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【摘 要】 随着社会经济的快速发展，我国钢铁企业的转炉炼钢技术能力相对较低，生产的产品质量不高，成本能耗偏高，这与国际市场对于低成本下的高质量产品要求背道而驰，显然不利于我国的钢铁企业融入国际社会。转炉炼钢作为目前最主要的炼钢方法，其技术上的进步对我国炼钢生产的发展有着巨大的推动作用。基于此，本文就中国转炉炼钢技术的进步进行分析与研究。
【关键词】 转炉炼钢；进步；发展
引言：
炼钢作为钢铁生产的重要工序，对降低企业生产成本，提高产品质量等具有决定性影响。目前，转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法，而中国相对便宜的劳动力，紧缺的废钢资源以及昂贵的电价等又进一步促进了我国转炉炼钢技术的发展。20世纪中期，氧气转炉炼钢法的诞生不仅推动了炼钢技术的进步，而且在其后的发展过程中也带动了高炉大型化、连铸及炉外精炼技术的发展，奠定了现代钢铁生产工艺的基础。进入21世纪以来，钢铁工业的发展面临着严峻挑战，钢铁产能过剩，导致钢材价格下降，残酷的市场竞争将使一些落后的钢铁厂倒闭，同时钢铁工业的发展也受到资源、环境等因素的限制，原、燃料涨价也不断压缩钢铁厂的利润空间。面对挑战，钢铁企业必须努力发展高效生产工艺，降低生产经营成本，提高产品质量并大力推广清洁生产工艺和节能新技术，只有这样才可能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
一、转炉炼钢发展现状
（一）转炉钢产量高速增长
由于我国废钢资源短缺，电力缺乏，电价偏高，因此电炉钢的产量增长受到一定程度的制约，平炉钢的淘汰和生铁资源的充裕也给转炉钢产量的增长提供了良好条件，因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。2000年我国转炉钢产量不足1.1亿吨，2010年约为5.49亿。目前我国转炉钢所占的比例约为88 %，远高于电炉钢，转炉炼钢法在我国炼钢生产中占据绝对主导地位。
（二）转炉大型化趋势明显
“十五”后期和“十一五”期间，为满足生产需求，我国新建了一大批转炉，产能迅速扩大。从技术装备水平来看，我国转炉大型化取得了较快进展，技术装备水平也不断提高，少数大中型转炉已达国际先进水平。据统计，2007年全国重点大中型钢铁企业共有转炉405座。从数量上来看，我国现有转炉中以80吨～199吨的转炉数量最多，而200吨及以上的转炉数量最少，我国仍然保有一定数量的30吨以下的转炉，因此淘汰落后产能任务艰巨。目前，我国100吨及以上转炉的产能约占全部转炉产能的一半。据不完全统计，2009年新投产转炉中100吨及以上转炉的产能占80 %以上，随着国家不断加大淘汰落后产能的力度，我国转炉将进一步朝着大型化的方向迈进。
（三）能耗指标降低
随着转炉技术装备的不断进步和过程控制水平的逐步提高，近年来我国重点统计钢铁企业转炉炼钢的钢铁料消耗和工序能耗不断下降，多数大中型转炉具备实现负能炼钢的装备条件，但仍须优化降罩控制、加强能源管理，少数先进钢铁企业已实现转炉-连铸全工序负能炼钢。但总体来看，我国转炉炼钢物料消耗和能源消耗与国际先进水平相比仍有较大差距，因此应大力推广高效长寿复吹、干法除尘等先进技术，重视节能环保和物料的综合利用，力争实现新的突破。
（四）转炉生产工艺进一步优化
