鑄坯高溫按序直接裝爐技術

　　鑄坯按爐、逐根、按序直接裝爐技術，是一項技術難度高、經(jīng)濟效益明顯的技術集成包，是由多項技術動態(tài)集成的技術集成系統(tǒng)。其實質(zhì)是要建立起煉鋼車間與熱軋車間之間動態(tài)運行的界面技術，特別是連鑄機與相對應的軋鋼加熱爐之間動態(tài)運行的界面技術。這些技術包括：連鑄機與軋鋼加熱爐之間合理空間—時間關系，包括平面布置圖的合理化、緊湊化；鑄坯在鑄機與加熱爐之間行走距離的最小化，鑄坯輸送過程時間的最小化和準連續(xù)化；連鑄機產(chǎn)能與軋鋼機產(chǎn)能的匹配對應性，兩者的產(chǎn)能應該盡可能地處在整數(shù)對應的狀態(tài)。鑄坯高溫直接裝爐需要一系列基礎技術的支撐，包括鑄機的恒拉速、高拉速工藝技術、轉爐低溫出鋼技術和穩(wěn)定出鋼溫度技術包、提高剪切后鑄坯溫度的技術、高溫無缺陷鑄坯的技術等。

　　將定尺供坯改進為定重供坯，對于提高鋼材定尺率、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)濟效益的效果，應該深入研究開發(fā)，具體包括：切分軋制技術；鑄坯形狀、尺寸監(jiān)控、精確稱重和信息反饋調(diào)控技術，不同斷面規(guī)格鋼材軋制時的鑄坯單重的合理設定與剪切調(diào)控技術。

　　電弧爐煉鋼復合吹煉技術

　　我國電弧爐煉鋼的高效、低耗、潔凈生產(chǎn)技術及裝備總體與國外先進技術相比，存在一定差距。為進一步提高國內(nèi)電弧爐煉鋼工藝技術水平，電弧爐煉鋼復合吹煉技術得以開發(fā)和提升。該技術以多元爐料結構為基礎，以節(jié)能和降本為目標，通過強化熔池攪拌，將供電、供氧和底吹攪拌等單元操作進行多尺度集成，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)均成功應用了電弧爐煉鋼復合吹煉工藝，取得了良好的工業(yè)效果，有效降低了成本。目前，電弧爐煉鋼復合吹煉技術已基本成熟并推廣應用，底吹壽命達到700爐以上，氧氣噴吹、底吹及供電間的關系已通過控制模型得到優(yōu)化并取得實際效果。如何進一步開發(fā)基于電弧爐煉鋼復合吹煉技術的終點控制方法，保證鋼水質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，是今后研究的重點。

　　高爐應用含碳復合爐料

　　當前，高爐煉鐵正朝著高產(chǎn)、低污染、低能耗的方向發(fā)展。為了實現(xiàn)這一目標，以高爐使用含碳復合爐料為代表的一些革新煉鐵技術已經(jīng)被提出并投入應用。含碳復合爐料相比于傳統(tǒng)的高爐爐料（燒結礦和球團礦）具有高溫強度高、還原性能好和原料適應性強等優(yōu)勢。研究表明，高爐使用一定量的含碳復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合爐料主要包括冷固結含碳球團、鐵焦和熱壓含碳球團3種?，F(xiàn)階段高爐使用含碳復合爐料的研究熱點主要集中在鐵焦以及熱壓含碳球團上。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、煤碳化結焦的含碳復合爐料，以此大幅提高弱黏結煤和低品位鐵礦石的使用。高爐使用鐵焦可使碳氣化反應在較低溫度下提前進行，進而降低熱空區(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對能力，改善高爐內(nèi)鐵礦石還原反應效率，鐵焦被認為是一種新的高爐煉鐵爐料。熱壓含碳球團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，利用煤的黏結性將鐵礦粉結成塊，最終得到塊狀的熱壓含碳球團。

