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短步骤炼钢技术发展概论
电炉出现是为了经济地回收利用废钢并生产结构钢。从60年代起，对电炉炼钢需求增加，造成了超高功率电炉开发，促进了多种新技术出现，如泡沫渣和长弧操作、水冷炉壁和水冷炉盖部件、喷嘴燃烧和无渣出钢等。总体而言，电炉炼钢发展方向以下：
(1) 深入提升现有电炉和新建电炉生产效率；
(2) 经过废钢预热，降低消耗，从而减小生产成本压力；
(3) 灵活使用不一样装炉原料需求；
(4) 电能替换和一次能源使用。
1.1短步骤炼钢技术现实状况
11.1短步骤炼钢技术发展
电炉短步骤亦称紧凑式电炉步骤，国外通称为“Mimnill'电炉短步骤将是二十一世纪以废钢为主原料钢铁生产新步骤。其关键特点是：
(1) 采取连续化生产,形成“电炉一精炼炉一连铸一连轧”四位一体生产模式,
(2) 生产步骤短，工艺部署紧凑，生产周期(从废钢至成品)通常只需3〜4h；
(3) 生产品种比较单一，适宜专业化生产；
(4) 生产效率高，全员劳动生产率达成2700t/人• a以上。
1.12电炉短步骤设备配置
电炉短步骤设备配置通常应遵照以下标准：
(1) 单机匹配：即一台超高功率电炉配一套精炼设施、一台连铸机和一套主力轧机；
(2) 广泛采取近终形连铸技术和连轧技术；
(3) 采取连铸坯热送和直轧技术；
(4) 以轧定产，即依据轧钢机生产能力合理配置各工序设备a电炉短步骤设备配置情况和代表性工艺见表1-1。
表1-1电炉短步骤设备配置和以后发展趋势
表1-1中计算按电炉作业率为75%,电炉生产效率为I. lt/t • h，电炉利用系数为 I. 6t/MV . A • h，钢水成材率为93%计算。
按电炉短步骤工艺运行工厂设计力案，工艺部署紧凑,占地面积小，基建投资低，并充足考虑了生产节能(平均节能20%)，提升生产效率等。
自从90年代初美国Nucor电炉-薄板坯连铸为代表电炉短步骤投产以来，引发了世界钢铁界重视。电炉短步骤发展是第二次世界大战以后钢铁技木第三个重大改变。该步骤经典示意图图1-1所表示。

1.1.3现代电炉技木发展
近20年来电炉炼钢技术快速发展，关键表现在以下两个方面：
其一，电炉生产技术本身逐步发展完善，以电炉强化冶炼为中心，提升熔池能量输人密度T缩短冶炼周期，前后开发出超髙功率供电、水冷炉壁(盖)、偏心炉底出钢、直流或髙阻抗供电和导电横臂等优异技术。
其二，现代电炉技木大量借鉴、吸收和融合了各项转炉强化冶炼技术,如炉内氧气-燃料助熔、熔池喷炭增加热源、炉气二次燃烧和废钢在线预热等。如著名Danarc电炉是以高阻
抗供电技术和K-ES喷炭、二次燃烧技术结合产物。竖炉电炉开发则借鉴了 kV • A和 EOF炉等工艺技术经验。
近代电炉炼钢技术特点是：
(1) 冶炼强度提升，冶炼时间缩短。电炉经过了30年发展，熔化功率从300kV • AA 提升到IOOOkV • A八，冶炼强度提升了2倍以上，冶炼周期从180min缩短到53min，使电炉生产能力对应提升了3.4倍。
(2) 热、电效率提升，能置消耗降低。因为冶炼时间大幅度缩短，电炉热效率显著提升(从54, 3%提升到71. 7%)，使电炉冶炼总能耗从700kW · h/t下降到530kW • h/t，下降了 24. 3%。
(3) 化学能输入百分比提升，电耗降低。在标准状态下，电炉冶炼氧气消耗从8m3/t增加 到40m3/t，化学能输入百分比从5. 1%提升到35. 8%，而冶炼电耗从630kW • h/t下降到 340kW ·h/t。伴随化学能输入百分比提升，电炉利用系数显著提升，达成I. 51t/MV ·A·h国外电炉近30年生产技术发展见表I-2。
表1-2国外电炉生产技术发展

1.2电炉生产技术发展趋势
1.2.1电炉强化冶炼技术
电炉强化冶炼技术是电炉生产技术发展关键，也是以后电炉技术进步关键。分析世界上最优异电炉技术参数和经济指标，见表1-3，可见电炉强化治炼技术发展趋势有以下特点：
(1) 生产高效化。经过采取扩大炉容，采取超高功率缩短冶炼时间等方法。
现在.世界上最大直流电炉为日本东京钢铁企业冈山厂200tDC炉，平均出钢量为220t大型现代化电炉冶炼时间通常少于60min，最短冶炼周期为Danarc电炉，达成45min。该电炉日产炉数平均可达成32炉。依据德围BWS厂生产数据计算，电炉作业率可达成86. 7%。据国际优异指标计算，现代电炉最大生产能力可达成267t/h。电炉利用系数达成I. 78t/MV • A·h；单台电炉最大年产量可达成176. 8万t/a(即年产8841炉钢）。
表1-3 90年代世界最优异电炉技术参数和经济指标

