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　爐外精煉：精細(xì)靈活

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼廠典型的爐外精煉工藝開始于出鋼過程中加入合金元素。LF爐可以用電作為能源對鋼液進(jìn)行加熱，這給煉鋼工人帶來了許多便利且具有其他優(yōu)點(diǎn)：一是出于工藝考慮可以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，二是可以延長轉(zhuǎn)爐爐襯壽命，三是使加入大量合金原料成為可能。
　　加熱鋼液也可以在HALT或者CAS-OB通過鋁脫氧放熱實(shí)現(xiàn)。VD/VOD或者RH可以進(jìn)行脫氣和脫碳。在鋼包脫氣過程中，利用適宜的爐渣條件可以將鋼中硫含量降至最低值。而RH爐為脫碳提供了最適宜的條件。
　　鋼種的多樣性和客戶的需求導(dǎo)致爐外精煉的工藝路線比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼都是如此，其中考慮到了煉鋼、攪拌、RH和VD/VOD脫氣、LF和化學(xué)升溫等因素。實(shí)際工藝路線的選擇由冶金需求決定，可以同時采取多種工藝路線，而且這些工藝路線互相關(guān)聯(lián)。因此，煉鋼廠的調(diào)度安排變得越來越重要，這也對工人操作水平和設(shè)備有了更高的要求。
　　客戶需求和產(chǎn)品種類決定了所需要的爐外精煉裝備。通常來講，滿足殘余元素或者微量元素的下限與生產(chǎn)有合金元素上限的鋼種是兩個不同的任務(wù)和工藝。此外，從不同元素的需求來看，LF爐的關(guān)鍵地位是顯而易見的。鋼種合金元素總體含量越高，采用LF精煉就越重要。這是由于工藝所允許的溫度上限有要求，煉鋼時輸入鋼液的能量不能保證添加大量合金元素的需求。
　　自20世紀(jì)50年代裝備了第一臺爐外精煉設(shè)備以來，人們付出了巨大的努力推動精細(xì)冶煉工序的發(fā)展，這也可以從鋼中殘余元素最低值要求的變化看出：1960年，鋼中[C]、[S]、[N]、[O]、[H]含量總和為600ppm，到2010年，這一值降低到了70ppm.顯然，這一數(shù)值已經(jīng)沒有必要再向更低的水平發(fā)展了。
　　現(xiàn)在，爐外精煉的主要類型有VD/VOD和RH.采用RH工藝，鋼液終點(diǎn)碳含量僅為采用VD/VOD工藝終點(diǎn)碳含量的1/3.另一方面，由于VD可以優(yōu)化爐渣成分進(jìn)行脫硫，鋼中硫含量約為RH的1/4.因此，VD在中厚板和管線鋼的生產(chǎn)中扮演著重要角色。
　　從歐洲1990年~2010年每5年中新建成的脫氣裝置可以看出，主要趨勢是在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠裝備RH，在電爐煉鋼廠裝備VD/VOD.但是，也有不同工序的不同組合。大約50%的RH使用的鋼包容量超過150噸，而大部分VD/VOD使用的鋼包容量都小于150噸。
　　對LF工藝技術(shù)來說，可以總結(jié)出以下趨勢：轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度以降低鋼中磷含量，這也有利于延長爐襯壽命；開發(fā)出水冷銅元件可以避免結(jié)殼。

　　預(yù)期LF今后會在轉(zhuǎn)爐煉鋼中扮演重要的角色。煉鋼工藝需要更高的靈活性與更加精細(xì)鋼種數(shù)量的增加相結(jié)合，這給爐外精煉帶來了一個新挑戰(zhàn)。煉鋼物質(zhì)流的持續(xù)改善是另一個主要任務(wù)。在高合金鋼的生產(chǎn)中，合金系統(tǒng)必須升級到更大效率，同時保證更好的分析彈性。在線工藝建模的重要性已經(jīng)增加，光學(xué)檢測和攝像系統(tǒng)配合圖像分析軟件的應(yīng)用是此技術(shù)發(fā)展的另一個趨勢。爐外精煉設(shè)備數(shù)量的穩(wěn)定增加和精細(xì)技術(shù)的投入使用，確保了該工藝操作的最大靈活性，從而有利于更好地滿足當(dāng)今和未來的市場需求。

　　2012年，27個歐盟國家的粗鋼產(chǎn)量為1.685億噸，其中有19個國家年粗鋼產(chǎn)量超過300萬噸。這些國家主要的工藝路線是轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼，其中轉(zhuǎn)爐煉鋼比例為58.3%，電爐煉鋼為41.7%.但各國工藝路線區(qū)別很大。意大利和西班牙電爐煉鋼比例超過2/3，盧森堡、葡萄牙和斯洛文尼亞這一比例達(dá)到100%.與此相反，在奧地利、荷蘭、捷克、斯洛伐克和匈牙利，轉(zhuǎn)爐煉鋼比例超過90%.在德國，電爐煉鋼比例占32%，轉(zhuǎn)爐煉鋼比例占68%.

