十年來(lái)，我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)流程工藝與裝備技術(shù)的進(jìn)步幅度是明顯的。而未來(lái)，這種生產(chǎn)流程結(jié)構(gòu)不盡合理的現(xiàn)象亦會(huì)逐步改變。
近年來(lái)，我國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量的比例日益增強(qiáng)，2003年我國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼比為82.4%，到2013年這一比例已增至93%，而近十年來(lái)，世界轉(zhuǎn)爐鋼與電爐鋼比例基本保持在7:3的平均水平，我國(guó)與之相比轉(zhuǎn)爐鋼比過(guò)高。未來(lái)我國(guó)這種鋼鐵生產(chǎn)流程結(jié)構(gòu)不盡合理的現(xiàn)象會(huì)隨著我國(guó)資源條件、市場(chǎng)需求變化和綠色低碳環(huán)境的需求而逐步改變。相比較而言，近十年來(lái)，我國(guó)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程工藝與裝備技術(shù)的進(jìn)步幅度更加明顯。
1、轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼仍是世界上最主要的煉鋼方法，其鋼產(chǎn)量占世界鋼總產(chǎn)量的65%以上。由于我國(guó)廢鋼資源短缺，電力缺乏，電價(jià)偏高，因此電爐鋼的產(chǎn)量增長(zhǎng)受到一定程度的制約，而隨著生鐵資源的充裕也給轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)提供了良好條件。因此，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量近年來(lái)獲得了快速增長(zhǎng)。2905年我國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為3.14億噸，到2013年提高到7.65億噸。隨著轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增加，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)也得到迅速發(fā)展。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.1、轉(zhuǎn)爐裝備日趨大型化
2001年我國(guó)100噸以上大型轉(zhuǎn)爐只有30座，產(chǎn)能為3602萬(wàn)噸。至2013年增長(zhǎng)到345座，產(chǎn)能超過(guò)5.08億噸，13年間大型轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力增長(zhǎng)了14倍。其中300噸轉(zhuǎn)爐從3座增加到11座，產(chǎn)能從678萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2759萬(wàn)噸以上。
從數(shù)量上來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐中以100-199噸的轉(zhuǎn)爐數(shù)量最多，而200噸及以上的轉(zhuǎn)爐數(shù)量最少，我國(guó)仍然保有一定數(shù)量的30噸以下的轉(zhuǎn)爐。因此，淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)艱巨。目前，我國(guó)100噸及以上轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能約占全部轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能的67.5%。隨著淘汰落后產(chǎn)能力度的加大，我國(guó)轉(zhuǎn)爐將進(jìn)一步朝著大型化方向發(fā)展。
1.2、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝進(jìn)一步優(yōu)化
提高鋼材潔凈度是21世紀(jì)鋼材質(zhì)量發(fā)展的重大技術(shù)方向。為提高鋼材質(zhì)量且擴(kuò)大冶煉鋼種，我國(guó)大、中型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠都相繼增建了鐵水脫硫裝置和二次精煉裝置。近年來(lái)新建的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠大多配置了鐵水脫硫裝置，并根據(jù)冶煉鋼種的要求配置了相應(yīng)的爐外精煉裝置，一般多采用LF精煉，有些轉(zhuǎn)爐煉鋼廠還配置了Ⅵ）精煉裝置，從而為高附加值鋼種的生產(chǎn)提供了有利條件。