(2) 供电直流化。20世纪90年代，世界上总计建设大型直流电炉80余座，占同期新建电炉总数70%〜直流电炉快速发展充足显示出其技术优点。电炉供电方法比较见表l-4。l
分析表1-4，可见：
1) DC电炉供电效率和超髙功率AC电炉相当，略低于高阻抗AC电炉；
2) DC电炉热效率高于AC电炉和高阻抗AC电炉；
3) DC电炉电极消耗显著低于AC电炉；
4) DC电炉和AC电炉相比，减轻了环境污染。
另外，对于发展中国家，因为电网容量小，更适合采取大型直流电炉。
(3) 熔炼转炉化。从能量输入见解出发，电炉强化冶炼技术路径为：
表1-4电炉供电方法比较
1) 超髙功率供电，受到耐火材料限制，输入熔池电能密度通常不超出IOOOkV · A/ t。当大于700KV · A/t时，伴随电能密度提升，电弧热效率降低，电炉利用系数下降。
2) 提髙供氧强度，增加化学能输入百分比。通常采取以下两种方法：
吹氧脱碳，在标准状态下，控制熔池供氧强度小于0. 53m/t • min；
燃料助熔，对于容量大小不一样电炉，输入比功率基础相同为0. 14MW/t。
3) 回收烟气能量:依据电炉熔池脱碳童大小，电炉烟气带走热量每吨钢波动在105 〜165kW ·h。其中烟气物理热每吨钢约为45〜65kW ·h，烟气化学潜热每吨铜(CO和 H2 气)约为60〜IOOkW .h。
能够采取两种路径固收烟气能量：
a 废铜预热。热效率波动在53%(consteel法)〜68%(竖炉法)，但同时增加了炉壁水冷件散热损失5%〜10%。设备复杂，投资大.
B 炉气二次燃烧。热效率决定于炉气二次燃烧率(PCR)和二次燃烧传热效率 (HTR)乘积，可达成60%左右。
（4） 操作智能化。长久以来，电炉依靠调整每根电极单位阻抗进行控制。因为电炉熔池内情况复杂，反应猛烈，极难正确预报熔池阻抗&只能长久沿用电极定位控制假设对电极进行自适应控制。所以造成电弧不稳定，三相不平衡，降低了电，热效率。
最近,美国神经网络控制应用工程企业，利用人工神经网络技术，开发出“智能电炉”控制系统。诙系统含有以下3神基础功效：
1) 预报功效：对基于电炉操作条件分析，提前100〜300ms预报控制误差值，送出控制信号，实施超前赔偿,确保电弧稳定。
2) 识别功效；了解三相供电复杂关系和多种信咢对电极运动影响，正确识别和选择满足所需条件输出信号。
3) 优化功效:监视电极不稳定性，调整电极进行优化赔偿。
现在，世界上已经有30多座电炉采取智能控制技术，见表1-5。采取该项控制技术，冶金效果显著优于一般计算机模型控制&美国北极星钢厂采取该项控制技术后，每十二个月可取得纯经济效益122.28万美元。
表I-5智能电炉实际效果
(5) 钢水纯净化。提升钢水纯净度，深入改善产品各项特征，是20世纪90年代国际钢铁生产技术发展关键。对于电炉步骤也不例外，现代大型超高功率电炉配置多种炉外精炼设施能够生产出纯净度很高多种钢材
1.2.2现代电炉炼钢技术
世界电炉炼钢技术发展很快，从电炉吹氧助熔到油氧喷枪，从低功率(LP)，超高功率 (UHP)，偏心底出钢(EBT)，水冷炉壁(盖)，碳氧枪强化冶炼和泡沬渣工艺，二次冶炼，炉底搅拌技术，到20世纪80年代直流电炉，90年代双炉壳电炉和竖式电炉。多种新型电弧炉开发应用情况见表1-6。
表1-6多种斩型电炉开发应用情况

经过电炉技术发展，电炉多个关键参数发生了改变：
(1) 出钢至出钢时间和电极消耗量从20世纪(30年代ieOmiri和每吨钢6. Skg，降至90年代55min和每吨钢1, 5〜2. 5kg；
(2) 电耗从60年代每吨钢630kW • h，降至90年代每吨钢300〜35OkW • h；
(3) 每十二个月出钢炉数从约2500炉增加到8000炉，双炉壳电炉靠近10000炉，
部分新型电炉及技术以下：
(1)竖式电炉。英国希尔列斯钢厂是世界第一台工业化生产90t竖式电炉(Fuchs)。经过多年来不停完善和改善，在全废钢操作时，电耗可低达264kW • h/t。第一台竖式电炉成功，使该项技术逐步被世界各国电炉炼钢界所接收，至今竖式电炉已公认是利用电炉废气热量预热废钢最实用系统。
德国福克斯公钶竖式电炉设计充足考虑了尽可能适应各厂不一样条件：1)在原料方面，有用全废钢竖式电炉，有用55%海绵铁，也有用35%热铁水。 2)在竖炉结构上，有带托料机构，也有让废钢自然落下。3)有竖炉旋开式，也有竖炉壳开出式。4)竖炉供电方面有直流，也有交流当采取直流供电时，其底电极结构上，有采取水冷底电极，也有底电极采取导电耐火材料。
因为在回收电炉废气热量技术中，竖式电炉效率最高，多年来世界各国均在大力开发该顼技术。其中有：
曰本石川邱播重工企业为东京制钢提供炉容为240t竖式双电极直流电炉，图1-2所表示。
奥钢联推荐竖式(Comelt)4电极直流电炉图I-3所表示。

