读《钢铁冶金前沿技术》

双区逆流铁浴 熔炼炉
>40 4.6
DIOS 流化床 800~900 10~20 铁浴熔炼炉
40~60 6~7
从反应步骤看，目前国外开发的熔融还原技术基本上属于两步法，即分为预还原和终还 原。预还原是气固相反应，反应速率较终还原慢得多。为使两步序衔接良好，铁矿的预还原 度不宜过高，即便如此，预还原反应器一般也很大。预还原主要有两种方法，DIOS、Hismelt 采用流化床，而 COREX、AISI 后采用竖炉。流化床形式的最大优点是能够采用粉矿，但其 技术难度高，而竖炉预还原则有成熟的工业生产经验。在终还原反应器中进行的才是真正的 铁浴熔融还原。其核心技术是协调好供热和还原的矛盾。一方面，追求高的热利用率和二燃 率，亦即，要以足够低的煤耗，保证足够高的供能强度；另一方面又必须避免还原了的金属 接触产热的高氧化性区，以防重氧化。Hismelt、AISI 法采用卧式的终还原反应器，其解决 上述矛盾的思路与 DIOS 有异。
Bottom Tap Hole; Ladle Furnace; EBT ; Scrap preheating Higher Electric Power Supply; D.C Technology; Oxygen and Carbon Lance;
Pneumatic Bath Stirring
图 2 电炉的发展过程
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读《钢铁冶金前沿技术》
世纪之交钢铁工业，从整体流程到每一个工序环节，其技术发展之速令人瞩目。中国作 为钢铁工业的大国，在面临限制总量、结构调整的关键时期，深入研究钢铁冶金前沿技术有 着重要的意义。
仔细地研读李正邦教授的《钢铁冶金前沿技术》一书，现结合自己所从事的工作，以熔 融还原和超高功率电炉为题，谈一点体会。
48
Contiarc-DC Demag
80 65continu 40
120 250
0.9
25
Conarc2000 SMS
100 89
40
120 340
1.7
38
表中值得一提的是 CONARC-2000，它将转炉和电炉结合起来，使其操作更具灵活性，无论 是能源还是原料。它的废钢、DRI、铁水的比例可以任意变化，而主要能耗可以是氧气或是 电或兼而有之，可谓随心所欲。
2.7
50
Fuchs
Fuchs
90 80 35 57 110.4 340
2
25
Consteel-AC Intersteel
82 105 27 37
138 340
1.7
40
Consteel-DC Intersteel
90 100
230 340
1
40
Conarc
Demag
100 100
100 300
1.4
虽然铁矿的熔融还原在不少公司已得到了全面优于高炉的成果，但由于其需现流程庞大 的系统而不敢轻举妄动，除 COREX 外至今未有形成工业规模。
92 年及 93 年底，上海大学和上钢五厂合作，在 15 吨复吹转炉上先后两次进行熔融还 原试验，用中等品位的铬矿和氧化镍，采用铁浴熔融还原法，直接制得了 Cr 含量 13%，Ni 含量 14.5% 的不锈钢母液，试验得到了合理匹配顶吹氧、渣层厚及底搅拌以及加矿速率和
表 1 不同熔融还原方法和生产率
方法
COREX
Hismelt
预还原炉型 温度（C） 预还原度（%）
Midrex 型竖炉 循环流化床
850
>800
90~95
<30
熔融还原炉型 炉熔气化炉 水平式铁浴
PCR（%）
<10
生产率（t/m3.d）
Βιβλιοθήκη Baidu
0.9
熔炼炉 >50 3.8
AISI
HYL 型竖炉 >800 <30
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供能强度的经验。试验过程的成分变化见图 1 诚然，熔融还原和高炉炼铁相比，仍有两个值得深究的问题，一是，粉料的利用。一步
法熔融还原依靠流化床进行预还原是回避烧结之一法，但其长期稳定的运行有许多技术需要 解决；含碳团块是易于工业实施的方案，然而，如若进行预还原的话，投资和污染与烧结是 相当的。二是能耗。高炉本身的能耗已经充分优化，烧结和焦化在该系统总能耗中占 30%， 熔融还原只有按“能量封闭”设计并尽量减少废气，才有可能在能耗上胜过高炉炼铁。
100 423 28 6.8 1.17 450 1026 60 80
在装备引进完成以后，我国的超高功率电炉流程应致力于开发自己的技术和专家系统， 只有如此，才能使我们成为真正的钢铁强国。
近年来，电炉的发展迅速，表 3 列出了主要的几种方法和技术指标。
表 3 不同炉型的主要技术经济指标
Capacity Trans. P-on Tap Product. P-c. Erode c Oxy-c.
