又到歲末盤(pán)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)節都在圍繞這一目標進(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)的競爭力。作為見(jiàn)證者，本期裝備技術(shù)版對今年的相關(guān)報道內容進(jìn)行了梳理和總結，希望再接再厲，實(shí)現共同進(jìn)步！

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

　　經(jīng)過(guò)長(cháng)久的發(fā)展，我國煉鐵生產(chǎn)取得了突出的成績(jì)，技術(shù)進(jìn)步明顯。站在鋼鐵行業(yè)轉型升級的當下，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(guò)爐缸渣—鐵反應后，排出渣鐵的過(guò)程。因此，可以認為高爐煉鐵所需的爐料結構應該包括兩個(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的含量高，風(fēng)口焦炭的平均粒度反而低。前人已開(kāi)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構鮮有報道。廣義爐料結構優(yōu)化，應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)在理論上和國內外實(shí)踐上均得到充分證明。歐洲和北美的許多高爐爐料中，都有數量不等的廢鋼等金屬料，最高超過(guò)200kg/t。廢鋼替代鐵礦石的節能效果體現在有效地降低高爐燃料比和提高高爐產(chǎn)量上。國外的某經(jīng)驗數據是，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—轉爐流程的CO2排放來(lái)自高爐消耗的焦炭，以及含碳鐵水在轉爐煉鋼的脫碳反應。將以煤氣方式帶走的碳考慮在內，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—轉爐流程CO2排放總量的1/5。在當前的鋼鐵原燃料價(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(lái)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 )表現出更好的經(jīng)濟性。綜合評價(jià)，以煤炭火力發(fā)電為基礎，在當前條件下，高爐加廢鋼會(huì )比電爐使用廢鋼更節能、更環(huán)保和更經(jīng)濟。

　　評價(jià)高爐煉鐵生產(chǎn)效率的新方法，是用爐缸面積利用系數和爐腹煤氣量指數來(lái)取代容積利用系數和焦炭冶煉強度，可以有效地分析高爐生產(chǎn)中的問(wèn)題，有助于制訂合理的操作制度。幾年來(lái)，評價(jià)高爐生產(chǎn)效率的新方法也得到了實(shí)踐的驗證，證明是一種更為實(shí)用的方法。用爐腹煤氣量指數、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(lái)判斷高爐的效率比較準確。分析面積利用系數及上述4個(gè)參數的變化，可以找出爐況變化的潛在因素，從而采取適當措施。在目前條件下，操作良好高爐的面積利用系數大于62t/（m2·d），燃料比為490kg/t，適宜的爐腹煤氣量指數為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，那就達到了世界噴煤高爐的先進(jìn)水平。

　　近兩年來(lái)，我國煉鐵生產(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，但我國高爐煉鐵生產(chǎn)還存在若干問(wèn)題，需要注意。一是高爐原燃料質(zhì)量及評價(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(cháng)壽發(fā)展不均衡，我國高爐平均壽命與國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(wèn)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。為應對新時(shí)期的挑戰，我國高爐煉鐵技術(shù)持續發(fā)展應遵循以下路徑：深入貫徹精料方針；穩定高爐操作，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(cháng)壽與環(huán)境保護；探索高爐智能生產(chǎn)技術(shù)；注重基礎理論研究，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(chǎng)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)也標志著(zhù)HIsmelt技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，將對熔融還原技術(shù)的發(fā)展起到顯著(zhù)的引領(lǐng)和示范作用。從2016年12月份正式生產(chǎn)開(kāi)始到2018年4月份，墨龍HIsmelt工廠(chǎng)共計產(chǎn)出40萬(wàn)噸產(chǎn)品，當前日最高產(chǎn)量達到1920噸、月產(chǎn)量達到50572噸，已超過(guò)HIsmelt技術(shù)的歷史最高紀錄（澳大利亞Hismelt工廠(chǎng)自2005年開(kāi)始生產(chǎn)至2007年共產(chǎn)出鑄鐵15.5萬(wàn)噸）。工廠(chǎng)最高產(chǎn)量已達到設計產(chǎn)能的80%，持續作業(yè)率已經(jīng)超過(guò)95.8%，已經(jīng)基本實(shí)現穩定連續運行。HIsmelt技術(shù)獨特的工藝特性，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(lái)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(zhù)市場(chǎng)需求的升級，潔凈鋼的冶煉日益普及。對于轉爐流程為主的我國來(lái)說(shuō)，建立高效低成本潔凈鋼冶煉平臺是時(shí)代發(fā)展的要求。而伴隨廢鋼積蓄量的增加以及節能減排的嚴格要求，我國電爐煉鋼迎來(lái)了大發(fā)展的時(shí)機。

