǎn)爐流程消耗更多的廢鋼，開發(fā)能夠提高廢鋼使用量的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法成為大勢(shì)所趨?？梢灶A(yù)見，高廢鋼比冶煉技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼領(lǐng)域的重要性將日益突出，然而，廢鋼預(yù)熱、二次燃燒、燃料添加和底噴粉等相關(guān)配套技術(shù)仍有待研發(fā)和整合。其中，既能噴吹碳粉又能噴吹氧氣和石灰粉的轉(zhuǎn)爐底噴粉技術(shù)將成為轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉和降本增效的關(guān)鍵技術(shù)。因此，加大轉(zhuǎn)爐底噴粉技術(shù)的研發(fā)力度，推動(dòng)轉(zhuǎn)爐高廢鋼比和高效、低成本冶煉，將成為我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的重要方向之一。

　　隨著去產(chǎn)能、取締“地條鋼”、加強(qiáng)環(huán)保督查等政策的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)廢鋼資源和電力供應(yīng)情況得到進(jìn)一步改善，在“十三五”期間，這種改變將越來越明顯。2025年，我國(guó)廢鋼年產(chǎn)量將達(dá)2億噸~3億噸，2030年有可能達(dá)到3.2億噸~3.5億噸，這將對(duì)鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步、節(jié)能環(huán)保發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

　　電爐煉鋼是以廢鋼鐵為主要原料、以電為能源進(jìn)行煉鋼的一種工藝，在鋼鐵生產(chǎn)中屬于短流程工藝，以區(qū)別于使用鐵礦石、焦炭的長(zhǎng)流程煉鋼工藝。電弧爐是電爐煉鋼最常用的設(shè)備，相比高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程煉鋼，沒有焦?fàn)t、燒結(jié)機(jī)和高爐等排放較高的工序，且具有CO2等溫室氣體排放較低、能源消耗較低的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)正處于引領(lǐng)世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前期，短流程鋼鐵生產(chǎn)工藝會(huì)是下一步發(fā)展方向。現(xiàn)在的市場(chǎng)和行業(yè)形勢(shì)對(duì)電爐煉鋼的自主創(chuàng)新是很有利的，因此，要加大對(duì)各種工藝裝備的研究支持和技術(shù)導(dǎo)向，同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意防止大量上馬低水平電爐煉鋼，避免在品種、質(zhì)量和能耗環(huán)保上難以適應(yīng)鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要。要加大工藝技術(shù)、智能化技術(shù)、鋼鐵綠色制造等方面的研發(fā)和突破，加快碳交易市場(chǎng)建設(shè)，堅(jiān)持綠色、高效、低污染的發(fā)展原則，減少傳統(tǒng)電爐開爐蓋加廢鋼的不足，推廣廢鋼預(yù)熱并連續(xù)加入特別是二惡英處理達(dá)標(biāo)的生態(tài)型電爐。還要培養(yǎng)一批掌握現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)的人才，合理有序地發(fā)展電爐煉鋼。

　　總而言之，打破傳統(tǒng)觀念，把握世界煉鋼技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)原始創(chuàng)新和技術(shù)集成，需要做好以下創(chuàng)新工作：一是打造高效化煉鋼新工藝。這就要求改變傳統(tǒng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，提高各基元反應(yīng)的極限和速度;與現(xiàn)代物流網(wǎng)和大數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，減少緩沖環(huán)節(jié)，保證各工序間平穩(wěn)有序地運(yùn)行;采用智能化操作系統(tǒng)，減少人工操作產(chǎn)生的失誤與遲滯，使傳統(tǒng)冶金與現(xiàn)代信息技術(shù)完美融合。二是打造高效低成本潔凈鋼生產(chǎn)工藝。針對(duì)第二代鐵水“三脫”工藝存在的脫硫與脫硅、脫磷相分離，脫磷爐回硫較嚴(yán)重，低溫下難以形成高堿度爐渣，影響脫磷、硫效果，以及爐渣無法循環(huán)利用等技術(shù)問題，大膽創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)束縛，研究開發(fā)出更高效率、更完美的新工藝方法。三是打造新型全廢鋼冶煉工藝。當(dāng)前，我國(guó)廢鋼積蓄量日益增多，廢鋼產(chǎn)量已超過1.5億噸/年，預(yù)計(jì)到2020年可達(dá)到2億噸/年。降低鐵鋼比可以最大限度地減少污染和能耗。增加煉鋼生產(chǎn)中的廢鋼用量，一方面要努力提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，另一方面要積極研究開發(fā)新型高效的全廢鋼冶煉工藝，提升電爐煉鋼的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　軋鋼：綠色化、智能化、優(yōu)質(zhì)化是方向

　　為了適應(yīng)消費(fèi)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我們亟須提升產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品，生產(chǎn)減量化、高性能、耐腐蝕、無污染、長(zhǎng)壽命、易循環(huán)的優(yōu)質(zhì)鋼材，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化。軋制環(huán)節(jié)是鋼鐵工業(yè)的成型工序，是最接近用戶的工序。它的發(fā)展尤其深刻地體現(xiàn)了“工藝綠色化、裝備智能化、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化”這個(gè)鋼鐵工業(yè)的基本發(fā)展趨勢(shì)。認(rèn)清這個(gè)趨勢(shì)，對(duì)于我們改造、提升已有的軋制過程，加速軋鋼行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義。

