鑄坯高溫按序直接裝爐技術(shù)

　　鑄坯按爐、逐根、按序直接裝爐技術(shù)，是一項(xiàng)技術(shù)難度高、經(jīng)濟(jì)效益明顯的技術(shù)集成包，是由多項(xiàng)技術(shù)動(dòng)態(tài)集成的技術(shù)集成系統(tǒng)。其實(shí)質(zhì)是要建立起煉鋼車間與熱軋車間之間動(dòng)態(tài)運(yùn)行的界面技術(shù)，特別是連鑄機(jī)與相對(duì)應(yīng)的軋鋼加熱爐之間動(dòng)態(tài)運(yùn)行的界面技術(shù)。這些技術(shù)包括：連鑄機(jī)與軋鋼加熱爐之間合理空間—時(shí)間關(guān)系，包括平面布置圖的合理化、緊湊化；鑄坯在鑄機(jī)與加熱爐之間行走距離的最小化，鑄坯輸送過程時(shí)間的最小化和準(zhǔn)連續(xù)化；連鑄機(jī)產(chǎn)能與軋鋼機(jī)產(chǎn)能的匹配對(duì)應(yīng)性，兩者的產(chǎn)能應(yīng)該盡可能地處在整數(shù)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。鑄坯高溫直接裝爐需要一系列基礎(chǔ)技術(shù)的支撐，包括鑄機(jī)的恒拉速、高拉速工藝技術(shù)、轉(zhuǎn)爐低溫出鋼技術(shù)和穩(wěn)定出鋼溫度技術(shù)包、提高剪切后鑄坯溫度的技術(shù)、高溫?zé)o缺陷鑄坯的技術(shù)等。

　　將定尺供坯改進(jìn)為定重供坯，對(duì)于提高鋼材定尺率、鋼材成材率有明顯效果，有利于降低非定尺鋼材的產(chǎn)生量，具有提高質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的效果，應(yīng)該深入研究開發(fā)，具體包括：切分軋制技術(shù)；鑄坯形狀、尺寸監(jiān)控、精確稱重和信息反饋調(diào)控技術(shù)，不同斷面規(guī)格鋼材軋制時(shí)的鑄坯單重的合理設(shè)定與剪切調(diào)控技術(shù)。

　　電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)

　　我國電弧爐煉鋼的高效、低耗、潔凈生產(chǎn)技術(shù)及裝備總體與國外先進(jìn)技術(shù)相比，存在一定差距。為進(jìn)一步提高國內(nèi)電弧爐煉鋼工藝技術(shù)水平，電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)得以開發(fā)和提升。該技術(shù)以多元爐料結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以節(jié)能和降本為目標(biāo)，通過強(qiáng)化熔池?cái)嚢?，將供電、供氧和底吹攪拌等單元操作進(jìn)行多尺度集成，最大限度地降低金屬料及輔助材料消耗，提高氧氣利用率。

　　目前，新余特鋼、西寧特鋼、天津鋼管、衡陽鋼管等企業(yè)均成功應(yīng)用了電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉工藝，取得了良好的工業(yè)效果，有效降低了成本。目前，電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)已基本成熟并推廣應(yīng)用，底吹壽命達(dá)到700爐以上，氧氣噴吹、底吹及供電間的關(guān)系已通過控制模型得到優(yōu)化并取得實(shí)際效果。如何進(jìn)一步開發(fā)基于電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)的終點(diǎn)控制方法，保證鋼水質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，是今后研究的重點(diǎn)。

　　高爐應(yīng)用含碳復(fù)合爐料

　　當(dāng)前，高爐煉鐵正朝著高產(chǎn)、低污染、低能耗的方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，以高爐使用含碳復(fù)合爐料為代表的一些革新煉鐵技術(shù)已經(jīng)被提出并投入應(yīng)用。含碳復(fù)合爐料相比于傳統(tǒng)的高爐爐料（燒結(jié)礦和球團(tuán)礦）具有高溫強(qiáng)度高、還原性能好和原料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢。研究表明，高爐使用一定量的含碳復(fù)合爐料可以降低熱空區(qū)溫度，增加產(chǎn)量，降低焦比，高爐熱利用效率明顯提高，操作性能得到有效改善。