我國(guó)自主設(shè)計(jì)建設(shè)的京唐公司300噸轉(zhuǎn)爐采用了國(guó)際上最先進(jìn)的脫磷爐與脫碳爐分工、聯(lián)合生產(chǎn)的工藝，京唐公司是國(guó)際上最早采用這一先進(jìn)工藝的300噸轉(zhuǎn)爐大型煉鋼廠。經(jīng)過(guò)近兩年的技術(shù)攻關(guān)，脫磷爐生產(chǎn)周期28min，脫碳爐32min；單爐班產(chǎn)爐數(shù)從7-8爐次提高至16爐次，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高1倍，出鋼溫度平均降低20℃。鐵水“三脫”預(yù)處理比例達(dá)到90%；月平均轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]為0.006%，P+S]為150×10-6；和爐外精煉相匹配可穩(wěn)定生產(chǎn)[P+S50×10-6的高潔凈鋼。石灰總消耗量從傳統(tǒng)流程的50kg/t，下降到24.3kg/t，煉鋼總渣量由110kg/t下降到的47kg/t，鋼鐵料消耗降低9.lkg/t，比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼成本降低37.39元／t鋼，標(biāo)志著我國(guó)大型轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)已接近國(guó)際領(lǐng)先水平。
與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)也在積極嘗試頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣、留渣工藝的探索試驗(yàn)，追求低成本、高效化、穩(wěn)定性生產(chǎn)潔凈鋼水的目標(biāo)，以解決鋼鐵企業(yè)不具備脫磷爐與脫碳爐分跨布置聯(lián)合煉鋼的問(wèn)題。
由于煉鋼生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善，鋼材潔凈度生產(chǎn)水平大幅度提高，也使轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)品種逐步擴(kuò)大，許多市場(chǎng)需要的高品質(zhì)鋼，如高速鐵路用鋼軌鋼，汽車(chē)用IF鋼、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板、高牌號(hào)取向和無(wú)取向電工鋼板，高強(qiáng)度造船板、橋梁板和容器板及X80級(jí)油氣輸送管線鋼，高品質(zhì)軸承、齒輪和非調(diào)質(zhì)鋼，高強(qiáng)鋼絲如簾線鋼、彈簧鋼絲等產(chǎn)品，都已在轉(zhuǎn)爐鋼廠穩(wěn)定生產(chǎn)，成為近幾年鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要基礎(chǔ)。
1.3、轉(zhuǎn)爐全自動(dòng)吹煉技術(shù)迅速發(fā)展
隨著轉(zhuǎn)爐大型化全自動(dòng)吹煉技術(shù)在國(guó)內(nèi)迅速推廣，大于100噸轉(zhuǎn)爐采用以副槍為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，小于100噸轉(zhuǎn)爐則采用投擲式測(cè)頭與煙氣分析（或兩者相結(jié)合）的方式，進(jìn)行冶煉終點(diǎn)的動(dòng)態(tài)控制，有的已實(shí)現(xiàn)“一鍵式”控制不倒?fàn)t出鋼的自動(dòng)煉鋼。隨著國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐全自動(dòng)吹煉技術(shù)的推廣與完善，不倒?fàn)t出鋼比例和自動(dòng)化煉鋼水平有了大幅度提高，一批先進(jìn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制精度（[C]為±0.02%，溫度為±12℃）的雙命中率可達(dá)80%-93%，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率大大提高，消耗降低的效果十分明顯。
1.4、“負(fù)能”煉鋼技術(shù)取得重大進(jìn)展
2005年以后，我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼廠高度重視“負(fù)能”煉鋼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“負(fù)能”煉鋼的鋼廠日益增多。特別是100噸以上的大、中型轉(zhuǎn)爐，95%以上的轉(zhuǎn)爐都實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序“負(fù)能煉鋼”。回收轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉能耗“負(fù)值”的主要手段。
我國(guó)“負(fù)能煉鋼”技術(shù)的迅速發(fā)展得益于以下三方面：
一是煉鋼工藝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。隨著國(guó)內(nèi)新建100噸以上大、中型轉(zhuǎn)爐的增多，配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發(fā)電等設(shè)施，為“負(fù)能煉鋼”打下設(shè)備基礎(chǔ)；二是“負(fù)能煉鋼”工藝不斷完善，多數(shù)鋼廠已掌握“負(fù)能煉鋼”的基本工藝；三是2005年，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局將電力折算系數(shù)調(diào)整為電熱當(dāng)量值（即1kWh=0.1229kg）替換原來(lái)沿用的電煤耗等價(jià)值（即1kWh=0.404kg）。煉鋼能耗統(tǒng)計(jì)值降低，利于實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”。重點(diǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量由2010年的平均81m3/t提高到2014年的106m3/t。近幾年，我國(guó)轉(zhuǎn)爐蒸汽回收量有很大提高，但蒸汽回收量和壓力差別較大；先進(jìn)的回收量已達(dá)到100kg/t以上、壓力可達(dá)2.5-4MPa，用于鋼水真空處理、發(fā)電或并入蒸汽管網(wǎng)。