　　轉(zhuǎn)爐與電爐：結(jié)合顯優(yōu)勢
　　相比于電爐煉鋼，轉(zhuǎn)爐煉鋼具有更大規(guī)模生產(chǎn)特定鋼種的能力。精細(xì)的鋼種用于供應(yīng)扁平材及長材產(chǎn)品、半成品、線材、熱軋卷和冷軋卷的生產(chǎn)使用。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝主要分為3種：頂吹LD爐、底吹BOP爐、為了增加廢鋼比例的頂?shù)讖?fù)吹Q-BOP爐。
　　1952年~2007年，底吹BOP轉(zhuǎn)爐粗鋼產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于頂吹LD轉(zhuǎn)爐粗鋼產(chǎn)量。許多優(yōu)化LD轉(zhuǎn)爐的工藝和裝備技術(shù)使其在世界范圍內(nèi)得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動化的副槍技術(shù)、實(shí)現(xiàn)出鋼溫度和成分命中的動態(tài)工藝模型的發(fā)展、各種形式的出鋼擋渣系統(tǒng)和通過爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實(shí)現(xiàn)頂?shù)讖?fù)吹。
　　底吹轉(zhuǎn)爐改善了爐渣熔池反應(yīng)和脫碳效果。在出鋼時具有相似碳含量的情況下，相比于LD轉(zhuǎn)爐，BOP轉(zhuǎn)爐渣中鐵含量降低。
　　可生產(chǎn)多樣性鋼種是轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼的共同特征。較少種類的高品質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕耐熱鋼和工具鋼多采用電爐生產(chǎn)。許多化學(xué)元素可以當(dāng)作合金原料用于生產(chǎn)多種市場所需的鋼材產(chǎn)品以滿足客戶要求。1980年~2011年，歐盟國家電爐煉鋼產(chǎn)粗鋼比例從20%增長到42%，增幅超過1倍?？沙掷m(xù)發(fā)展是這些數(shù)字背后的驅(qū)動力，因?yàn)楦鞣N級別廢鋼的循環(huán)利用是電爐煉鋼的重要任務(wù)。此外，電爐煉鋼相對于長流程煉鋼來說也減少了CO2的絕對和相對排放量。
　　在德國，28座電爐中有3座是直流電爐，分別位于翁特威倫博恩、派尼和喬治瑪林。直流電爐主要具有低噪音、低電耗、長爐齡、對電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)。
　　就電爐煉鋼流程來說，伊斯肯德倫MKK冶金公司擁有300噸容量的電爐（交流電），東京鋼鐵公司擁有420噸容量的電爐（直流電）。這些電爐煉鋼廠粗鋼年產(chǎn)能達(dá)到250萬噸，接近中等規(guī)模轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的產(chǎn)能水平。
　　Conarc工藝代表了轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼技術(shù)的結(jié)合。根據(jù)原材料的不同，兩個獨(dú)立的熔池可以同時冶煉或者分別作為轉(zhuǎn)爐和電爐冶煉。原材料可從全鐵水到全廢鋼變化，充分考慮原材料的靈活性是Conarc工藝的特點(diǎn)。
　　采取改善轉(zhuǎn)爐傳感器技術(shù)和工藝建模等措施的目的在于增加轉(zhuǎn)爐的有效性及保證轉(zhuǎn)爐在換襯和緩沖期的安全準(zhǔn)確維護(hù)。此外，其也有助于改善能量利用率、二次燃燒率、轉(zhuǎn)爐爐氣回收和增加原料廢鋼比等。但是，電爐煉鋼爐氣利用仍然是一個重要問題。
　　因?yàn)楦咂焚|(zhì)廢鋼數(shù)量的有限性限制了電爐煉鋼生產(chǎn)粗鋼比例的提升，所以電爐熔化廢鋼和海綿鐵、轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復(fù)合工藝得到發(fā)展。
　　目前，用氣體作為還原劑已經(jīng)不僅限于研究階段，奧鋼聯(lián)在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠。一些地區(qū)的天然氣價格較低，使得這項(xiàng)技術(shù)具有重要意義。