　　通常高爐使用的含碳復(fù)合爐料主要包括冷固結(jié)含碳球團(tuán)、鐵焦和熱壓含碳球團(tuán)3種?，F(xiàn)階段高爐使用含碳復(fù)合爐料的研究熱點(diǎn)主要集中在鐵焦以及熱壓含碳球團(tuán)上。鐵焦是煤和鐵礦石事先粉碎、混合、成型后，用連續(xù)式干餾爐加熱，將其中的鐵礦石還原成金屬鐵、煤碳化結(jié)焦的含碳復(fù)合爐料，以此大幅提高弱黏結(jié)煤和低品位鐵礦石的使用。高爐使用鐵焦可使碳?xì)饣磻?yīng)在較低溫度下提前進(jìn)行，進(jìn)而降低熱空區(qū)的溫度水平。為大幅削減高爐生產(chǎn)中的二氧化碳排放量，節(jié)省能源，以及使用劣質(zhì)普通煤和低品位礦石提高資源的應(yīng)對(duì)能力，改善高爐內(nèi)鐵礦石還原反應(yīng)效率，鐵焦被認(rèn)為是一種新的高爐煉鐵爐料。熱壓含碳球團(tuán)是將具有一定熱塑性的煤粉和含鐵粉料加熱到一定的溫度，在熱狀態(tài)下壓塊，利用煤的黏結(jié)性將鐵礦粉結(jié)成塊，最終得到塊狀的熱壓含碳球團(tuán)。

　　燒結(jié)生產(chǎn)重視點(diǎn)火這一關(guān)鍵操作

　　燒結(jié)點(diǎn)火應(yīng)掌控好點(diǎn)火溫度，點(diǎn)火時(shí)間和點(diǎn)火負(fù)壓操作，正常點(diǎn)火溫度為1050℃~1150℃，點(diǎn)火時(shí)間為60秒，點(diǎn)火負(fù)壓為燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓的50%~60%，點(diǎn)好火是確保燒結(jié)產(chǎn)、質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵操作。

　　點(diǎn)火溫度過低，不利于點(diǎn)好火，不易將表層的固體燃料點(diǎn)著往下引，點(diǎn)火后表層成半熔狀態(tài)。點(diǎn)火時(shí)間過短（不足45秒），會(huì)造成表層固體燃料沒有完全點(diǎn)著，表層燃燒帶下引困難，影響由上往下燒結(jié)的正常進(jìn)行。燒結(jié)點(diǎn)火負(fù)壓可分為低負(fù)壓、過低負(fù)壓、中負(fù)壓和高負(fù)壓4種狀態(tài)，低負(fù)壓點(diǎn)火效果最佳，其余3種狀態(tài)對(duì)燒結(jié)產(chǎn)、質(zhì)量和電耗均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，高負(fù)壓點(diǎn)火效果最差。

　　點(diǎn)好火的標(biāo)志是使燒結(jié)點(diǎn)火達(dá)到最佳狀態(tài)，具體表現(xiàn)為：整個(gè)臺(tái)車點(diǎn)火面積溫度分布均勻，點(diǎn)火高溫燃燒產(chǎn)物順利進(jìn)入料層，沒有反射現(xiàn)象，臺(tái)車料面離開點(diǎn)火器后，赤紅的表面很快消退，表層料面既不欠熔也不過熔結(jié)殼，呈青色或青黑色。燒結(jié)生產(chǎn)可通過燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓數(shù)值的高低判斷混合料制粒和料層透氣性的優(yōu)劣程度，以管控制粒和布料工序操作的改進(jìn)。

　　創(chuàng)建鐵礦粉綜合品位性價(jià)比計(jì)算法

　　在鐵礦資源供大于求、鐵礦價(jià)格大幅度下滑的局面下，鋼鐵企業(yè)優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)、降低煉鐵成本，應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)榻⑿碌闹鞯V體系和實(shí)行鐵礦資源性價(jià)比的最優(yōu)化。在低礦價(jià)的現(xiàn)狀下，燒結(jié)、高爐煉鐵再吃低價(jià)礦和經(jīng)濟(jì)爐料，應(yīng)采用科學(xué)的計(jì)算方法，算算它們的綜合品位和性價(jià)比后再去采購。這樣采購來的鐵礦粉，燒結(jié)不能采用單一的鐵礦粉生產(chǎn)，而是需要建立主礦體系和配礦結(jié)構(gòu)。

　　企業(yè)建立主礦體系和配礦結(jié)構(gòu)應(yīng)有合理的戰(zhàn)略舉措和實(shí)施方案。其戰(zhàn)略舉措包括：一是降低采購成本，不降低入爐料的質(zhì)量，建立長期穩(wěn)定的主礦體系，確保燒結(jié)生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定；二是堅(jiān)持低燃料比的戰(zhàn)略舉措。

