文献综述：炼钢工艺设备发展趋势

1.转炉炼钢的发展历程

早在1856年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法不能去除S和P，因而其发展受到了限制。1879年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一般不能多用废钢。随着工业的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在1864年创立了平炉炼钢法，1880年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的。1952年在奥地利出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含79%无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉的焦炭耗量，且能使用更多的废钢。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约10min，而平炉则需7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。其实130年前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了利用氧气炼钢的设想，但受当时条件的限制没能实现。直到20世纪50年代初，奥地利的Voest Alpine公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了氧气顶吹转炉，亦称LD转炉。底吹转炉问世后，其发展速度非常快，到1968年出现氧气底吹法时，全世界顶吹法产钢

能力已达2.6亿t，占绝对垄断地位。1970年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹法，各种类型的底吹法转炉（如OBM，Q-BOP，LSW等）在实际生产中显示出许多优于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。

顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失大和冶炼超低碳钢困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺点。但由于底吹法用碳氢化合物冷却喷嘴，钢水含氢量高，需在停吹后喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显示出的明显差别，故在20世纪70年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶底复吹冶炼法。继奥地利人https://www.360docs.net/doc/c712181198.html,ard等于1973年研究转炉顶底复吹炼钢后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹转炉。到20世纪80年代初开始正式用于生产。由于它比顶吹和底吹法都更优越，加上转炉复吹现场改造比较容易，使之几年时间就在全世界范围内得到普遍应用，有的国家（如日本）已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉。

目前复吹转炉大都是在顶吹基础上加上各自不同的底吹方法构成的。这些复吹方法大致可以分为以下三类：（1）用惰性气体搅拌熔池，所用气体主要为N2，Ar和CO2，如LD-KG，LD-OTB，LD-AB方法采用小直径多管供气，而LBE法则采用透气砖供气。（2）从炉底吹入部分氧或其他氧化性气体来搅拌熔池。当顶吹用氧时，不论是纯氧、氮与氧混合物或是空气，都需要采用双层套管喷嘴，使氧流得到遮盖以保护炉底耐火材料。通常中心管通O2及CO2，外管遮盖气体用CO2、N2

或Ar，或者用天然气。这种底吹方法如DSC-BAP、LD-OB、LD-HC、STB 等。（3）除炉底供一部分氧外，还顶吹石灰粉等造渣剂，如K-BOP 法等。

氧气转炉炼钢从顶吹发展到顶底复吹经历了30多年，现已成世界上主要的炼钢方法，目前转炉钢的比例已达到70%以上。传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并按一定比例装入废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水温度和成分达到目标值范围就出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送模铸场或连铸车间铸锭。

近年来，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宽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、炉外精选、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。目前由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理——复吹转炉吹炼——炉外精料——连铸这一新的工艺流程。这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点。氧气转炉已由原来的主导地位变为新流程的一个环节，主要承担钢水脱碳和升温的任务了。 2.我国转炉炼钢技术的发展

1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功，并于1952年投入工业生产。1954年开始小型氧气顶吹转炉炼钢的实验

研究工作，1962年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉，开始了工业性试验。在试验取得成功的基础上，我国第一个氧气顶吹转炉炼钢车间（2×30t）在首钢建成，于1964年12月26日投入生产。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建了一批3.5—5t的小型氧气顶吹转炉。1966年上钢一厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成3座30t的氧气顶吹转炉炼钢车间，并首次采用了先进的烟气净化回收系统，于当年8月投入生产，还建设了弧形连铸机与之相配套，试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢品种。这些都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。

此后，我国原有的一些侧吹转炉车间逐渐改建成中小型顶吹转炉车间，并新建了一批大、中型氧气顶吹转炉车间。小型顶吹转炉有天津钢厂20t转炉、济南钢厂13t转炉、邯郸钢厂15t转炉、太原钢铁公司引进的50t转炉、包头钢铁公司50t转炉、武钢50t转炉、马鞍山钢厂50t转炉等；中型的有鞍钢150t和180t转炉、攀枝花钢铁公司120t 转炉、本溪钢铁公司120t转炉等；20世纪80年代宝钢从日本引进建成具有70年代末技术水平的300t大型转炉3座、首钢购入二手设备建成210t转炉车间；90年代末宝钢又改建成250t转炉，唐钢建成150t转炉车间，重钢和首钢又建成80t转炉炼钢车间；许多平炉车间改建成氧气顶吹转炉车间等。到1998年我国氧气顶吹转炉共有221座，其中100t以下的转炉有188座，（50—90t的转炉有25座），100—200t的转炉有23座，200t以上的转炉有10座，最大公称吨位为300t、顶吹转炉钢占总钢产量的82.67%。

