1 煉鋼歷程回顧

1949 年新中國誕生至今，已走過了 70 年歷程。在此期間，我國鋼鐵工業(yè)在戰(zhàn)爭的廢墟上艱苦創(chuàng)業(yè)，一路走來，我國鋼鐵工業(yè)取得了令人矚目的輝煌成就。從 1949 年新中國成立到改革開放的近 30 年時間里，我國一直把發(fā)展鋼鐵工業(yè)作為實現(xiàn)工業(yè)化的中心環(huán)節(jié)。經(jīng)過近 30 年的努力，我國基本形成比較完整的鋼鐵工業(yè)體系，為改革開放后鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20 世紀(jì) 50 年代，重點是對當(dāng)時現(xiàn)有的鋼鐵生產(chǎn)工藝裝備進(jìn)行恢復(fù)、擴(kuò)建、改造，以滿足新中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急需。第一個五年計劃（1953 年 -1957 年）期間，蘇聯(lián)援助中國建設(shè) 156 個工業(yè)項目中，包括鞍鋼、本鋼改擴(kuò)建、武鋼、包鋼、齊齊哈爾鋼廠新建等共 8 個鋼鐵項目，8 個鋼鐵項目占 156 個項目的總投資額近一半，投資額最大的是鞍鋼的擴(kuò)建改造。此外，“一五”期間，在蘇聯(lián)幫助下，還開啟了對石景山鋼鐵廠等近 20 個鋼鐵企業(yè)改造和擴(kuò)建工程。

1956 年規(guī)劃并開始建設(shè)的“ 三大、五中、十八小”， “三大”是繼續(xù)進(jìn)行鞍鋼、武鋼、包鋼三個大型鋼鐵基地建設(shè) ；“五中”指擴(kuò)建、新建太鋼、重鋼、馬鋼、石景山鋼鐵廠、湘鋼 ；“十八小”指濟(jì)鋼、臨鋼、南鋼等十八個小型鋼廠； 此外，1958 年各省市自治區(qū)還建設(shè)了一批地方中小鋼鐵企 業(yè)，全國掀起了大煉鋼鐵運(yùn)動， 當(dāng)年即建鋼廠 30 余家。

從 1964 年開始的“三線建設(shè)”高潮。鋼鐵工業(yè)在調(diào)整的同時，開始了以西南攀鋼、西北酒鋼為主的“大三線”建 設(shè)和以中西部地區(qū)軍工配套的 “小三線”建設(shè)。通過這輪新建以及對其他已有鋼廠的改擴(kuò) 建，使我國初步形成了基本完 整的鋼鐵工業(yè)布局。此后，這 些企業(yè)絕大數(shù)成為我國鋼鐵行 業(yè)的骨干，至今仍發(fā)揮著重要 作用，并發(fā)展壯大。這對我國 鋼鐵工業(yè)發(fā)展來說意義重大， 為新中國鋼鐵工業(yè)日后發(fā)展打 下了重要的基礎(chǔ)，新中國成立70 年來我國主要煉鋼大事記如表 1 所示。

表1：新中國成立 70 年來我國主要煉鋼大事記

1949 年新中國成立時，我國只有 15.8 萬噸鋼，占世界 鋼 產(chǎn) 量 的 0.1% ；1978 年我國改革開放時粗鋼產(chǎn)量只有 3178 萬噸，占當(dāng)年世界粗鋼產(chǎn)量的 4.4% ；改革開放后1986 年突破 5000 萬噸，1996年粗鋼年產(chǎn)量突破 1 億噸，成為世界最大的產(chǎn)鋼國和消費國。2003 年突破 2 億噸， 以后大約每兩年增加 1 億噸左右，2018 年粗鋼產(chǎn)量達(dá)到 9.28 億噸，占當(dāng)年世界粗鋼產(chǎn)量的50% 以上。在世界鋼鐵行業(yè)的地位顯著提升 ；鋼鐵產(chǎn)品的進(jìn)出口格局也發(fā)生了根本性的變化，徹底結(jié)束了我國鋼材“供不應(yīng)求”的歷史。這有力推動了我國工業(yè)化和現(xiàn)代化的進(jìn)程，顯著增強(qiáng)了綜合國力，支撐了世界大國的地位。必須看到，我國成為制造業(yè)大國，鋼鐵工業(yè)功不可沒，對國防工業(yè)、石油工業(yè)、造船工業(yè)、基礎(chǔ)建設(shè)、裝備制造業(yè)等都起到了很大的支撐與推動作用。