　　潔凈鋼冶煉必須與轉爐高效化和低成本生產(chǎn)相結合。目前，國內對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，對研究開(kāi)發(fā)“高效低成本潔凈鋼”冶煉技術(shù)和建設生產(chǎn)技術(shù)平臺不利。目前，絕大多數鋼廠(chǎng)仍采用以爐外精煉為主體的傳統潔凈鋼生產(chǎn)流程。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國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。根據國內煉鋼廠(chǎng)的技術(shù)裝備水平，開(kāi)發(fā)采用高效低成本潔凈鋼生產(chǎn)流程的基本特點(diǎn)是根據不同品質(zhì)鋼材的質(zhì)量要求，采用最經(jīng)濟、最高效的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品的競爭力。

　　此外，國內廢鋼積累量增加帶來(lái)的廢鋼價(jià)格下降，以及日益嚴格的碳排放政策將推動(dòng)轉爐流程消耗更多的廢鋼，開(kāi)發(fā)能夠提高廢鋼使用量的轉爐煉鋼方法成為大勢所趨?？梢灶A見(jiàn)，高廢鋼比冶煉技術(shù)在轉爐煉鋼領(lǐng)域的重要性將日益突出，然而，廢鋼預熱、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?chē)姶堤挤塾帜車(chē)姶笛鯕夂褪曳鄣霓D爐底噴粉技術(shù)將成為轉爐高廢鋼比冶煉和降本增效的關(guān)鍵技術(shù)。因此，加大轉爐底噴粉技術(shù)的研發(fā)力度，推動(dòng)轉爐高廢鋼比和高效、低成本冶煉，將成為我國轉爐煉鋼發(fā)展的重要方向之一。

　　隨著(zhù)去產(chǎn)能、取締“地條鋼”、加強環(huán)保督查等政策的持續推進(jìn)，我國廢鋼資源和電力供應情況得到進(jìn)一步改善，在“十三五”期間，這種改變將越來(lái)越明顯。2025年，我國廢鋼年產(chǎn)量將達2億噸~3億噸，2030年有可能達到3.2億噸~3.5億噸，這將對鋼鐵工業(yè)結構調整、技術(shù)進(jìn)步、節能環(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，以區別于使用鐵礦石、焦炭的長(cháng)流程煉鋼工藝。電弧爐是電爐煉鋼最常用的設備，相比高爐—轉爐長(cháng)流程煉鋼，沒(méi)有焦爐、燒結機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?，F在的市場(chǎng)和行業(yè)形勢對電爐煉鋼的自主創(chuàng )新是很有利的，因此，要加大對各種工藝裝備的研究支持和技術(shù)導向，同時(shí)應當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)保上難以適應鋼鐵行業(yè)轉型升級的需要。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，堅持綠色、高效、低污染的發(fā)展原則，減少傳統電爐開(kāi)爐蓋加廢鋼的不足，推廣廢鋼預熱并連續加入特別是二噁英處理達標的生態(tài)型電爐。還要培養一批掌握現代電爐煉鋼技術(shù)的人才，合理有序地發(fā)展電爐煉鋼。

　　總而言之，打破傳統觀(guān)念，把握世界煉鋼技術(shù)發(fā)展的大趨勢，實(shí)現原始創(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。這就要求改變傳統熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，提高各基元反應的極限和速度；與現代物流網(wǎng)和大數據相結合，實(shí)現萬(wàn)物互聯(lián)，減少緩沖環(huán)節，保證各工序間平穩有序地運行；采用智能化操作系統，減少人工操作產(chǎn)生的失誤與遲滯，使傳統冶金與現代信息技術(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(wú)法循環(huán)利用等技術(shù)問(wèn)題，大膽創(chuàng )新，突破傳統束縛，研究開(kāi)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。當前，我國廢鋼積蓄量日益增多，廢鋼產(chǎn)量已超過(guò)1.5億噸/年，預計到2020年可達到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爐廢鋼比，另一方面要積極研究開(kāi)發(fā)新型高效的全廢鋼冶煉工藝，提升電爐煉鋼的市場(chǎng)競爭力。