3.氧气顶吹转炉炼钢法的优越性（1）吹炼速度快、生产率高

在氧气顶吹转炉吹炼过程中，铁水中的Si、Mn、P、C等元素氧化速度非常快。Si的氧化速度为0.16—0.40%/mm，Mn的氧化速度约为0.13%/min，而C的氧化速度最高可达0.4—0.6%/min；平炉的脱碳速度仅为0.15—0.40%/h。顶吹转炉的生产周期30—40min，最多为1h；而相同吨位的平炉则需8—12h。1座120t氧气顶吹转炉生产能力为160—200t，而相同吨位的平炉，在用氧冶炼的情况下，生产能力仅为20—30/h，若不用氧则只有12—20t/h。300t转炉小时产钢量为300t，相同吨位的平炉即使用氧也不到100t。由此可见，氧气顶吹转炉炼钢法的生产率很高。（2）品种多、质量好

氧气顶吹转炉可以冶炼全部平炉冶炼的钢种和部分电冶炼的钢种，有碳素钢、低合金钢、中合金钢等；由于炉外精炼技术的发展，能够使氧气顶吹转炉冶炼更多品种的钢，就是平炉不容易冶炼的品种钢，氧气顶吹转炉也可以冶炼。氧气顶吹转炉钢的质量也是比较好的，钢中氧含量为0.00015%--0.00065%，氮含量为0.002—0.004%，氢的平均含量每100g钢只有3.6ml；从而其冷加工变形性能、抗时效能、抗脆裂折断性能、焊接性能等均优于平炉钢种，有些性能还优于电炉钢种。尤其是深冲性能和延展性能较好，用于轧制板、管、丝、带钢材更为优越。这类钢材往往占一个国家所需钢材总量的50—60%，甚至更多。（3）原材料消耗少、热效率高、成本低

氧气顶吹转炉每吨钢铁消耗一般为1100—1400kg/t，个别还低于1100kg/t。金属消耗虽比平炉钢稍高些，但氧气顶吹转炉是利用铁水

的物理热和化学热进行冶炼，不仅不需要外加补充热源，还可以加入10—30%的废钢，因而热效率高；再加上顶吹转炉炉衬寿命长，目前最高炉龄已达11377炉次/炉役，从而吨钢耐火材料只有平炉的30—50%，所以氧气顶吹转炉的燃料动力消耗比平炉钢和电炉钢都低；此外，氧气顶吹转炉还可以回收煤气、蒸汽和烟气加以利用，有可能实现零能耗或负能耗炼钢，其生产率又高，所以氧气顶吹转炉钢的成本低。（4）基建投资省、建设速度快

氧气顶吹转炉的炉体轻且结构简单，厂房占地面积少，基础工程又比平炉简单，因此投资省，比相同规模平炉的投资少约30—70%，比平炉建设速度也快。（5）氧气顶吹转炉容易与连铸钢相匹配氧气顶吹转炉炼钢生产周期短，且比较均衡，有利于与连铸相匹配协调，比较容易实现多炉连浇利于提高铸机的作业率，也利于实现自动控制和综合利用。氧气顶吹转炉炼钢不仅能够吹炼低磷铁水，还可以吹炼磷Wp=0.50—1.50%和高磷Wp>1.50%的铁水，并且可以吹炼含V、Ti的铁水；但是吹炼工艺复杂，冶炼周期较长，也不够经济。从精料角度出发，最好是在铁水兑入转炉之前进行预处理，脱除S、P，提取V、Ti等元素后再进入转炉冶炼，较为经济合理。 4.氧气冶金的前景

进行预测比回顾发展过程困难的多。当试图进行可信的预测时，可以根据目前的想法，竞争因素和经济发展的形势等可能产生的影响来评价。

首先应该提出的问题是目前产量最高、而且非常灵活的转炉炼钢是

否能被其他技术所取代？对此过去曾经有过许许多多的想法，而且也进行了不少旨在促进—“连续炼钢”的试验。这些方法大多是以铁水为主要原料，而且用氧气进行冶炼。不过连续炼钢至今还没有赢得重要的地位。其原因一方面还有许多的技术难题没有解决，另一方面基本思路近乎可疑。在不久的将来，间断操作的转炉仍将是炼钢的主要方法。将来，以铁水为主要原料生产高纯净的自供氧气转炉炼钢，仍然是最有效的办法。然而连续比的提高，高质量的本厂返回废钢的数量大幅度减少。又由于外购废钢虽较便宜，但其中的痕量元素无法解决。针对这些问题正在采取有效的解决办法