　　執(zhí)行降低采購成本、不降低入爐料質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措，依據(jù)新日鐵的經(jīng)驗(yàn)，建立企業(yè)長期穩(wěn)定的主礦體系，可采用以下3個(gè)實(shí)施方案：一是以高水化程度褐鐵礦（楊迪礦和羅布河礦）作為原料（其用量為40%~70%），其余部分配入高品位、低SiO2、低Al2O3的赤鐵礦（巴西礦或南非礦）或相應(yīng)的國產(chǎn)磁鐵礦粉相配合，所得到的燒結(jié)礦與采用全優(yōu)質(zhì)赤鐵礦粉具有同樣優(yōu)良的成品率和性能。二是以中等水化程度的馬拉曼巴褐鐵礦粉（西安吉拉斯粉、麥克粉、何普當(dāng)斯粉）作主要原料時(shí)，由于其粒度細(xì)，料層透氣性差，可以采用比生石灰更優(yōu)的黏結(jié)劑強(qiáng)化制粒，改善料層透氣性和提高成品礦強(qiáng)度。三是同時(shí)以高水化程度的褐鐵礦和馬拉曼巴礦為主要原料的燒結(jié)技術(shù)，以粗粒作制粒的核心，以幾種微粒作包裹料強(qiáng)化制粒，改善燒結(jié)料層的透氣性，確保生產(chǎn)率不下降。

　　更經(jīng)濟(jì)的富氧———變壓吸附制氧技術(shù)

　　隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，富氧煉鐵成為強(qiáng)化高爐冶煉的有效手段，如何得到穩(wěn)定、價(jià)格低廉的氧氣成為高爐富氧的關(guān)鍵所在。先進(jìn)的變壓吸附制氧技術(shù)生產(chǎn)出廉價(jià)的氧氣，為高爐大幅度提高富氧率提供了可能性。而機(jī)前富氧工藝的應(yīng)用又將變壓吸附制氧在高爐的應(yīng)用更延伸一步。

　　變壓吸附法即PSA法是在較高的壓力下吸附，實(shí)現(xiàn)氣體分離，在較低壓力下實(shí)現(xiàn)吸附劑再生。該法是基于分子篩對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離獲得氧氣。當(dāng)空氣經(jīng)過壓縮，通過裝有分子篩的吸附塔時(shí)，氮?dú)夥肿觾?yōu)先被吸附，氧分子留在氣相中而成為氧氣。吸附達(dá)到平衡時(shí)，利用減壓或抽真空將分子篩表面所吸附的氮分子驅(qū)除，恢復(fù)分子篩的吸附能力。

　　變壓吸附制氧工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是采用大氣進(jìn)氣壓差自動(dòng)充壓技術(shù)，減少鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量，延長設(shè)備使用壽命，降低氧氣制造成本。二是設(shè)備簡單，主要設(shè)備羅茨鼓風(fēng)機(jī)和真空泵運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，分子篩的使用壽命在10年以上，無需維護(hù)。三是產(chǎn)生的氧氣量及純度可根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定純度可達(dá)93%，經(jīng)濟(jì)純度為80%~90%；產(chǎn)氧時(shí)間快，一般30min以內(nèi)就可以達(dá)到80%以上的純度；單位電耗僅0.32kWh/Nm3～0.37kWh/Nm3。四是變壓吸附制氧與深冷法制氧對(duì)比有以下特點(diǎn)：投資低、流程簡單，占地少、設(shè)備少，運(yùn)動(dòng)部件少；自動(dòng)化程度高，基本可實(shí)現(xiàn)無人化管理；能夠滿足高爐富氧鼓風(fēng)工藝要求。

　　基于爐缸爐底溫度場控制的高爐長壽技術(shù)

　　合理控制爐缸爐底溫度，有效延長爐缸爐底壽命，避免爐缸事故帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，就相當(dāng)于為高爐生產(chǎn)增加效益，已經(jīng)成為我國煉鐵工業(yè)面臨的關(guān)鍵共性技術(shù)難題。

　　爐缸爐底溫度場控制與管理是當(dāng)代高爐實(shí)現(xiàn)長壽的重要技術(shù)措施，是保障高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、安全的重要支撐技術(shù)。這是因?yàn)闋t缸爐底的侵蝕過程是渣鐵流場、溫度場、應(yīng)力場、化學(xué)侵蝕以及有害元素破壞等多因素耦合作用的結(jié)果，最終導(dǎo)致耐火材料內(nèi)襯的侵蝕、破損、環(huán)裂、減薄等異常現(xiàn)象，這些都會(huì)直接快速地反映在溫度場分布變化上。對(duì)爐缸爐底溫度場進(jìn)行在線監(jiān)測管理的目的，是實(shí)現(xiàn)高爐全生命周期內(nèi)的無過熱和自保護(hù)。