　　燒結生產(chǎn)重視點火這一關鍵操作

　　燒結點火應掌控好點火溫度，點火時間和點火負壓操作，正常點火溫度為1050℃~1150℃，點火時間為60秒，點火負壓為燒結抽風負壓的50%~60%，點好火是確保燒結產(chǎn)、質(zhì)量的一項關鍵操作。

　　點火溫度過低，不利于點好火，不易將表層的固體燃料點著往下引，點火后表層成半熔狀態(tài)。點火時間過短（不足45秒），會造成表層固體燃料沒有完全點著，表層燃燒帶下引困難，影響由上往下燒結的正常進行。燒結點火負壓可分為低負壓、過低負壓、中負壓和高負壓4種狀態(tài)，低負壓點火效果最佳，其余3種狀態(tài)對燒結產(chǎn)、質(zhì)量和電耗均會產(chǎn)生不同程度的影響，高負壓點火效果最差。

　　點好火的標志是使燒結點火達到最佳狀態(tài)，具體表現(xiàn)為：整個臺車點火面積溫度分布均勻，點火高溫燃燒產(chǎn)物順利進入料層，沒有反射現(xiàn)象，臺車料面離開點火器后，赤紅的表面很快消退，表層料面既不欠熔也不過熔結殼，呈青色或青黑色。燒結生產(chǎn)可通過燒結抽風負壓數(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。

　　創(chuàng)建鐵礦粉綜合品位性價比計算法

　　在鐵礦資源供大于求、鐵礦價格大幅度下滑的局面下，鋼鐵企業(yè)優(yōu)化配礦結構、降低煉鐵成本，應該轉變?yōu)榻⑿碌闹鞯V體系和實行鐵礦資源性價比的最優(yōu)化。在低礦價的現(xiàn)狀下，燒結、高爐煉鐵再吃低價礦和經(jīng)濟爐料，應采用科學的計算方法，算算它們的綜合品位和性價比后再去采購。這樣采購來的鐵礦粉，燒結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構。

　　企業(yè)建立主礦體系和配礦結構應有合理的戰(zhàn)略舉措和實施方案。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，確保燒結生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定；二是堅持低燃料比的戰(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，建立企業(yè)長期穩(wěn)定的主礦體系，可采用以下3個實施方案：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）或相應的國產(chǎn)磁鐵礦粉相配合，所得到的燒結礦與采用全優(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、何普當斯粉）作主要原料時，由于其粒度細，料層透氣性差，可以采用比生石灰更優(yōu)的黏結劑強化制粒，改善料層透氣性和提高成品礦強度。三是同時以高水化程度的褐鐵礦和馬拉曼巴礦為主要原料的燒結技術，以粗粒作制粒的核心，以幾種微粒作包裹料強化制粒，改善燒結料層的透氣性，確保生產(chǎn)率不下降。

　　更經(jīng)濟的富氧———變壓吸附制氧技術

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

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

　　變壓吸附制氧工藝具有以下優(yōu)點：一是采用大氣進氣壓差自動充壓技術，減少鼓風機送風量，延長設備使用壽命，降低氧氣制造成本。二是設備簡單，主要設備羅茨鼓風機和真空泵運行穩(wěn)定、可靠，分子篩的使用壽命在10年以上，無需維護。三是產(chǎn)生的氧氣量及純度可根據(jù)實際使用情況進行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定純度可達93%，經(jīng)濟純度為80%~90%；產(chǎn)氧時間快，一般30min以內(nèi)就可以達到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比有以下特點：投資低、流程簡單，占地少、設備少，運動部件少；自動化程度高，基本可實現(xiàn)無人化管理；能夠滿足高爐富氧鼓風工藝要求。

　　基于爐缸爐底溫度場控制的高爐長壽技術

　　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)濟損失，就相當于為高爐生產(chǎn)增加效益，已經(jīng)成為我國煉鐵工業(yè)面臨的關鍵共性技術難題。