这些新尝试、设想和概念,说明竖式电炉技术将成为现代电炉关键组成部分。
(2) 双竖炉电炉。法国SAM蒙特罗企业于199年投产一座90t双竖炉电炉，配置一台96MV· A交流变压器;其最大二次电压900V，设有5个位置电抗器，装有12个3MW加热能力烧嘴，直径6. 3m炉子为椭圆形，设计采取6支氧燃烧嘴。在竖炉出口处利用废 气系统能力，在标准状态下为9-10m3/h，便于炉于区域内氧气搜集。
该双竖炉所用耐火材料为，渣线及水冷板下方侧壁为镁碳砖，炉底为干式捣打料，在氮气搅拌器上放置一个特殊多孔材料。为确保软气泡操作，在标准状态下，采取4mVh氮气进行搅拌，炉龄已达3000炉以上。
(3) 双炉壳电炉。采取双炉壳部署方法电炉，能够充足利用变压器能力，提升电炉生产率，同时将电炉不通电时间降低到最短时间，确保了电炉出钢节奏稳定，易和连铸相匹配，双炉壳部署电炉有以下类型;
法国SAM钢厂：90t，双炉壳，交流，带有竖式预热器。
卢森堡ARBED铜厂:95t，双炉壳，交流，带有竖式预热器。
美国STEEL DYNAMICS钢厂150t，双炉壳，交流，供板坯连铸机。
美国NORTHSTAR-BHP钢厂:165t，双炉壳，交流，带有竖式预热器，供薄板臟铸机。
加拿大DOFESCO钢厂:150t，双炉壳，交流，用热装铁水技术，供板坯连铸机。
双炉壳电炉操作特点：采取一个电源两个炉壳，交替反复地进行预热熔化方法。即一个电炉进行熔化，另一个电炉在装入炉料中开一个垂直孔，把加热器装在炉顶，把燃烧气体导入该垂直孔，对炉料进行预热。由图1-4看出，双炉壳电炉有A、B两个炉子 A炉在通电熔化期间，B炉处于预热状态，电极供电装置5和预热用炉盖2，是两炉共用，采取相互交换方法，交替反复地进行预热熔化。采取双炉壳能够使用髙温气体预热以提升预热效率，还可达成以下效果:1)预热时间35〜50min。2)平均温度约700℃。3)预热效率50%。4)单位电耗降低30%。 5)电极单耗降低15%。6)耐火材料单位电耗降低15%。7)熔化时间缩短15%。8)熔化能力(t/月)提升30%。

(4)康斯迪(consteel)连续炼钢新技术。该技术由美国莫特尔铜铁技术企业开发。其关键特点是髙生产率、低耗、低成本，适于新厂建设也可用于老厂改造，既可和交流(AC)电炉也可和直流(DC)电炉配套，完全符合未来对环境保护要求。康斯迪技术和双炉壳、单炉壳电炉生产成本比较见表1-7。

康斯迪技术未来自电炉炉膛130C℃废气连续预热废钢至400〜600℃，每次出钢时均留下总钢液量40%〜45%，热废钢进入熔池中被1580〜1590℃钢液快速熔化，喷吹氧气和碳粉形成泡沬渣强化了电弧向熔池传热，连续不停碳沸腾促进了钢液中传热传质和排除气体、夹杂物。
康斯迪炼钼系统功率利用率达93%，远髙于通常电炉72%和双炉壳电炉83%。 当吹氧量在标准状态下为35m3/h时，100tDC炉用康斯迪技术电耗为340kW . h/t，电极消耗为1.75kg/t。现在，应用康斯迪炼钢技术共有7座电炉(含在建2座)，即：美国夏洛特(1989)、达灵顿(I993)、新泽西(1994)、日本名古屋(1992)、意大利美维査(1998)和泰国可泰(19兆)等。中国贵阳钢厂和西宁钢厂也分别使用该技术。
1-3中国电炉生产技术发展
1.3,130t以上电炉运行情况
按20世纪90年代中期统计，中国投入生产电炉数量很多(计3380座)，能力也较大(约3O4O万t/a)，但其中约卯%电炉是公称容量在30t以下小炉子(不含30t)。30t及30t以上电炉约有K座(能力1300万t/a),分属U个企业，占全国电炉总数2.13%，占全国生产能力43.16%。1996年，全国电炉钢产童1893. 21万t，30t以上电炉铜产量为546.26 万t，占全国电炉钢产量2S.85% 。最近，电炉钢产量及占总产量百分比见表1-8。电炉关键经济指标见表1-9。
表1-8 电炉钢产量及占总产置百分比