　　鋼鐵工業(yè)是典型的流程工業(yè)，流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品發(fā)生影響，它們的綜合作用，決定全流程的整體效果。因此，解決軋制過程的問題，也必須改變過去孤島式的研究，從整個(gè)流程的一體化全局出發(fā)、從與上游工序的銜接和相互影響出發(fā)，探求改進(jìn)軋制過程、實(shí)現(xiàn)上下游工序協(xié)同的途徑。如果連鑄之后，利用連鑄坯“外冷內(nèi)熱”的溫度分布狀態(tài)，在心部溫度1250℃~1450℃超高溫狀態(tài)下對(duì)粘塑性區(qū)施以較大的軋制壓下，則有利于促進(jìn)心部的變形與流動(dòng)，消除連鑄坯心部的疏松、偏析等缺陷，改善連鑄坯的心部質(zhì)量。這一過程可以在連鑄機(jī)內(nèi)部、最終凝固點(diǎn)附近進(jìn)行，稱為“凝固末端大壓下”，也可以在連鑄機(jī)出口額外安裝軋機(jī)，進(jìn)行軋制高溫粘塑性變形。

　　如果設(shè)法提高連鑄拉速，使連鑄機(jī)產(chǎn)量與軋機(jī)相匹配，鑄坯可以連續(xù)進(jìn)入軋機(jī)，則可以實(shí)現(xiàn)無頭軋制。無頭軋制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軋制工序與連鑄工序的融合，對(duì)于材料加工過程的穩(wěn)定化、提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要作用。例如，薄板坯無頭軋制是低成本、高性能的穩(wěn)恒軋制過程，適于精確組織調(diào)控，開發(fā)薄規(guī)格先進(jìn)高強(qiáng)鋼，實(shí)現(xiàn)“以熱代冷”。我國(guó)山東日照鋼鐵引進(jìn)的薄帶無頭軋制生產(chǎn)線，鑄坯厚度70mm~90mm，7m/s的高拉速，最小產(chǎn)品厚度為0.8mm。

　　熱軋鋼材控制軋制與控制冷卻技術(shù)成為軋制技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)，這其中的關(guān)鍵是以新一代超快冷為核心的全熱加工過程(軋制與冷卻)控制冷卻技術(shù)。鋼材熱加工過程有3個(gè)重要的組織轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，分別是再結(jié)晶溫度區(qū)間、碳氮化物析出溫度區(qū)間、相變溫度區(qū)間，它們是進(jìn)行組織調(diào)控的重點(diǎn)。組織調(diào)控的最新手段是超快冷技術(shù)。此外，可以開展軋制工藝設(shè)計(jì)。材料軋制工藝設(shè)計(jì)是對(duì)全過程的變形溫度、變形程度、變形速度(針對(duì)鋼種進(jìn)行個(gè)性化的開發(fā))進(jìn)行控制，實(shí)行合理的、節(jié)能的、高效的全軋程軋制負(fù)荷分配。

　　熱軋與冷軋一體化控制技術(shù)是軋制技術(shù)的另一大發(fā)展重點(diǎn)，其主要包括超級(jí)板形—板凸度控制和熱軋—冷軋—退火一體化組織、性能控制技術(shù)。這些控制技術(shù)有利于深入發(fā)掘材料的潛力，大幅提高產(chǎn)品性能。

　　軋制環(huán)節(jié)的技術(shù)進(jìn)步，還包括先進(jìn)冷軋、熱處理/涂鍍工藝與裝備技術(shù)的應(yīng)用，如冷軋板形智能控制、冷軋薄帶鋼快速加熱技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用和薄帶鋼無氧化快速冷卻技術(shù)等。增材制造與復(fù)合材料也成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。業(yè)內(nèi)利用“真空制坯+軋制復(fù)合”的方法，已開發(fā)出軋制復(fù)合海洋用鋼、復(fù)合管線鋼和特厚復(fù)合鋼板等產(chǎn)品，例如可以獲得高界面復(fù)合強(qiáng)度的容器鋼等高端產(chǎn)品。但是，復(fù)合方法、復(fù)合界面的優(yōu)化和處理等方面仍有許多亟待解決的問題，需要加強(qiáng)開發(fā)。

　　身處信息化時(shí)代的鋼鐵行業(yè)，鋼鐵軋制過程的信息化與智能化成為時(shí)代的使命。我國(guó)“十三五”重大專項(xiàng)已經(jīng)立項(xiàng)實(shí)施的智能化項(xiàng)目，目標(biāo)是建立真正達(dá)到工業(yè)4.0水平的示范樣板線。這些項(xiàng)目的實(shí)施，在“十三五”期間將打破彼此封閉的信息化“孤島”，實(shí)現(xiàn)典型示范生產(chǎn)線的全流程、一體化智能制造，全面做到“信息深度感知、協(xié)調(diào)精準(zhǔn)控制、智能優(yōu)化決策、自主學(xué)習(xí)提升”，將我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的管理、質(zhì)量、效率等都提高到一個(gè)前所未有的智能化高水平。

　　此外，材料設(shè)計(jì)的綠色化新理念要求我們做到“減量化、低成本、高性能”。在鋼鐵材料開發(fā)過程中，我們要做到以下幾點(diǎn)：一是資源節(jié)約型的成分設(shè)計(jì)，盡量減少合金元素含量，或使用廉價(jià)元素代替昂貴元素;二是要采用節(jié)省資源和能源、減少排放、環(huán)境友好的減量化軋制工藝方法;三是從市場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)新的組織和性能需求，逆向倒推，促進(jìn)軋制工藝技術(shù)創(chuàng)新和新型材料的創(chuàng)制;四是量大面廣產(chǎn)品的升級(jí)換代和高端產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)都要遵循綠色化理念。