1.5、轉(zhuǎn)爐使用壽命進(jìn)一步提高
爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要技術(shù)指標(biāo)，提高爐齡在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，也提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。濺渣護(hù)爐的基本原理是利用高速氮?dú)鈱⒊煞终{(diào)整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面，形成濺渣層。濺渣層抑制了爐襯表層的氧化，減輕了高溫爐渣對(duì)磚表面的沖刷侵蝕。采用濺渣護(hù)爐工藝后，當(dāng)爐襯殘磚厚度侵蝕至500mm左右時(shí)，爐壁冷卻與爐內(nèi)鋼渣對(duì)爐襯的導(dǎo)熱基本實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，爐襯與濺渣層的結(jié)合層很難被進(jìn)一步熔損。在濺渣條件下?tīng)t襯基本為“零熔損”，即隨爐齡增加，爐襯厚度基本保持不變。國(guó)內(nèi)鋼廠據(jù)此研發(fā)出了長(zhǎng)壽轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)爐爐齡達(dá)到30000爐以上，爐役期和產(chǎn)鋼量同步增長(zhǎng)，耐火材料消耗和噸鋼成本也相應(yīng)降低。
2、我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展存在的問(wèn)題
1)我國(guó)小型轉(zhuǎn)爐目前還有相當(dāng)大的比例，與精煉、連鑄的匹配關(guān)系還有待優(yōu)化。
2)轉(zhuǎn)爐煉鋼原料質(zhì)量有待提高。我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼用石灰的含硫量比較高，許多鋼廠達(dá)0.06%甚至更高，這不僅影響轉(zhuǎn)爐鋼的性能，而且冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重污染。
3)我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制水平，特別是動(dòng)態(tài)控制水平需要進(jìn)一步提升。目前，歐洲大部分鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)都實(shí)現(xiàn)了快速出鋼，即大部分爐次終點(diǎn)不倒?fàn)t、不取樣而直接出鋼。國(guó)內(nèi)企業(yè)的控制水平與先進(jìn)指標(biāo)還有一定差距。
4)我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展不平衡。無(wú)論是自動(dòng)煉鋼水平、同樣爐齡復(fù)吹條件下的碳氧積水平、煤氣蒸汽回收量、對(duì)精煉工藝掌握的深度還是供氧強(qiáng)度與冶煉周期等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，先進(jìn)與落后的鋼廠差距較大。
5)我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)鋼水氧含量普遍偏高，這大大增加了高品質(zhì)鋼冶煉的難度。高效率低成本的轉(zhuǎn)爐脫[Si]和[P]工藝還未能全面推廣。我國(guó)先進(jìn)企業(yè)全新流程在原料消耗與生產(chǎn)效率上與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)還有一定差距。
今后，我國(guó)鋼鐵企業(yè)還要進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，進(jìn)一步做好煉鋼節(jié)水、節(jié)能和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作。
3、轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
從國(guó)內(nèi)外氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼科技創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，以下幾個(gè)方面值得重點(diǎn)關(guān)注。
3.1、節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展
鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步必須與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。重點(diǎn)研發(fā)各種工藝條件下優(yōu)化“負(fù)能煉鋼”的工藝與裝備技術(shù)，必須采用各種綜合節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”。雖然轉(zhuǎn)爐煉鋼是當(dāng)代鋼鐵生產(chǎn)中耗能最少，且是唯一可以實(shí)現(xiàn)總能耗為“負(fù)值”的工序，但進(jìn)一步降低工序能耗和物耗，更加高效地實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和回收，更加有效地利用二次能源，開(kāi)發(fā)低溫余熱回收利用新途徑等許多問(wèn)題還要進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。主要思路有：