表1-9 1995年部分钢铁企业电炉关键技术经济指标

1996年，全国电炉钢平均吨钢电耗607kW·h/t。30t以上电炉72座统计，平均电耗 560kW·h/t。1997年，1〜10月平均电耗540kW·h/t。和1996年相比，吨钢平均电耗降低20kW • 总节电10320万kW • h。 30t以上电炉基础情况见表1-10。正建和待建大电炉见表1-11。
表1-11 30t以上正建和待建电炉统计表(按炉子吨位排序)

江苏省30t以上正常生产电炉较多，占全国同类炉子总数四分之一。江苏30t以上电炉1996年冶炼电耗每吨钢501kW • h。1997年及1998年上六个月，33座30t以上电炉生产技术指标，按全冶炼工序(电炉冶炼+二次精炼)和每座炉子产钢量求出加权平均电耗值见表1-12。
表1-12 33座电炉加权平均电耗值
1.3.2大型起离功率电炉发展
电炉大型化和超高功率化是现代电炉发展两大特征。扩大炉容，实现大型化，是电炉提髙生产率有效手段。
多年来，中国经过成套设备引进,建设了很多大型超髙功率电炉，其中很多为直流电炉。
上海地域引进大型直流电炉关键技术经济指标(供货者确保值)标志着中国电炉生产技术发展走向新阶段。从中国己投产部分大型电炉运行指标分析，尚存在如冶炼时间较长和冶炼电耗较髙等问题，所以，应加以重视以下几方面：
(1) 加强引进设备半产技术软件研究开发，尽怏形成“电炉——精炼炉一连铸”三位一体生产技术和成套软件管理;
(2) 加强引进消化吸收工作和外围配套,使引进设备生产能力得到充足发挥；
(3) 重视电炉强化冶炼各项工艺技术配套。使电炉输入功率，氧气、燃料助熔工艺，底吹搅拌和强化供氧技术，二次燃烧等技木充足发挥作用。
伴随大型电炉引进投产，相配套耐火材料经过国家“八五”、“九五”关键科技攻关项目安排，已基础实现了国产化。因为耐火材料制品开发、应用成功，也使很多炼钢新技术发展和革新成为可能。
20世纪80年代后期，引进十多座国际优异超高功率(UHP)电炉，投产时耐火材料基础全部由国外引进。年消耗约660dt优质碱性耐火材料，耗外汇约700万美元。经过“八五”耐火材料科技攻关，已实现了耐火材料国产化，如电炉炉壁耐火材料进口价为3192马克/t(当初[马克折合人民币5元)，使用寿命230次。攻关产品仅为人民币6000元/t，平均寿命309次。现舞阳钢铁企业90t电炉，抚顺钢厂50t电炉，天津钢管企业150t电炉等，所用耐火材料全部实现国产化，使用效果达成引进材料水平，替换了进口。因为电炉采取新技术， 耐火材料单耗显著降低，如旧式水冷板且未采取炉底出钢电炉，耐火材料单耗每吨钢12kg；而采取水冷板及炉底出钢电炉耐火材料单耗每吨钢仅为5〜6kg。沙钢90t超高功率竖式电炉，由进口耐火材料，改用苏嘉镁砖企业镁碳砖，1999年EBT出钢口砖寿命180 次，炉壁寿命由1997年平均565次，提髙至750次，镁质喷补料每吨钢消耗0. 75kg。
1.3.3依靠技术进步促进了中国电炉生产发展
例1江阴兴澄钢铁企业三炼分厂，有30t偏心电炉3座(出钢量40t，变压器功率15MV • A)，40t钢包精炼炉2座，40t真空脱气炉(VD)I座，弧形方坯连铸机2台。该企业是中国汽车弹簧扁钢生产基地，部分产品出口。该企业采取了以下方法：(1)抓好料源清洁工作，做到入炉料合理搭配，为电炉冶炼发明良好基础条件。(2)做好入炉料配碳工怍，强化用氧降低冶炼电耗。(3)不停优化完善工艺。(4)加大品种开发力度，优质钢种已达38个品种，1999年取得了较大进步，其改变见表I-13。
表1-13江阴兴S 1999年各项指标改变