2 煉鋼技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

新中國煉鋼科技進(jìn)步取得舉世矚目的成就，科技成果不斷涌現(xiàn)。在很大程度上解決了一些制約煉鋼發(fā)展的技術(shù)瓶頸，我國煉鋼技術(shù)裝備國產(chǎn)化、現(xiàn)代化取得重大進(jìn)展，品種質(zhì)量得到優(yōu)化、提升，整體水平明顯提高。節(jié)能環(huán)保邁出了大步伐，使煉鋼整體水平邁上了新臺階。包括鞍鋼、包鋼等大型老企業(yè)的現(xiàn)代化新區(qū)陸續(xù)建成并投產(chǎn)，一批沿?，F(xiàn)代化鋼鐵基地也正在崛起。

目前，國內(nèi)傳統(tǒng)鋼材產(chǎn)品基本都以轉(zhuǎn)爐煉鋼為主，電爐煉鋼的生產(chǎn)優(yōu)勢已被壓縮到有限的高合金鋼、工模具鋼等生產(chǎn)范圍（當(dāng)然大眾化鋼種也能生產(chǎn)，但在產(chǎn)量、成本上競爭力較低），其市場競爭力明顯下降。目前，煉鋼生產(chǎn)工藝流程主要有 3 種 ：

1）轉(zhuǎn)爐流程 ：高爐 - 鐵水預(yù)處理- 轉(zhuǎn)爐- 二次精煉- 連鑄 - 軋制。

2）電爐流程 ：電爐 - 二次精煉 - 連鑄 - 軋制。

3）特種冶金 ：電渣重熔、真空感應(yīng)熔煉、真空電弧重熔、電子束熔煉、等離子熔煉等（如鈦合金生產(chǎn)）- 鍛造或軋制。

2.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐是 1952 年首次提出，并在過去的近七十年里迅速發(fā)展，隨著用戶對鋼材性能和質(zhì)量的要求越來越高，鋼材的應(yīng)用范圍越來越廣，用戶對提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量， 擴(kuò)大品種越來越重視。在這種情況下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程發(fā)生了很大變化。鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼模式。已由單純用轉(zhuǎn)爐冶煉發(fā)展為鐵水預(yù)處理→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄這一新的工藝流程。這一流程以設(shè)備大型化、現(xiàn)代化和連續(xù)化為特點，目前，國內(nèi)最大轉(zhuǎn)爐已達(dá) 350t。氧氣轉(zhuǎn)爐已由原來的主導(dǎo)工序變?yōu)樾铝鞒痰囊粋€工序環(huán)節(jié)，主要承擔(dān)鋼水脫碳和升溫的任務(wù)了。負(fù)能煉鋼、節(jié)約能源、轉(zhuǎn)爐煉鋼成為當(dāng)代煉鋼的主流。

隨著煉鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程（高爐→ 轉(zhuǎn)爐→鑄錠），已逐步被新的流程（高爐→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→爐外精煉→連鑄）所代替。爐外精煉在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中已經(jīng)占有重要地位。以不銹鋼冶煉為例：不銹鋼可采用一步法、二步法和三步法。

１）一步法是指在電弧爐內(nèi)完成所有的冶金任務(wù)，包括廢鋼和合金的熔化、脫碳精煉、鋼渣還原和合金化。目前，一步法工藝由于冶煉周期長、耐火材料燒損嚴(yán)重、成本高等原因已經(jīng)被淘汰 ；