为提高钢材质量且扩大冶炼钢种，原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置和二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂大多配置了铁水脱硫装置，并根据冶炼钢种的要求配置了相应的炉外精炼装置，一般多采用LF精炼，有些转炉炼钢厂还配置了VD精炼装置，从而为高附加值钢种的生产提供了有利条件。
（五）转炉炼钢的自动化技术
转炉炼钢自动化技术，一般包含了以下几种：
1.检测技术：传统的转炉炼钢已经很难适应现代社会的生产要求，尤其是随着检测技术，计算机技术和自动化技术的飞速发展，转炉炼钢的自动化技术也随之改进。目前，用于检测技术的参数主要包含了熔钢温度、熔钢成分和液面高度等，检测技术主要有副枪检测技术，废气分析检测技术以及特殊检测技术；
2.自动化技术：转炉炼钢的自动化控制，包含了静态控制和动态控制，它们都是以控制模型为基础的，其中最为广泛使用的还是动态控制。控制系统还包括了动态控制模型和反馈计算模型的控制技術。转炉炼钢还是一个复杂的物化过程，通过应用人工智能技术，可以有效提高其终点命中率；
3.控制系统：美国钢铁公司采用的是直接控制和监控级的两极控制系统，日本钢铁公司采取了一体化的转炉炼钢自动控制系统之后，明显减少了人员使用，我国钢铁公司采用了计算机动态控制系统，实现了直接控制计算机与现场的信号进行连接，另外还通过上位计算机来收集，显示相关数据，并对数据进行交换和操作等。
二、转炉炼钢技术的进步
（一）长寿转炉技术
自1997年以来，国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄大幅度提高，如图1所示。至2002年国内95.2%的转炉采用了溅渣护炉技术，大型转炉平均炉龄达到10181.5炉，中型转炉平均炉龄达到15298.2炉，部分小型转炉钢厂的平均炉龄也已达到10316炉。由于炉龄的提高，给工厂带来了巨大的经济效益。表1给出武钢、莱钢、三明钢厂在炉龄超过万炉以后，随着炉龄的增长，技术经济指标的变化情况。从表中可以看出，随着炉龄延长到3万炉以上，炉役期产钢量同步增长，耐火材料消耗和吨钢成本也相应逐年降低。
1.根据冶炼钢种和生产工艺的差别，选择正确的溅渣工艺；
2.提高氮气压力，优化溅渣工艺；
3.正确选择开始溅渣的时机，实现炉衬零侵蚀；
4.溅渣与补炉相结合，严格控制溅渣后的转炉炉型；
5.加强烟罩水冷炉口等设备维护，延长其寿命。 表1 武钢、莱钢、三明钢厂长寿转炉技术经济指标
图1 采用溅渣护炉技术后炉龄变化趋势
（二）长寿复吹工艺
转炉溅渣后炉龄大幅度提高，如何实现全程复吹，提高底吹喷嘴的寿命是全世界钢厂急待解决的重大技术难题。为了解决这一问题，国内转炉厂发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术，使底吹喷嘴的一次寿命与炉龄同步，并保证复吹比100%。表2给出炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较。从表4中可以看出，炉渣蘑菇头以氧化物为主，体积大，透气性良好。经水模实验证明，在相同的气量下，由炉渣蘑菇头喷射出来的细小气泡搅拌熔池，可使熔池混匀时间缩短40%～ 50% 。图2给出武钢二炼钢炉龄达到30368炉时，出钢后的炉底照片。此时炉底约厚400 mm， 4支底吹喷嘴清晰可见，完好无缺，说明炉渣蘑菇头对底吹喷嘴的保护效果极佳。
表2 两种蘑菇头的技术比较
图2 出钢后（30368炉）的炉底照片
全炉役期内底吹喷嘴的工作状况，可采用连续测定终点钢水碳氧浓度积来衡量。对于顶吹转炉，由于熔池缺乏搅拌，浓度积一般大于0.003；而对于正常状态下的复吹转炉，浓度积≤ 0.0028。图3给出整个炉役期内（30368炉），终点钢水氧的变化趋势，说明在整个炉役期内采用长寿复吹工艺都能获得良好的冶金效果。