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

　　應當指出的是，爐缸爐底溫度過熱的治理標準并非一成不變的，而是在高爐整個生命周期的不同階段，對于爐缸爐底的不同部位，無過熱管理標準和對應的維護措施也要隨之調(diào)整。不同類型的高爐實現(xiàn)爐缸安全長壽生產(chǎn)的本質(zhì)都是“無過熱—自保護”體系的建立，因此，在爐缸爐底溫度場安全管理方面，進一步提出更加合理的殘襯厚度管理及多級數(shù)字化預警機制，即安全預警標準應綜合考慮熱負荷、電偶溫度、侵蝕厚度和渣鐵殼，爐缸監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄應分為實時值和歷史最高值，并建立工作標準、平衡標準和預警標準三級預警指標，進而依據(jù)高爐生命周期不同階段的侵蝕特征，相應采取不同的爐缸維護手段和生產(chǎn)操作調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)高爐的安全高效生產(chǎn)。

　　先進短流程—深加工新技術與高強塑性汽車構件的開發(fā)

　　面對全球嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題，各國汽車業(yè)的技術發(fā)展聚焦在車身輕量化、節(jié)能減排環(huán)保和對生命周期的評價方面，同時，努力提高汽車的抗沖撞能力和安全等級。因此，基于近年來國內(nèi)外薄板坯連鑄連軋TSCR和先進熱成型處理AHFT的技術發(fā)展，研究者提出先進短流程與深加工技術相結合的工藝途徑，為超高強塑性汽車構件的生產(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技術和以ESP無頭軋制為主要特征的第三代TSCR技術，生產(chǎn)高強度薄規(guī)格熱軋酸洗板，作為熱沖壓成型的板料；而后采用先進的熱成型處理AHFT工藝技術，對這些短流程熱軋板料進行熱沖壓與熱處理相結合的深加工，以獲得超高強塑性汽車構件。

　　這種短流程TSCR新工藝與先進熱成型處理AHFT深加工新技術相結合，開發(fā)生產(chǎn)超高強塑性汽車構件，需要鋼鐵與汽車行業(yè)的密切合作。這項新工藝技術不僅可以滿足新一代汽車在使用運行中對輕量化節(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件生產(chǎn)制造過程中的能耗與溫室氣體排放。這對于汽車的整體生命周期評價、生態(tài)環(huán)境改善和可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。采用先進短流程—深加工技術生產(chǎn)制造高強塑性汽車構件，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。

　　提高鐵水預處理比例

　　在當前鋼鐵行業(yè)嚴峻的形勢下，降本增效成為鋼鐵企業(yè)的重中之重。放開對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），再通過提高鐵水預處理比例，降低生鐵雜質(zhì)含量，促進潔凈鋼的生產(chǎn)，降低鋼鐵生產(chǎn)成本，是個不錯的思路。

　　據(jù)調(diào)查，我國一些鋼廠鐵水預處理的成本在30元/噸左右，如煉鋼廠加強管理，轉爐可少使用氧氣、熔劑，降低冶煉時間，減少金屬損失等，煉鋼可節(jié)約成本50元/噸左右。這樣，鐵水預處理的經(jīng)濟性就很好。生產(chǎn)出的高質(zhì)量鋼材還有望賣較高的價格，促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。希望企業(yè)結合自身具體情況，認真分析提高鐵水預處理比例的合理性、經(jīng)濟性，要用系統(tǒng)工程的方法科學分析提高鐵水預處理比例后對整個鋼鐵生產(chǎn)效能的影響。高爐放開對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。

　　實現(xiàn)汽車輕量化的富Al輕質(zhì)鋼　　

　　提高汽車用鋼的比強度（強度與密度之比）可以實現(xiàn)汽車輕量化，目前主要途徑是：使用高強鋼和先進高強鋼。提高鋼板比強度的另一途徑是在維持良好力學性能的基礎上，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被誘發(fā)馬氏體相變，從而顯著提高鋼板的強塑積。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度。添加Al原子會引起Fe基體點陣的晶格能降低和點陣擴張，從而導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件的剛度減小，從而削弱由密度降低和比強度升高帶來的減重效果。所以，對富Al低密度高強鋼來說，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前研究領域的主流觀點，所制備的材料實際為顆粒增強鋼鐵基復合材料。