例2南钢公苛电炉厂利用电炉炉墙氧枪和氧燃烧嘴实现电炉髙节奏生产，提升了出钢量和出钢炉数、炉数及对设备进行改造，1999年达成电炉生产快速高效。
炉盖、电极同时旋转，使冶炼过程中辅助时间节省3〜15min，平均每炉节省6min，节省非正常电耗损失IOkW .h/t。
实施铁水热装，降低冶炼电耗,提升钢水原始质量。铁水比为扣30%〜40%，铁水带入物理热，使电炉冶炼过程提前成渣，缩短废钢熔化时间成为可能。加之铁水中配比较大董生铁块，使金属料纯净度大幅度提升，成品钢中有害残余元素Ni 、Xu、As、Zn等降低I/3左右。
I999年2月研制出炉墙固定氧枪。它和炉门双孔枪一起从炉子不一样部位向熔池供氧，废钢熔化速度提升40%〜60%。熔清后化学反应提升20%〜50%。在实践中，将炉墙氧枪和炉H氧枪供氧强度分幵控制，炉内反应速度则更易于控制，炉内冷区滞后熔化现象降低50%以上。而炉墙氧枪在熔清后气压调整能力，使其化渣能力充足发挥，促进了石灰成渣，加之炉门氧枪作用，熔清前后泡沫渣埋弧效果显著增强。
EBT氧枪研制成功使用，处理了EBT废钢熔化滞后难题，在EBT区域，把氧-燃烧嘴和炉墙(EBT)、炉门氧枪结合使用，以期达成缩短冶炼时间2〜5min，降低电耗 20〜30kW· h/t。
例3沙钢是以电炉炼钢为主体新兴冶金企业，经过技术改造增加效益。
I999年，沙钢对永新、润忠电炉实施热装铁水工程改造，90tLF炉由单工位改成双工位。电炉兑30%铁水，90t电炉除兑铁水30%同时增设海绵铁加料系统，向电炉添加I5%〜20%海绵铁成铁钢比达成50%左右，为实现铁水热装，专门新建2座380m3髙炉及相关工程，极大地提升了钢水纯净度。
沙钢90t竖炉生产线是亚洲第一台短步骤生产线，配有超音速碳氧枪和炉底吹氩搅拌系统，能够对粗炼钢水充足地进行去气去杂。后面配有LF精炼炉和小方坯高质量连铸机进行增流改造。7StUHP电炉由槽式出钢改成偏心底出钢，并配LF精炼炉，导电横臂改成整体式。20t电炉3座，改为偏心炉底出钢，配LF炉。从技术改造表现经济效益十分显著，见表1-14。
表1-14产置和电极、电耗改变

1.4电炉冶炼相关技术
直接还原和衷钢预热技术是现代世界钢铁工业两大前沿技术，是对传统钢铁冶炼工艺重大技术革命。
1.4.1 直接还原技术
最近，美、德、日、澳大利亚和东南亚、中国等相继开发出直接还原法约三十余种。按生产工艺可分一段法、二段法、三段法和电热法等。按铁矿石用还原剂可分为“气基法”、“煤基法”两类，两种方法介绍以下。
气基法：气体作还原剂直接还原工艺。该方法目前在世界上占主导地位。气基法易于控制，反应后利用率高f能耗低，产品清洁，含硫量低，含碳量较高为1%〜2%，符合炼钢要求，而且里机生产能力大，可达0.60Mt/a。其生产能力和实际产量均占直接还原铁总能力和总产量92%。
“煤基法”：固体煤作还原剂直接还原工艺。煤基法较难控制，反应后利用率低，能耗高，产品中含有少许煤灰和残焦，含碳低为0. 2%左右，含硫稍高为0.02%左右，单机生产能力低，劳动条件和环境保护条件不如气基法。
1994年，世界直接还原各类方法生产能力为36. 4Mt，其中气基法占9I. S%，煤基法占8. 2%，气基法1997年占总产量91. 6%，各国直接还原铁产量见表1-1S。
1.4. I, 1直接生产洁淨铜工艺
直接还原技术是直接生产洁净钢工艺。铁矿石经直接还原法中熔融工艺处理得到——还原铁(DRT)。直接还原技术含有生产成本低为10%〜25%，原料选择灵活性大，环境污染小，应变能力强等优点9最近世界直接还原铁产董稳步增加，约19. 65Mt，平均每十二个月增加1. 765倍。近两年世界各国(或地域)直接还原铁产量及增减率见表1-16。
中国外部分直接还原技术特点介绍以下：
(I)DIOS法，图1-5所表示.
表1-15 年世界各国(成地域)直接还原铁产置及增减率

表1-16直接还原铁生产地域及其分布(单位/万t)

曰本DKJS法采取二步法，生产步骤关键包含预还原炉(流化床)、熔融还原炉(铁浴)和加煤重整还原废气设备,其优点以下：
1) 官接使用煤粉；
2) 铁浴炉易于开启或停止操作；
3) 设备投资少(和新建高炉、烧结炉、焦炉相比)；
4) 降低铁水生产成本(比髙炉法低10%）；
5) 降低CO2气体发生量(比髙炉法低5%〜10%)。
铁浴式熔融还原炉使用优质耐火材料品种有MgO-C砖，Al3O3-C砖和MgO-Cr2O3砖等。
(2)C0REX法，图I-6所表示。南非COREX炉分成两个容器。
上部为预还原竖炉，其功效是将顶部装入块状矿石、烧结矿或球团矿还原成金属化率90%〜93%海绵铁。炉内髙温区温度800〜900℃，—般耐火材料可满足要求，
下部为熔融氧化炉，其功效是将海绵铁和剩下未金属化矿石熔化，形成液态渣、脱硫，冶炼出炼钢所需铁水，同时供给上部还原炉所需煤气，其煤气成份为CO含量75%，H2 含量25% ，CO2极少许，温度为1000〜1100 ℃ ；所用耐火材料品神通常为优质莫来石砖、 Sialcm结合SiC砖、Sialon结合Al2O3砖，和不一样类型碳砖等。