　　軋鋼：綠色化、智能化、優(yōu)質(zhì)化是方向

　　為了適應消費升級和經(jīng)濟發(fā)展，我們亟須提升產(chǎn)品質(zhì)量，開(kāi)發(fā)創(chuàng )新產(chǎn)品，生產(chǎn)減量化、高性能、耐腐蝕、無(wú)污染、長(cháng)壽命、易循環(huán)的優(yōu)質(zhì)鋼材，實(shí)現產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化。軋制環(huán)節是鋼鐵工業(yè)的成型工序，是最接近用戶(hù)的工序。它的發(fā)展尤其深刻地體現了“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。認清這個(gè)趨勢，對于我們改造、提升已有的軋制過(guò)程，加速軋鋼行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和轉型發(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)節都會(huì )對最終產(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(guò)程的問(wèn)題，也必須改變過(guò)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(guò)程、實(shí)現上下游工序協(xié)同的途徑。如果連鑄之后，利用連鑄坯“外冷內熱”的溫度分布狀態(tài)，在心部溫度1250℃~1450℃超高溫狀態(tài)下對粘塑性區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(guò)程可以在連鑄機內部、最終凝固點(diǎn)附近進(jìn)行，稱(chēng)為“凝固末端大壓下”，也可以在連鑄機出口額外安裝軋機，進(jìn)行軋制高溫粘塑性變形。

　　如果設法提高連鑄拉速，使連鑄機產(chǎn)量與軋機相匹配，鑄坯可以連續進(jìn)入軋機，則可以實(shí)現無(wú)頭軋制。無(wú)頭軋制技術(shù)可以實(shí)現軋制工序與連鑄工序的融合，對于材料加工過(guò)程的穩定化、提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要作用。例如，薄板坯無(wú)頭軋制是低成本、高性能的穩恒軋制過(guò)程，適于精確組織調控，開(kāi)發(fā)薄規格先進(jìn)高強鋼，實(shí)現“以熱代冷”。我國山東日照鋼鐵引進(jìn)的薄帶無(wú)頭軋制生產(chǎn)線(xiàn)，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(guò)程（軋制與冷卻）控制冷卻技術(shù)。鋼材熱加工過(guò)程有3個(gè)重要的組織轉變溫度區間，分別是再結晶溫度區間、碳氮化物析出溫度區間、相變溫度區間，它們是進(jìn)行組織調控的重點(diǎn)。組織調控的最新手段是超快冷技術(shù)。此外，可以開(kāi)展軋制工藝設計。材料軋制工藝設計是對全過(guò)程的變形溫度、變形程度、變形速度（針對鋼種進(jìn)行個(gè)性化的開(kāi)發(fā)）進(jìn)行控制，實(shí)行合理的、節能的、高效的全軋程軋制負荷分配。

　　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)化應用和薄帶鋼無(wú)氧化快速冷卻技術(shù)等。增材制造與復合材料也成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。業(yè)內利用“真空制坯+軋制復合”的方法，已開(kāi)發(fā)出軋制復合海洋用鋼、復合管線(xiàn)鋼和特厚復合鋼板等產(chǎn)品，例如可以獲得高界面復合強度的容器鋼等高端產(chǎn)品。但是，復合方法、復合界面的優(yōu)化和處理等方面仍有許多亟待解決的問(wèn)題，需要加強開(kāi)發(fā)。

　　身處信息化時(shí)代的鋼鐵行業(yè)，鋼鐵軋制過(guò)程的信息化與智能化成為時(shí)代的使命。我國“十三五”重大專(zhuān)項已經(jīng)立項實(shí)施的智能化項目，目標是建立真正達到工業(yè)4.0水平的示范樣板線(xiàn)。這些項目的實(shí)施，在“十三五”期間將打破彼此封閉的信息化“孤島”，實(shí)現典型示范生產(chǎn)線(xiàn)的全流程、一體化智能制造，全面做到“信息深度感知、協(xié)調精準控制、智能優(yōu)化決策、自主學(xué)習提升”，將我國鋼鐵生產(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，材料設計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(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們要做到以下幾點(diǎn)：一是資源節約型的成分設計，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)品的升級換代和高端產(chǎn)品的規模生產(chǎn)都要遵循綠色化理念。