我国炼钢机械工艺的优缺点及发展方向

摘 要：随着社会的进步，科技的发展，我国对钢的产量需求也越来越大，对钢的质量要求也越来越高。本文通过分析现今我国主要的炼钢工艺，提出今后我国炼钢工艺的发展方向。

关键词：炼钢机械工艺；优缺点；发展方向

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.005

0 引言

中国是世界上最早生产钢的国家之一，通过春秋晚期的文物就可以发现，那时候就已经有了钢制实物，已经2500余年的历史。

炼钢的过程是利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的杂质去掉。主要原料是含炭较高的铁水、生铁以及废钢铁。为了去除铁水中的杂质，还需要向铁水中加入氧化剂、脱氧剂、造渣材料以及铁合金等材料，以调整钢的成分。含炭较高的铁水或生铁加入炼钢炉以后，经过供氧吹炼、加矿石、脱炭等工序，将铁水中的杂质氧化除去，最后加入合金，进行合金化，便得到钢水。我国现有的炼钢炉有平炉、转炉和电炉3种，平炉炼钢法因能耗高、作业环境差已逐步被淘汰。下面就电炉和转炉这两种炼钢机械工艺进行分析比较，进而提出我国炼钢机械工艺的发展趋势。

1 电炉

电炉炼钢是比较笼统的说法，具体的来说电炉炼钢分为电弧炉炼钢、感应炉炼钢和电渣炉炼钢这三种炼钢法。但是在平时我们所说的电炉炼钢一般也就是电弧炉炼钢。电炉炼钢主要利用电弧热，在电炉炉钢内全部加入冷废钢，经过长时间的熔化与提温，再进入氧化期。

以废钢为原料的电炉炼钢，相比高炉转炉法，基建投资少，同时由于直接还原技术的发展，减少了大部分废钢的使用，因此就推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400余座，目前电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面迅速发展，最大电炉容量为400t。国外废钢资源丰富，150吨以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60～80%均为低碳钢，由于资源的丰富，所以电弧炉炼钢技术发展迅速。转观国内，由于电力和废钢不足，目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。20世纪90年代，我国的电弧炉产钢量的得到了大幅度上升，由容量小的电弧炉建设成大容量、高功率电弧炉，如宝钢的150t超高功率电弧炉、抚顺特钢的50t超高功率电弧炉。为提高钢产品的质量，部分工厂引进了LF炉，同时采取全高级连铸生产技术，如天津钢管公司。

2 转炉

1856年，英国人发明了底吹酸性转炉炼钢法，这是近代炼钢法的开端，当时引起了很大的反响。但因不能去除磷和硫，发展空间受到限制。1864年，法国创立了平炉炼钢法，因容量大，生产产品种类多，迅速成为了当时主要的炼钢方法。当时世界上85%的钢都是有平炉炼钢法炼制出来的。1951年，唐山钢厂实验成功了侧吹转炉炼钢法，1962年，首钢试验厂建成我国第一个氧气顶吹转炉。为我国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。转炉生产出的钢产量占据我国钢产量的大部分，可见转炉炼钢工艺的重要性。

转炉炼钢工艺是先将铁水装入混铁炉预热，将废钢加入转炉内，然后将混铁炉内的高温铁水用混铁车兑入转炉，进行融化与提温，当温度合适后，进入氧化期。

转炉按耐火材料可分为碱性和酸性，按气体吹入的部位可分为顶吹、侧吹和低吹，按气体种类可分为氧气转炉和空气转炉。目前最普遍的炼钢设备是顶底复吹转炉和碱性氧气顶吹，其优点是生产速度快、产量大、成本低、投资少、单炉产量高。随着用户对钢材性能和质量的要求越来越高，钢材的应用范围越来越广，同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量，扩大品种，节约能源和降低成本越来越重视。在这种情况下，转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。

3 优缺点分析比较

炼钢时，主要是铁水中的碳产生氧化反应，减少碳的含量。但有些钢的品种中含有易氧化的其他因素时，若吹入过量氧，其他元素也会氧化。这个时候，电弧炉炼钢的优势就突显出来了。一般来说，电弧炉用于冶炼碳素钢和冶炼合金钢，转炉用于生产碳钢、合金钢、铜和镍的冶炼。两种工艺，无论是炼钢方式、原材料，还是最终产成品都是不同的。从原材料来看，电炉炼钢以废钢为原材料，转炉炼钢以金属料、非金属料和气体为原材料。故在原材料方面，电炉炼钢比转炉炼钢更节省原材料和成本；在能源方面，电炉炼钢主要以外界能源为主，电弧炉在炉料化清之后，电弧的热量通过炉渣传给钢液，是间接加热，热效率差。且炉膛为盆状，很大一部分热量通过炉盖和炉壁散失。转炉炼钢主要以炉体本身和炉内的保温材料为主。故在能源方面，转炉炼钢比电炉炼钢更优越；在生产效率方面，电炉炼钢生产工序少，操作简单，生产效率高于转炉炼钢。综合各方面来说，电炉炼钢优于转炉炼钢。

4 发展方向

我国炼钢水平虽有所提高，但是还远远落后于国外水平。我国炼钢机械工艺的发展方向就是高校、低耗、优质。要创新炼钢工艺，就要从原材料、能源与技术这三个重点方面入手。

4.1 原材料

我国钢铁产量的增长，必然会受到原材料的影响。开发先进的废钢技术，研制炼铁技术，获得稳定的高质量的材料，强化对废钢破碎设备的研制，缓解国内资源紧张的现状。

4.2 能源

降低能耗，废气及噪声，充分利用化学能与物理热，提高生产效率。

4.3 技术

吸收国外先进的炼钢机械工艺技术，为我所用，在中国的国情上加以改进，创新出新的炉型。在工艺诊断方面，提高IT专家的诊断水平与技术，并大力培养、吸收炼钢机械工艺人才。目前来看，主要可以发展以下技术：转炉少渣冶炼技术；转炉高效吹炼技术；电能综合节能技术；优化连铸和近终形连持技术。

总之，随着我国经济发展方式的转变，根据低碳经济和循环经济的需要，我国目前的炼钢方式必定要走绿色环保的路子。我国虽不是钢铁大国，但发展炼钢技术，提高高端产品出口率，已成为强国的必然选择。

作者简介：杨芯（1978-），女，辽宁辽阳人，本科，机械中级，科员。