２）二步法是指以初煉爐

（如轉(zhuǎn)爐、電弧爐）熔化廢鋼及合金料生產(chǎn)不銹鋼母液，然后在轉(zhuǎn)爐（電爐）精煉爐中精煉成合格的不銹鋼鋼水 ；

3）三步法是在兩步法的基礎(chǔ)上，增加了深脫碳的裝備，用以生產(chǎn)超低碳或超低碳氮不銹鋼。

2.2 電爐煉鋼

20 世紀(jì) 70 年代前，我國電弧爐一般都是 30t 以下的普通功率電爐。

20 世紀(jì) 80 年代開始建設(shè)50-75t 普通功率和高功率電爐，同時引進(jìn)建設(shè)了 50-150t 高功率和超高功率電爐。配備不同型式的爐外精煉裝置，煉鋼工藝由傳統(tǒng)的電爐一步煉鋼法轉(zhuǎn)變?yōu)殡姞t與爐外精煉配合的二步煉鋼法，電爐承擔(dān)熔化任務(wù)，還原精煉移到了爐外精煉裝置中進(jìn)行。工藝流程由傳統(tǒng)的電爐煉鋼→模鑄的生產(chǎn)流程演變成采用高功率或者超高功率電爐→爐外精煉→連續(xù)鑄鋼的新流程。

電爐煉鋼在這 70 年中，其發(fā)展速度雖然比不上 20 世紀(jì) 60 年代后轉(zhuǎn)爐發(fā)展的那樣快，但隨著電爐煉鋼技術(shù)的進(jìn)步，大型超高功率電爐技術(shù)的發(fā)展以及爐外精煉技術(shù)的采用，使電爐煉鋼技術(shù)有了長足進(jìn)步，電爐鋼產(chǎn)量及其占比有所增長。目前，我國最大電爐已達(dá) 220t（最大電渣重熔爐已達(dá) 450t ；最大的真空感應(yīng)熔煉爐已達(dá) 13t），這為我國核電站、高溫合金、航天航空材料等特殊材料需求提供了保證。

目前，我國煉鋼企業(yè)中， 轉(zhuǎn)爐煉鋼仍然占據(jù)主導(dǎo)地位， 而電爐煉鋼僅僅占煉鋼總量的11％左右，遠(yuǎn)低于世界平均水平。隨著我國廢鋼產(chǎn)量的增加以及電力成本的降低，我國電弧爐煉鋼產(chǎn)量有很大的成長空間。然而，我國真正開始大力發(fā)展電弧爐則是在 20 世紀(jì) 80年代至 90 年代初，電爐正在成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的一個競爭者。目前，電弧爐除電極提供能量外，還可以通過氧槍和燃料燃燒器補(bǔ)充（如二次燃燒技術(shù)），電弧爐是最有效的廢鋼熔化爐（可采用廢鋼預(yù)熱技術(shù)， 可以減少能量需求），減少碳排放量，鑒于電弧爐煉鋼產(chǎn)能的增加，社會上也要求減少碳排放量以及更加靈活的操作方式，因此，電爐還是有潛力和發(fā)展前景的煉鋼方法。

2.3 精煉

早在 20 世紀(jì) 50 年代至60 年代，我國上鋼五廠、大連、撫順、太鋼等一些特鋼廠就在煉鋼生產(chǎn)中采用高堿度合成渣在出鋼過程中脫硫冶煉軸承鋼、鋼包靜態(tài)脫氣等初步精煉技術(shù)，但沒有精煉的裝備， 受當(dāng)時工藝技術(shù)的限制效果不夠理想。1967 年大冶鋼廠從西德引進(jìn)第一代 RH（循環(huán)法） 真空處理設(shè)備，在我國特鋼企業(yè)中率先采用爐外精煉技術(shù)。