(3)HISMELT法，澳大利亚HKMELT工艺步骤，关键包含流态化预还原炉和铁浴终还原炉。后者不用氧气，而用高热空气；煤进入熔融还原炉位置不在上方，在炉中部，该炉中气体直接进入预还原炉，不经集尘器，铁矿粉在喷入卧式熔炼还原池前，在循环流化床内进行预热和预还原该法工艺简单、成本低，有以下特点:1)广泛使用多种略经加工铁矿粉作原料；2)可用多种煤；3)和髙效高炉有相同节能效果；4)操作简单灵活，利用率髙；5)能满足未来对污染物排放控制要求。
⑷ROMELT法。俄罗斯称ROMELT法为液相还原法。含有代表性ROMELT法是一步还原法，设备简单，投资较少，尤其适宜处理含铁粉尘及废料。该工艺使用大容积高度搅拌熔池，可在70%以上髙二次燃烧率下操作，而且热回收率可达ROMELT工艺采取水冷套作反应装置炉壁，可使熔渣冷凝在炉壁上，保护炉衬“耐火材料仅用在炉缸和虹吸区。
上述4种还原工艺技术经济指标见表1-17。
表1-17 4种还原工艺参數和耐火衬料侵蚀速率
(5) AISI法。美国AlSI技术，其生产步骤关键包含连续式球团预还原炉和水平槽式熔炼炉。氧化性球团在预还原炉内直接还原后，在热状态下，连续进入槽式炉中熔化和精炼，取得中碳和高碳半钢，经二次精炼即得合格钢水。
(6) 中国采取直接还原铁工艺。为处理中国优质废钢短缺问题，发展直接还原铁(DRI)是有效路径之一。
中国天然气有限，煤资源丰富，已探明煤炭资源占能量总量98%以上，这么能源结构，决定了中国优先发展煤基DRI工艺，或用煤造气(将煤转化为CO作还原剂)气基直接还原工艺，煤基还原铁生产方法很多_中国正在实施方法有下列多个：
(a) 回转窑法。该法生产能力占煤基直接还原总能力95%以上技术比较成熟，经典工艺是SL/RN法。机械化程度高，生产效率较高，单台设备产量较大。使用熔点髙和还原性能好煤，可实现很好还原。
中国辽宁喀左海绵铁厂，采取优质磁铁精矿为原料，一般褐煤为还原剂，将氧化、还原二步工艺合为一步进行，年产2. 5万t，月产量已达3000t是中国采取煤基“一步法”链算机一回转窑工艺，实现述原铁工业化第一条生产线。已生产两万余吨合格产品，供天津钢管企业、赤峰 钢铁厂、舞阳钢铁企业等单位使用。
天津钢管企业炼钢厂有中国引进最早大型超高功率电炉、LF炉、VD真空炉，圆坯连铸机。即1+1+1+1短步骤。产品以石油套管为主，其产量占70%,品种从引进时34 种，发展到现在I37种，成为中国石油管材基地。为适应150t电炉优质冶炼，要求原料采取DRI，以降低残余元素和有色金属混人，为优质钢打下基础。DRI原料从1995年起逐步自给，实现了国产化，其用量也日益增多。逐年用量见表1-18。

(b) 隧道窑法。一个生产还原铁粉传统方法(Hogamis法)，扩大后用于生产炼钢用直接还原铁(海绵铁采取罐装料间接加热方法，以避免炉内氧化反应，产品金属化率高，但造价较高，单台设备产量较低。河北、辽宁、山东等地建成了年产1万t左右隧道窑生产 线。
(C) 环形炉法&环形炉法是美国Fastmet和Inmetco工艺，它是用环形转底炉生产还原铁，要求快速加热、出料立即，技术要求较高。环形炉決机械化程度高，生产率高，单台设备产量较高。辽宁在建一座直径6m环形炉。
(d) 连续炉法。北京科技大学开发连续炉法(C0F法)，含有在高温炉气中敞焰加热含碳球团，实现快速还原优点，又妥養地处理了氧化问题。因燃煤机械燃烧能力有限，单台连续炉产量较低。实施COF直接还原工艺设备有两：
1) COF-R(用于环形转底炉)，已在四川阿坝州一座直径7. 4m环形转底炉上实施。
2) COF-C(用于台车底连续加热炉)，在四州峨盾钢铁厂设计了一座年产2万t生产线，
(e) XSH-A煤基法。哈尔滨市海绵铁研究所专利技术，其工艺关键特点1)节能效果显著，采取金属还原罐，热传导效果显著提升，还原气氛作用得到加强。2)投资少，年产2. 5万t生产线，总投资约1800万元左右。 3)自动化程度高，工序步骤少，生产设备简单。生产过程易实现自动化控制。年产1.5万t设备生产线已基础建成，日产能力可达70t。
另外，山西垣曲采取多管直接还原炉工艺，建设年产1万t装置。鞍山直径8m转底炉立即建成投产。
多个煤基还原铁生产工艺特点和技术经济指标见表1-19。
表1-19 多个煤基海绵铁生产方法对比