　　應(yīng)當(dāng)指出的是，爐缸爐底溫度過熱的治理標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變的，而是在高爐整個(gè)生命周期的不同階段，對(duì)于爐缸爐底的不同部位，無過熱管理標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)的維護(hù)措施也要隨之調(diào)整。不同類型的高爐實(shí)現(xiàn)爐缸安全長壽生產(chǎn)的本質(zhì)都是“無過熱—自保護(hù)”體系的建立，因此，在爐缸爐底溫度場安全管理方面，進(jìn)一步提出更加合理的殘襯厚度管理及多級(jí)數(shù)字化預(yù)警機(jī)制，即安全預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)綜合考慮熱負(fù)荷、電偶溫度、侵蝕厚度和渣鐵殼，爐缸監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄應(yīng)分為實(shí)時(shí)值和歷史最高值，并建立工作標(biāo)準(zhǔn)、平衡標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)預(yù)警指標(biāo)，進(jìn)而依據(jù)高爐生命周期不同階段的侵蝕特征，相應(yīng)采取不同的爐缸維護(hù)手段和生產(chǎn)操作調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)高爐的安全高效生產(chǎn)。

　　先進(jìn)短流程—深加工新技術(shù)與高強(qiáng)塑性汽車構(gòu)件的開發(fā)

　　面對(duì)全球嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，各國汽車業(yè)的技術(shù)發(fā)展聚焦在車身輕量化、節(jié)能減排環(huán)保和對(duì)生命周期的評(píng)價(jià)方面，同時(shí)，努力提高汽車的抗沖撞能力和安全等級(jí)。因此，基于近年來國內(nèi)外薄板坯連鑄連軋TSCR和先進(jìn)熱成型處理AHFT的技術(shù)發(fā)展，研究者提出先進(jìn)短流程與深加工技術(shù)相結(jié)合的工藝途徑，為超高強(qiáng)塑性汽車構(gòu)件的生產(chǎn)制造，開發(fā)一種高效率、低能耗、低排放、低成本的新工藝。首先采用先進(jìn)的短流程工藝，包括以CSP、FTSR、ISP半無頭軋制為主要特征的第二代TSCR技術(shù)和以ESP無頭軋制為主要特征的第三代TSCR技術(shù)，生產(chǎn)高強(qiáng)度薄規(guī)格熱軋酸洗板，作為熱沖壓成型的板料；而后采用先進(jìn)的熱成型處理AHFT工藝技術(shù)，對(duì)這些短流程熱軋板料進(jìn)行熱沖壓與熱處理相結(jié)合的深加工，以獲得超高強(qiáng)塑性汽車構(gòu)件。

　　這種短流程TSCR新工藝與先進(jìn)熱成型處理AHFT深加工新技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)生產(chǎn)超高強(qiáng)塑性汽車構(gòu)件，需要鋼鐵與汽車行業(yè)的密切合作。這項(xiàng)新工藝技術(shù)不僅可以滿足新一代汽車在使用運(yùn)行中對(duì)輕量化節(jié)能減排和抗沖撞安全的要求，而且可以顯著降低汽車板構(gòu)件生產(chǎn)制造過程中的能耗與溫室氣體排放。這對(duì)于汽車的整體生命周期評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境改善和可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。采用先進(jìn)短流程—深加工技術(shù)生產(chǎn)制造高強(qiáng)塑性汽車構(gòu)件，作為一條新的高效率、低能耗、低排放、低成本的生產(chǎn)制造工藝流程，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　提高鐵水預(yù)處理比例

　　在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)嚴(yán)峻的形勢下，降本增效成為鋼鐵企業(yè)的重中之重。放開對(duì)高爐鐵水含硫量的限制，可以大大提高高爐生產(chǎn)效能（降低燃料比和提高產(chǎn)量），再通過提高鐵水預(yù)處理比例，降低生鐵雜質(zhì)含量，促進(jìn)潔凈鋼的生產(chǎn)，降低鋼鐵生產(chǎn)成本，是個(gè)不錯(cuò)的思路。