圖3 不同炉龄期的钢水终点氧的质量分数
（三）复吹转炉强化冶炼技术
国内小型转炉强化冶炼的基本经验归纳为，提高供氧强度，缩短吹氧时间；加快生产节奏，提高转炉作业率；适当扩大装入量，提高转炉利用系数。借鉴小转炉强化冶炼的成功经验，在大、中型转炉上推广转炉高效冶炼技术，可以获得显著的经济效益。制约转炉强化冶炼的因素主要包括炉容比、成渣速度、吹炼平稳性和终点控制水平。如图4所示，随着转炉供氧强度的提高，炉气发生量大幅度增加，炉内泡沫渣的高度可以按式（1）计算：
图4 供氧强度与炉容比的关系
提高供氧强度，使吹炼过程渣液面高度上涨，严重时溢出炉口，成为高效供氧的限制环节。为了解决这一问题，应当进一步减少渣量，改进化渣工艺，实现提前化渣。采用复吹工艺提高吹炼前期熔池的搅拌强度，可以加快石灰的熔解，提高前期成渣速度，达到减少喷溅的目的，实现平稳吹炼。采用复吹技术后，终点碳氧反应趋于平衡，如图5所示，终点碳、温波动较小，有利于实现计算机终点动态控制，进一步缩短后期操作时间。
图5 复吹转炉终点碳、温度的波动
结束语：
钢铁生产的技术进步必须与环境协调发展。就转炉炼钢厂而言，必须采用各种综合节能技术，实现“负能”炼钢。为消除对大气环境的污染，必须进一步做好烟尘处理，积极采用干法除尘技术，节约水资源。必须采用各种环保与综合利用措施，将炼钢厂建设成为无污染、零排放与生态平衡的绿色工厂。
参考文献：
[1]王念欣，马洪德，佟圣刚. 经济型转炉炼钢技术的生产实践[J]. 河北冶金，2008，02：14-16+19.
[2]邓崎琳，萧忠敏，刘振清，宰文新，李凤喜，余志祥. 武钢投产50年炼钢生产技术进步的回顾与展望[J]. 武钢技术，2008，04：9-17.
[3]戴新颖. 转炉炼钢光谱测温系统设计[D].南京理工大学，2014.
[4]鱼洋洋. 重钢转炉复吹工艺数理模拟研究[D].重庆大学，2006.
[5]杨浩. 转炉火焰图像信息用于终点判断的建模及预测[D].南华大学，2013.
【关键词】 转炉炼钢；进步；发展
引言：
炼钢作为钢铁生产的重要工序，对降低企业生产成本，提高产品质量等具有决定性影响。目前，转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法，而中国相对便宜的劳动力，紧缺的废钢资源以及昂贵的电价等又进一步促进了我国转炉炼钢技术的发展。20世纪中期，氧气转炉炼钢法的诞生不仅推动了炼钢技术的进步，而且在其后的发展过程中也带动了高炉大型化、连铸及炉外精炼技术的发展，奠定了现代钢铁生产工艺的基础。进入21世纪以来，钢铁工业的发展面临着严峻挑战，钢铁产能过剩，导致钢材价格下降，残酷的市场竞争将使一些落后的钢铁厂倒闭，同时钢铁工业的发展也受到资源、环境等因素的限制，原、燃料涨价也不断压缩钢铁厂的利润空间。面对挑战，钢铁企业必须努力发展高效生产工艺，降低生产经营成本，提高产品质量并大力推广清洁生产工艺和节能新技术，只有这样才可能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
一、转炉炼钢发展现状
（一）转炉钢产量高速增长
由于我国废钢资源短缺，电力缺乏，电价偏高，因此电炉钢的产量增长受到一定程度的制约，平炉钢的淘汰和生铁资源的充裕也给转炉钢产量的增长提供了良好条件，因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。2000年我国转炉钢产量不足1.1亿吨，2010年约为5.49亿。目前我国转炉钢所占的比例约为88 %，远高于电炉钢，转炉炼钢法在我国炼钢生产中占据绝对主导地位。