　　連鑄：穩(wěn)中求“精”
　　比較7年間歐洲噸鋼研發(fā)投入與噸鋼附加值之間的關(guān)系和技術(shù)差別可看出，薄帶連鑄仍有很多問題。也就是說高研發(fā)投入?yún)s獲得低附加值。未來幾年工藝優(yōu)化的一個重要方向可能是提升薄帶連鑄產(chǎn)品的附加值。薄板坯連鑄處于較好態(tài)勢，但是要獲得高附加值仍然需要高研發(fā)投入。
　　當(dāng)今95%的鋼材仍由傳統(tǒng)連鑄工藝生產(chǎn)，因?yàn)槠淠軌蛞暂^低的研發(fā)投入獲得較高的產(chǎn)品附加值。德國厚板廠商迪林格公司正準(zhǔn)備采用一種近終型連鑄工藝，旨在建造一臺可生產(chǎn)最大厚度500mm板坯的連鑄機(jī)以滿足客戶在厚板市場的需求，預(yù)計將在2014年投產(chǎn)。
　　薄板坯連鑄。自1984年紐科公司第一家薄板坯廠在克勞福茲維爾建成以來，這項(xiàng)技術(shù)在高質(zhì)量熱軋板卷的生產(chǎn)中扮演了重要的角色。薄板坯連鑄主要的優(yōu)勢在于相對低的能量消耗，約比傳統(tǒng)板坯連鑄-熱軋工藝低一半。
　　據(jù)統(tǒng)計，全世界薄板坯連鑄工藝產(chǎn)能總和達(dá)到8150萬噸。有44家工廠采用CSP工藝，有12家采用FTSC工藝，5家采用其他工藝，如DSP、ESP、ISP.這些技術(shù)在電爐煉鋼廠和轉(zhuǎn)爐煉鋼廠都有使用。這些工廠主要分布在歐洲和北美，也有的部分位于印度、韓國和中國。
　　目前，歐盟國家有7家薄板坯廠正在運(yùn)營，年產(chǎn)能達(dá)到900萬噸，分別采用ESP、ISP、CSP或DSP工藝。為使產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)最大化，這些廠不斷提高連鑄坯拉速。比如克雷莫納廠采用的ESP工藝，最高拉速可達(dá)到8.5m/min；土耳其伊斯肯德倫也有一家工廠采用FTSC工藝。
　　薄帶連鑄。為了生產(chǎn)厚度為1mm~5mm的近終型產(chǎn)品，雙輥薄帶連鑄工藝被開發(fā)出來。由于產(chǎn)品厚度降低，可以減少軋鋼機(jī)架數(shù)量，從而大幅縮短生產(chǎn)線。相對于傳統(tǒng)（厚板坯）連鑄-熱軋工藝，雙輥薄帶連鑄工藝能量消耗最多可降低90%；由于鋼液凝固時間為傳統(tǒng)連鑄的1/700，微觀組織也能得到改善，且可以避免微觀偏析和宏觀偏析，從而允許更高的殘余元素含量。在生產(chǎn)高錳和高鋁含量的鋼種時，薄帶連鑄具有極大的吸引力。
　　目前，主要有3家薄帶連鑄廠正在運(yùn)營。韓國浦項(xiàng)在2002年建成了一座類似的工廠用于生產(chǎn)不銹鋼和硅鋼。2002年，紐科公司在美國克勞福茲維爾建成一臺雙輥軋機(jī)，年產(chǎn)能54萬噸。此后，其又在美國布萊斯威爾建成了第2臺，生產(chǎn)的鋼種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼。
　　一般來說，表面缺陷不能通過火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術(shù)的主要問題。該技術(shù)在側(cè)板密封技術(shù)、邊緣板型控制、凝固過程控制和工藝收益率等方面還尚待改進(jìn)優(yōu)化。
　　德國扁鋼廠商薩爾茨基特公司在世界上首次實(shí)現(xiàn)了BCT薄帶連鑄工業(yè)化，相應(yīng)的試驗(yàn)工廠位于克勞斯塔爾大學(xué)。通過旋轉(zhuǎn)，鋼液從類似于中間包的容器中澆出，冷卻成鋼帶。初級冷卻主要在連鑄滾帶上進(jìn)行，凝固過程在惰性氣體氣氛下進(jìn)行。澆鑄成的鋼帶厚度在10mm~15mm之間。
　　相對于雙輥薄帶連鑄工藝來說，BCT薄帶連鑄工藝表面缺陷沒有那么嚴(yán)重，且具有偏析輕、在線軋制能耗低、軋鋼機(jī)架數(shù)量少等優(yōu)勢。同時，由于不用經(jīng)過彎曲和矯直，該工藝避免了熱致裂紋的發(fā)生，可專門用于高錳鋼的生產(chǎn)。
　　技術(shù)展望。在德國鋼鐵協(xié)會會員公司中，當(dāng)前連鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢主要集中在提升工藝可靠性和工藝穩(wěn)定性、裝備模塊化和改善靈活性方面。對于傳統(tǒng)連鑄工藝的優(yōu)化策略是根據(jù)產(chǎn)品市場定位來確定進(jìn)一步發(fā)展的方向。短期來看，薄板坯連鑄工藝將會引起極大關(guān)注；長遠(yuǎn)來看，則必須發(fā)展精細(xì)的設(shè)備和工藝流程。然而，未來薄板坯連鑄的發(fā)展也要取決于技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益情況。