Name Design (t) (MVA) (min) (min) (tph) (kwh/t) (kg/t) (nm3/t)
至于区域成本，从能源的角度看，由于地区价格的不同，有许多变数，但可以从基本的 计算来研究供能结构，表 4 是一例，可以看出，在这种价格体系下，用电最不合算，二次 燃烧最合算，而废钢预热和碳氧供能次之，从工艺技术角度看，二次燃烧供能是有限的，若 在炉内，还会对其它指标如电极消耗、炉气温度产生影响，若在炉外则与废钢预热相结合， 这有许多技术方法，且被证明是经济有效的。油和天燃气是否能作为能源，主要看其与电及 与其它能源的价格比，当然也要从工艺上研究这些技术的实现。
65.0
65.0 100.0
60.0
45.0
Energy/kwh
1.6
0.1
0.1
0.2
0.3
0.3
0.5
Price
0.5
1.8
1.2
0.4
0.5
0.5
0.5
Price/kwh
0.8
0.4
0.3
0.3
0.2
0.1
0.2
Compare
100.0
48.7
35.0
31.9 29.5
16.7
29.6
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电炉发展最显著的标志是电耗由 60 年代初的 630kwh/t 降到了 90 年代末的 350kwh/t，
电极由 6kg/t 以上降到了 1.2kg/t 左右，出钢到出钢时间由 150 分钟降到了约 40 分钟。超高
功率电炉特别是超高功率直流电炉的诞生是以缩短作业周期以求与连铸生产的匹配以提高
生产率和降低电炉区域成本为目的的。
我国超高功率电炉的装备总体是先进的， 但电炉系统的技术优化和操作落后于国外，
表 6 列出了某大电炉的主要操作指标，其中许多指标没有达到最佳，在工艺完善和操作提高
有工作要做。
表6
上钢五厂 100t 直流电炉的主要操作指标
平均出钢量 (t) 电耗 (kwh/t) 氧耗 (Nm3/t) 碳耗 (kg/t) 电极 (kg/t) 渣线寿命（炉） 炉底寿命（炉） 通电时间 (min) 出钢周期 (min)
1、 关于熔融还原 熔融还原指的是以碳或以碳为主的还原剂还原金属氧化物熔体的反应。由于钢铁工业迫 切希望改变能源、降低投资、减少污染、提高市场适应能力，80 年代以来，熔融还原已成 为国际界的一个热门话题。 熔融还原和以高炉为核心的传统炼钢技术比较，在以下几方面有明显优势， （1） 用非焦煤作燃料和还原剂，摈弃了传统的炼焦工艺，改变和扩大了可利用能
Oxygen Lancing
1970~1975 1975~1980
Secondary (ladle) Metallurgy Water cooled walls; High Power/Long Arc Operatior; Foaming Slag
Practice;Oxy-Fuel Burner
1980~1985 1985~1990
因此，熔融还原的工业化还有许多工作要做。
图 1 熔融还原时，熔池内温度和主要成分的变化 2、关于超高功率电炉
正如李教授所言，电弧炉经过了漫长的发展过程，取得了可喜的进步，图 2 示出了 主要的技术指标变化情况，
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YEARS
IMPORTANT DEVELOPMENT
1965~1970
Clecim-ksc IRSID
100 100 42 58
103 282
1.1 26.1
Danarc-single Danieli
80 98.5 35 45
107 305 1.45
51
Danarc-twin Danieli
80 95 26 37
162 290
1.4
61
K-ES
VAI
80 53 38 53 90.6 325
源，降低了投资和成本，减少了污染； （2） 取消了烧结和球化，直接使用矿石和精矿，实现短流程冶金； （3） 临界经济规模小，生产灵活，市场适应能力强； （4） 高的熔炼密度和良好的可控性。 熔融还原技术方法众多，思路迥异，就广义言，目前进入工业生产或半工业试验的方法 中有奥地利、南非的 COREX 法、日本的 DIOS 、美国的 AISI 以及德国、澳大利亚的 Hismelt 法等，其简况分列于表 1。
表 4 电炉能量的价值比较
Energy Electricity Oil-Oxy(l) Gas-O(nm3)Coal-O(kg) C-O(nm3) Post-burn(nm3) Scrap-heat
Heat value
1.0
10.5
11.6
7.0
4.0
6.3
4.7
Efficiency(%)
63.0
65.0