1.4.1.2 还原铁性狀和应用
“还原铁”是铁矿石经直接述原处理后得到金属铁，是废铜替用具，也是冶炼一些优质钢必需品，该产品有：
海绵铁：块状矿石直接还原。
球团矿：粉状矿经球团化以后再还原。
还原团矿：将海绵铁和球团矿，按百分比加压成形，使其含有一定尺寸和形状。
海绵铁是由矿石经直接还原而得到海绵状多孔金属块，并杂有一定数量脉石，系传统生产金属铁工艺。现代大型工业化生产多为粒状直接还原铁(DRI)或热压铁块 (HBI)，多年来使用热压块趋势快速增加，但通常将这3种铁源产品统称为海绵铁。或简称直坯铁。
多年来，多种直接还原铁生产技术发展很快，它作为一个铁源关键性在日益增加以1997年为例，直还铁和钢产最百分比达成4, 8%，和电炉铜总产量比达成约16%， 1990年以来，全世界直接还原铁产量增加情况见表1-20。
表1-20全世界直接还原铁产量增加情况
A还原铁理化特征
述原铁已不一样于生铁，质童较髙，性能稳定，形状也便于使用，可进行连续装料，含碳量较低且和钢含碳量相近，其理化特征以下：
(1) 物理特征。密度：从操作中有效化学反应及热传输考虑，其理想密度以4.0〜6.0g/ cm3为宜(渣密度通常为2. 5g/cm3；粒度:粒度过大会使电炉加料系统复杂化，反之，下落过程中易被氧化或进入除尘装置内。适宜粒度范围为10〜IOOmm。強度：要求有一定强度，以免处理过程中产生粉尘。
(2) 化学性能。含氧童(指以氧化铁形式存在氧)和含碳量：
向电炉中加入还原铁时，应尽可能保护炉壁耐火材料不受损毁，有效方法是一氧化碳使钢水产生连续沸腾状态。如能确保每分钟脱碳速度，则可预防电弧对炉壁损毁。为此，还原铁中氧化铁最好氧含量为下式：

还原铁中含碳量，按氧量对应确定，不得低于0.6%C。
(3) 金属化率。指还原铁中金属铁和全铁之比。金属化率低，造成电炉内铁回收率低，电耗增加;若过高，会降低熔池内CO反应程度，显著降低炉衬寿命。
(4) 脉石(杂质)成份。杂质SiO2和Al2O3含量髙，将造成热量、石灰消耗增加，成本提升，并降低生产率。
还原铁化学成份见表1-21。
表1-21还原铁化学组分(%)

B应用还原铁优点
电炉炼钢采取适童还原铁替换废钢，可提髙钢质量，改善电炉技术经济指标，提升生产效率。
和废钢相比，还原铁最大优点，是成份稳定,残余元素含量低。伴随低合金高强度和镀锌钢使用量不停增加，加之废钢数次回收循环使用，使废钢中残余金属含量不停升髙。这些元素包含铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)和锡(Sn)等。因为在炼钢过程中无法用经济方法去除这些残余元素，成为炼钢生产一大难题，采取还原铁，则能避免因废钢质量不稳定和这些残余元素对钢质量产生不利髟响，还可依据产品质量要求，灵活改变炉料化学组成。
采取还原铁，有利于造泡沫渣，保护耐火材料。电炉内形成泡沫渣，使炉渣厚度增加，炉渣密度降低。猛烈脱碳沸腾和较厚泡沫渣，可使电炉冶炼采取高压长弧操作，降低电耗；缩短冶炼时间，低密度炉渣使还原铁能快速进入渣钢水界面，同时因炉渣发泡提升了传热速度；炉内CO气氛能降低电极氧化，降低电极消耗；提升钢质量，因渣钢水界面逸出CO能去除熔池中氮(N)和氢(H)。同时，因为电极辐射被泡沫渣吸收，减缓了耐火材料蚀损，提髙了耐火材料寿命。
采取适量还原铁，因为在电炉炼钢过程中熔化和氧化精炼同时进行，在电弧稳定条件下，连续加料完成，精炼过程世同时完成，所以提髙了电炉生产效率。由图1-7可看出，电炉炼钢采取全废铕和配入75%还原铁(连续加料)比较，加入还原铁可提升生产率近20%。