（二）转炉大型化趋势明显
“十五”后期和“十一五”期间，为满足生产需求，我国新建了一大批转炉，产能迅速扩大。从技术装备水平来看，我国转炉大型化取得了较快进展，技术装备水平也不断提高，少数大中型转炉已达国际先进水平。据统计，2007年全国重点大中型钢铁企业共有转炉405座。从数量上来看，我国现有转炉中以80吨～199吨的转炉数量最多，而200吨及以上的转炉数量最少，我国仍然保有一定数量的30吨以下的转炉，因此淘汰落后产能任务艰巨。目前，我国100吨及以上转炉的产能约占全部转炉产能的一半。据不完全统计，2009年新投产转炉中100吨及以上转炉的产能占80 %以上，随着国家不断加大淘汰落后产能的力度，我国转炉将进一步朝着大型化的方向迈进。
（三）能耗指标降低
随着转炉技术装备的不断进步和过程控制水平的逐步提高，近年来我国重点统计钢铁企业转炉炼钢的钢铁料消耗和工序能耗不断下降，多数大中型转炉具备实现负能炼钢的装备条件，但仍须优化降罩控制、加强能源管理，少数先进钢铁企业已实现转炉-连铸全工序负能炼钢。但总体来看，我国转炉炼钢物料消耗和能源消耗与国际先进水平相比仍有较大差距，因此应大力推广高效长寿复吹、干法除尘等先进技术，重视节能环保和物料的综合利用，力争实现新的突破。
（四）转炉生产工艺进一步优化
为提高钢材质量且扩大冶炼钢种，原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置和二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂大多配置了铁水脱硫装置，并根据冶炼钢种的要求配置了相应的炉外精炼装置，一般多采用LF精炼，有些转炉炼钢厂还配置了VD精炼装置，从而为高附加值钢种的生产提供了有利条件。
（五）转炉炼钢的自动化技术
转炉炼钢自动化技术，一般包含了以下几种：
1.检测技术：传统的转炉炼钢已经很难适应现代社会的生产要求，尤其是随着检测技术，计算机技术和自动化技术的飞速发展，转炉炼钢的自动化技术也随之改进。目前，用于检测技术的参数主要包含了熔钢温度、熔钢成分和液面高度等，检测技术主要有副枪检测技术，废气分析检测技术以及特殊检测技术；
2.自动化技术：转炉炼钢的自动化控制，包含了静态控制和动态控制，它们都是以控制模型为基础的，其中最为广泛使用的还是动态控制。控制系统还包括了动态控制模型和反馈计算模型的控制技術。转炉炼钢还是一个复杂的物化过程，通过应用人工智能技术，可以有效提高其终点命中率；
3.控制系统：美国钢铁公司采用的是直接控制和监控级的两极控制系统，日本钢铁公司采取了一体化的转炉炼钢自动控制系统之后，明显减少了人员使用，我国钢铁公司采用了计算机动态控制系统，实现了直接控制计算机与现场的信号进行连接，另外还通过上位计算机来收集，显示相关数据，并对数据进行交换和操作等。
二、转炉炼钢技术的进步
（一）长寿转炉技术
自1997年以来，国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄大幅度提高，如图1所示。至2002年国内95.2%的转炉采用了溅渣护炉技术，大型转炉平均炉龄达到10181.5炉，中型转炉平均炉龄达到15298.2炉，部分小型转炉钢厂的平均炉龄也已达到10316炉。由于炉龄的提高，给工厂带来了巨大的经济效益。表1给出武钢、莱钢、三明钢厂在炉龄超过万炉以后，随着炉龄的增长，技术经济指标的变化情况。从表中可以看出，随着炉龄延长到3万炉以上，炉役期产钢量同步增长，耐火材料消耗和吨钢成本也相应逐年降低。