　　據(jù)調(diào)查，我國一些鋼廠鐵水預(yù)處理的成本在30元/噸左右，如煉鋼廠加強(qiáng)管理，轉(zhuǎn)爐可少使用氧氣、熔劑，降低冶煉時(shí)間，減少金屬損失等，煉鋼可節(jié)約成本50元/噸左右。這樣，鐵水預(yù)處理的經(jīng)濟(jì)性就很好。生產(chǎn)出的高質(zhì)量鋼材還有望賣較高的價(jià)格，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。希望企業(yè)結(jié)合自身具體情況，認(rèn)真分析提高鐵水預(yù)處理比例的合理性、經(jīng)濟(jì)性，要用系統(tǒng)工程的方法科學(xué)分析提高鐵水預(yù)處理比例后對(duì)整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)效能的影響。高爐放開對(duì)鐵水含硫的限制之后，生產(chǎn)穩(wěn)定順行，焦比降低，產(chǎn)量提高，大大促進(jìn)生鐵成本的降低，其效益是很大的。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煉鐵生產(chǎn)成本占整個(gè)企業(yè)的70%以上，降低煉鐵成本是降低生產(chǎn)成本的主體，變更高爐操作（放開鐵水含硫的限制），是提高高爐效能的好方法。

　　實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的富Al輕質(zhì)鋼　　

　　提高汽車用鋼的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度之比）可以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，目前主要途徑是：使用高強(qiáng)鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼。提高鋼板比強(qiáng)度的另一途徑是在維持良好力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低鋼板材料的密度，輕質(zhì)鋼（又稱低密度鋼）的開發(fā)正是基于后一觀念。

　　按合金成分和室溫下基體主要組成相，將輕質(zhì)鋼大致分為以下四類：（1）單一鐵素體鋼。此類鋼種為Fe-Al固溶體合金，其主要成分為Fe-(2~9)Al，組織為單相鐵素體。通常地，該鋼種可添加適量Mn元素，并且用微量Ti和Nb等強(qiáng)碳、氮化物形成元素來固定鋼中間隙原子以形成無間隙原子鋼。（2）鐵素體鋼。此類鋼種的大致成分為Fe-(2~7)Al-(0~9)Mn-(0~0.4)C，其熱軋組織多為（δ+α）鐵素體和碳化物的混合物，其中δ鐵素體在整加工和熱處理過程中始終存在。冷軋鐵素體鋼經(jīng)TRIP或Q-P工藝熱處理后可獲得適量殘余奧氏體，這些殘余奧氏體在形變時(shí)被誘發(fā)馬氏體相變，從而顯著提高鋼板的強(qiáng)塑積。鐵素體輕質(zhì)鋼多數(shù)為δ-TRIP鋼。（3）鐵素體/奧氏體雙相鋼。此類鋼種的大致成分為Fe-(3~13)Al-(5~30)Mn-(0.2~1.0)C，其主要組織構(gòu)成為鐵素體和奧氏體兩相，且奧氏體在加工和后續(xù)形變過程中保持組織穩(wěn)定性。（4）奧氏體鋼。此類鋼種的大致成分為Fe-(7~12)Al-(20~30)Mn-(0.5~1.5)C，其主要組織為奧氏體，同時(shí)可能含有少量鐵素體和κ碳化物。同樣地，奧氏體在加工和后續(xù)形變過程中保持組織穩(wěn)定性。

　　盡管富Al輕質(zhì)鋼具有高比強(qiáng)度的優(yōu)良屬性，但是，隨Al含量增加，鋼的彈性模量不斷降低。從微觀角度來說，彈性模量反映金屬鍵的強(qiáng)度。添加Al原子會(huì)引起Fe基體點(diǎn)陣的晶格能降低和點(diǎn)陣擴(kuò)張，從而導(dǎo)致鋼的彈性模量降低。富Al輕質(zhì)鋼的彈性模量降低使具有相同幾何形狀的構(gòu)件的剛度減小，從而削弱由密度降低和比強(qiáng)度升高帶來的減重效果。所以，對(duì)富Al低密度高強(qiáng)鋼來說，提高其彈性模量是鋼種開發(fā)所必須要考慮的重要因素。通過反應(yīng)鑄造法在鋼的基體中原位（in-situ）生成具有高彈性模量的碳化物和硼化物等硬質(zhì)顆粒（如TiC、VC和TiB2）來提高鋼板材料整體的彈性模量是當(dāng)前研究領(lǐng)域的主流觀點(diǎn)，所制備的材料實(shí)際為顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料。