1)流程優(yōu)化應(yīng)成為煉鋼廠進(jìn)一步節(jié)能的重點(diǎn)
流程優(yōu)化主要體現(xiàn)在緊湊、高效、自控三個(gè)方面。流程功能的解析、優(yōu)化重組，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的緊湊化，即工序時(shí)間的最小化、銜接最優(yōu)化，這是最有效的節(jié)能措施；高效化是轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能的重要措施；自動(dòng)化是轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能的重要保證。
2)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)提高煉鋼能源轉(zhuǎn)換效率
煙氣能量的高效轉(zhuǎn)換及回收利用；連鑄坯熱送熱裝是銜接煉鋼、軋鋼兩大工序的重要節(jié)能措施；爐渣余熱回收和利用；冷卻水余熱回收利用技術(shù)是轉(zhuǎn)爐煉鋼廠進(jìn)一步提高能源轉(zhuǎn)換與利用效率的難題。
3)進(jìn)一步挖掘煉鋼工序的節(jié)能潛力
加大全過(guò)程保溫措施是轉(zhuǎn)爐鋼廠節(jié)能的重要基礎(chǔ)；以穩(wěn)定的工藝操作，實(shí)現(xiàn)全廠低溫制度的運(yùn)行，有效地節(jié)能降耗；在全鋼鐵企業(yè)能源高效轉(zhuǎn)換利用和構(gòu)建能量流網(wǎng)絡(luò)以及優(yōu)化的總體思路下，研究轉(zhuǎn)爐煉鋼廠進(jìn)一步節(jié)能降耗的新措施。
為消除對(duì)大氣環(huán)境的污染，必須進(jìn)一步做好煙塵處理，積極采用干法除塵技術(shù)，節(jié)約水資源。回收能源介質(zhì)的高效利用都有許多項(xiàng)目需要認(rèn)真研發(fā)。努力將煉鋼廠建設(shè)成為無(wú)污染、零排放的綠色工廠。
3.2、吹煉終點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制技術(shù)
終點(diǎn)控制是煉鋼操作的技術(shù)關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)多采用人工經(jīng)驗(yàn)控制，無(wú)法滿足潔凈鋼和高品質(zhì)鋼種生產(chǎn)的質(zhì)量要求。因此，盡快采取措施提高煉鋼終點(diǎn)的控制精度和命中率已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)煉鋼生產(chǎn)中迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。提高轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制水平的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下兩點(diǎn)。
1)優(yōu)化復(fù)吹工藝，促進(jìn)鋼渣平衡，穩(wěn)定終點(diǎn)操作；
2)采用計(jì)算機(jī)終點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不倒?fàn)t出鋼及提高出鋼口壽命，縮短出鋼時(shí)間，進(jìn)而縮短轉(zhuǎn)爐輔助作業(yè)時(shí)間，也是提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的重要技術(shù)措施。
3.3轉(zhuǎn)爐高效吹煉工藝
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大鋼企陸續(xù)開(kāi)展了提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，加大供氧強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)吹煉的技術(shù)研究，并開(kāi)發(fā)出一整套轉(zhuǎn)爐高效冶煉技術(shù)，使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率大幅提高。采用以下技術(shù)有利于進(jìn)一步提高供氧強(qiáng)度，從而使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率得到提高。
1)提高我國(guó)轉(zhuǎn)爐底吹攪拌強(qiáng)度，優(yōu)化底吹攪拌工藝，保證全爐役內(nèi)底吹效果，并結(jié)合該工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)壽技術(shù)研究；
2)大幅減少渣量，對(duì)于少渣冶煉轉(zhuǎn)爐，由于渣量減少可大幅提高供氧強(qiáng)度；
3)優(yōu)化改進(jìn)氧槍結(jié)構(gòu)，加快研發(fā)集束氧槍在轉(zhuǎn)爐中應(yīng)用、CO2和高比例CaCO3在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中的應(yīng)用等全新工藝與裝備，提高噴槍化渣速度，減少熔池噴濺和避免產(chǎn)生大量FeO粉塵是大幅提高供氧強(qiáng)度的關(guān)鍵。