1.根据冶炼钢种和生产工艺的差别，选择正确的溅渣工艺；
2.提高氮气压力，优化溅渣工艺；
3.正确选择开始溅渣的时机，实现炉衬零侵蚀；
4.溅渣与补炉相结合，严格控制溅渣后的转炉炉型；
5.加强烟罩水冷炉口等设备维护，延长其寿命。 表1 武钢、莱钢、三明钢厂长寿转炉技术经济指标
图1 采用溅渣护炉技术后炉龄变化趋势
（二）长寿复吹工艺
转炉溅渣后炉龄大幅度提高，如何实现全程复吹，提高底吹喷嘴的寿命是全世界钢厂急待解决的重大技术难题。为了解决这一问题，国内转炉厂发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术，使底吹喷嘴的一次寿命与炉龄同步，并保证复吹比100%。表2给出炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较。从表4中可以看出，炉渣蘑菇头以氧化物为主，体积大，透气性良好。经水模实验证明，在相同的气量下，由炉渣蘑菇头喷射出来的细小气泡搅拌熔池，可使熔池混匀时间缩短40%～ 50% 。图2给出武钢二炼钢炉龄达到30368炉时，出钢后的炉底照片。此时炉底约厚400 mm， 4支底吹喷嘴清晰可见，完好无缺，说明炉渣蘑菇头对底吹喷嘴的保护效果极佳。
表2 两种蘑菇头的技术比较
图2 出钢后（30368炉）的炉底照片
全炉役期内底吹喷嘴的工作状况，可采用连续测定终点钢水碳氧浓度积来衡量。对于顶吹转炉，由于熔池缺乏搅拌，浓度积一般大于0.003；而对于正常状态下的复吹转炉，浓度积≤ 0.0028。图3给出整个炉役期内（30368炉），终点钢水氧的变化趋势，说明在整个炉役期内采用长寿复吹工艺都能获得良好的冶金效果。
圖3 不同炉龄期的钢水终点氧的质量分数
（三）复吹转炉强化冶炼技术
国内小型转炉强化冶炼的基本经验归纳为，提高供氧强度，缩短吹氧时间；加快生产节奏，提高转炉作业率；适当扩大装入量，提高转炉利用系数。借鉴小转炉强化冶炼的成功经验，在大、中型转炉上推广转炉高效冶炼技术，可以获得显著的经济效益。制约转炉强化冶炼的因素主要包括炉容比、成渣速度、吹炼平稳性和终点控制水平。如图4所示，随着转炉供氧强度的提高，炉气发生量大幅度增加，炉内泡沫渣的高度可以按式（1）计算：
图4 供氧强度与炉容比的关系
提高供氧强度，使吹炼过程渣液面高度上涨，严重时溢出炉口，成为高效供氧的限制环节。为了解决这一问题，应当进一步减少渣量，改进化渣工艺，实现提前化渣。采用复吹工艺提高吹炼前期熔池的搅拌强度，可以加快石灰的熔解，提高前期成渣速度，达到减少喷溅的目的，实现平稳吹炼。采用复吹技术后，终点碳氧反应趋于平衡，如图5所示，终点碳、温波动较小，有利于实现计算机终点动态控制，进一步缩短后期操作时间。
图5 复吹转炉终点碳、温度的波动
结束语：
钢铁生产的技术进步必须与环境协调发展。就转炉炼钢厂而言，必须采用各种综合节能技术，实现“负能”炼钢。为消除对大气环境的污染，必须进一步做好烟尘处理，积极采用干法除尘技术，节约水资源。必须采用各种环保与综合利用措施，将炼钢厂建设成为无污染、零排放与生态平衡的绿色工厂。
参考文献：
[1]王念欣，马洪德，佟圣刚. 经济型转炉炼钢技术的生产实践[J]. 河北冶金，2008，02：14-16+19.
[2]邓崎琳，萧忠敏，刘振清，宰文新，李凤喜，余志祥. 武钢投产50年炼钢生产技术进步的回顾与展望[J]. 武钢技术，2008，04：9-17.
[3]戴新颖. 转炉炼钢光谱测温系统设计[D].南京理工大学，2014.
[4]鱼洋洋. 重钢转炉复吹工艺数理模拟研究[D].重庆大学，2006.
[5]杨浩. 转炉火焰图像信息用于终点判断的建模及预测[D].南华大学，2013.