1.4.1.3 熔融还原炉用耐火材料
铁浴式熔融还原炉使用条件最苛刻，对耐火材料要求高。在铁浴式熔融还原炉操作过程中，炉内髙二次燃烧率引发温度提升，二次燃烧带炉渣层温度可达1700〜1900℃，耐火材料蚀损严重。长时间高温下装料、出铁连续交替操作，愈加剧耐火材料损毁。低碱度(CaO/SiO2=1.2〜1. 5)高FeO（4%~13%0）炉渣，对耐火材料侵蚀严重。
还原炉关键用碱性耐火材料如直接结合镁铬砖，镁白石砖和含碳耐火材料Al2O3-C砖， MgO-C砖等。以下是在5t铁浴还原炉上初步使用结果。
(I) MgO-Cr2O3砖。镁铬砖在渣线部位使用，在通常连续操作下，由剥落造成蚀损较小，而关键是髙温下熔损造成蚀损。这和镁铬砖纯度相关，砖中SiO2等杂质成份产生液相进入炉渣反应生成低熔物，促进熔损。为提髙对熔融还原炉等低碱性渣抗侵蚀和耐磨损性，开发了高铬质镁铬砖，砖中Cr2O3含量越高，耐侵蚀性越好。添加70%镁铬矿(MgO· Cr2O3)砖，其跗用性是添加25%镁铬矿1. 7倍，蚀损速度在lmm/h以下。但伴随砖中熔剂成份(SiO2，Fe2O3，CaO，Al2O3)增加，耐侵蚀性有下降趋势，为此采取以电恪镁铬砂和氧化铬组成合成砖，提升了耐侵蚀性，同时也采取高铬铁矿为原料。但用后镑铬砖存在环堉污染，所以无铬砖开发和应用十分迫切。
(2) Al2O3-C砖。Al2O3-C砖蚀损，关键是在髙温下Al2O3颗粒熔出和基质石墨氧化脱碳同时进行所致。研究了石墨含量和金属添加物对Al2O3-c砖耐蚀性影响。以石墨含量10%并添加金属AlAl3O3-C砖，抗侵蚀性能最好。
高温氧化气氛、低碱度(Ca0/Si02 = l. 2〜1. 5)高FeO炉查，Al2O3-SiO-C砖耐蚀性 不如Al2O3-C砖，MgO-Cr2O3砖侵蚀速率最小，约是Al2O3-C砖I/2，其次是含碳量10%Mga-C砖，其蚀损速率比A12O3-C砖小1/5。
(3) MgO-C砖。MgO-C砖蚀损，受炉渣温度、气氛影响较大，尤以渣线部位，炉渣影响更甚，当铁氧化物含量增多时，因C液相氧化造成蚀损加剧，渣线上部尤为严重。对高温氧化气氛、低碱度炉渣，采取电熔氧化镁MgO-C砖，C含量从20%减至10%效果好。
U)Al2O3-SiC-C砖，在Al2O3-C质耐火材料中加入SiC，可提升抵御熔融还原型炉渣对耐火材料侵蚀能力。1)添加SiC大于5%后，在铁浴中，侵蚀速率随SiC量增加改变很小。在渣及演铁熔体中侵蚀速率随SiC量增加直线降低。2)在铁渣共存熔体中，渣线处 Al2O3-SiC-C侵蚀速率最高，铁浴内侵蚀速率最低。随时间延长，熔体对耐火材料侵蚀速率降低。3)加入SiC后，因为SiC和CO反应析碳而使砖内脱C速率降低。加之SiO2薄膜对 SiC保护作用，使SiC也能稳定存在，降低Al2O3-SiO-C砖气孔率，可阻止熔体向耐火材料渗透。
多个熔融还原炉用耐火材料性能见表1-22。
表1-22熔融还原炉用耐火材料性能
重庆大学冶金系在25kV • A电炉上进行了一般铁矿石熔融还原扩大热态冶炼试验，考査了3种耐火材料见表1-23，表明了 Al2O3-SiC-C砖和Al2O3-TiO2-C砖侵蚀速率低，小于0, 9mm/h，Al203-C砖侵蚀速率髙为3, 48mm/h以上，是前2种3〜4倍。在铁浴内，对耐火材料侵蚀程度低，为渣界面百分之几。所以，在铁浴内，可选择Al2O3-C砖作炉衬耐火材料，而渣层及铁浴上部应选择Al2O3-TiO2-C或Al2O3-SiC-C为宜。
矿石预还原率是影响熔体对耐火材料侵蚀关键原因。用未经预还原矿石冶炼时，熔体中FeO可达50%左右，熔体对耐火材料侵蚀速率很高。用预先还原矿石冶炼时熔体内FeO可降至30%，耐火材料侵蚀速率为前者百分之几。所以，熔融还原工艺应对矿石预先还原，然后再进行冶炼。
表1-23 3种试验砖理化性能

采取三维旋转浸溃法进行试验，研究了铁浴型熔融还原熔体和镁碳砖相互作用。从材料组成(见表1-20和镁碳砖侵蚀速率(见图1-8)关系及侵蚀特征看：(1)镁碳砖在铁浴中侵蚀速率最低，渣铁共存体系中侵蚀速率最高，纯渣熔体中侵蚀速率低于渣铁共存体系。(2)温度提升，熔体对耐火材料侵蚀速率快速提髙^。(3)渣中FeO浓度是影响耐火材料侵蚀速率关键原因。 渣中FeO浓度提升，耐火材料侵蚀速率和损毁程度增大。(4)镁碳砖侵蚀特征是渣表面处侵蚀程度最髙，渣铁界面处次之，渣主体内和界面处靠近，铁浴内侵蚀仅为渣中千分之几，熔渣中多个镁碳砖侵蚀速率全部较高。(5)耐火材料中碳含量增加，抗熔融还原熔体侵蚀能力提升。图I-8中SM5渣组成(%)：FeO5，Al2O3 10，MgO8，CaO38. 5，SiO2 38, 5。
表1-24镁碳砖试样性能
铁浴还原炉衬研究，目前处于试验阶段，渣型、含碳量不一样其损毁情况各异，结合熔融还原条件，深入开展髙抗氧化性、高强度氧化物-碳复合材料，和不一样渣型对耐火氧化物饱和溶解度等研究工作很有