20 世紀(jì) 70 年代后期，我國又從瑞典、西德、日本引進(jìn)了多種爐外精煉設(shè)備，并自行研制開發(fā)了   LF、VOD、VD、AOD 等精煉爐，各特鋼廠根據(jù)自己生產(chǎn)的品種和質(zhì)量要求及具體條件，紛紛建設(shè)多種形式的爐外精煉裝置。如太鋼煉鋼采用電爐→ AOD 生產(chǎn)不銹鋼，經(jīng)濟(jì)效益顯著 ；上鋼三廠與長城鋼廠用 VOD 生產(chǎn)不銹鋼效益也很好 ；上鋼五廠與大冶鋼廠用LFV 和VHD/VOD（實際按 LF/VD 使用）生產(chǎn)軸承鋼、齒輪鋼等，使鋼中氣體含量降至[H] ≤ 2ppm，[O] ≤ 10ppm，[N] ≤ 20ppm ； 鋼水中[S] ≤ 0.005％，[P] ≤ 0.008％， 達(dá)到國際軸承鋼的水平。

能生產(chǎn)高質(zhì)量品種，爐外精煉成為不可缺少的手段，爐外精煉在生產(chǎn)中的效能充分發(fā)揮。以爐外精煉技術(shù)為核心的“三位一體”短流程工藝廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)，取得了很好的效果。初煉（轉(zhuǎn)爐或電爐）→精煉→連鑄，成為現(xiàn)代化典型的工藝短流程。

但我國真正擁有鋼包精煉技術(shù)是從 1975 年包鋼引進(jìn)瑞典兩臺 ASEA-SKF 型鋼包精煉爐開始的。

1979 年我國設(shè)計了第一臺 40t LF/VD 鋼包精煉爐，其配套用的 200kg/h 六級蒸汽噴射泵也是由國內(nèi)設(shè)計制造。從此，50t 以下的鋼包精煉爐被各鋼廠推廣使用，但大型的鋼包精煉爐還是依靠進(jìn)口。

1991 年 6 月， 天津鋼管公司引進(jìn)一套 150t LF/VD 大型鋼包精煉爐（真空脫氣）投產(chǎn) ；1996 年我國具備了設(shè)計制造大型鋼包精煉爐的能力， 上海浦鋼、上鋼五廠、武鋼等鋼廠投產(chǎn)了大型國產(chǎn) LF/VD 鋼包精煉爐，這樣我國的鋼包爐設(shè)計技術(shù)和裝備水平可以完全替代進(jìn)口。

20 世紀(jì) 80 年代以來，我國爐外精煉技術(shù)發(fā)展很快，鋼鐵企業(yè)建設(shè)精煉爐突飛猛進(jìn)， 尤其是重點鋼鐵企業(yè)已普遍裝備了爐外精煉，全面向煉鋼（轉(zhuǎn)爐、電爐）→爐外精煉→連鑄方向發(fā)展。

1983 年我國上鋼五廠第一臺 40t LF 精煉爐研制成功后，大部分電爐煉鋼廠都開始配備 LF 爐，生產(chǎn)能力也可提高 15%-30%， 鋼廠爐外精煉所需的真空脫氣（真空脫碳） 與成分精確微調(diào)等功能，均由精煉裝置來實現(xiàn)。

目前，國內(nèi)應(yīng)用最多的精 煉 裝 置 有 LF、RH、VD、AOD、VOD 等。（VOD 則主要用于超低碳不銹鋼的精煉）。從煉鋼廠總體工藝與其品種質(zhì)量角度考慮，以滿足絕大部分鋼水脫氫、脫氧和去除夾雜的質(zhì)量要求，并可通過真空脫碳反應(yīng)冶煉超低碳鋼，并有利于去除夾雜和促進(jìn)脫硫反應(yīng)、成分微調(diào)功能，對某些成分控制要求嚴(yán)格的鋼種（如電站、油井管用鋼等），在真空下或還原性氣氛下，精確微調(diào)成分， 當(dāng)精煉超低硫鋼種時，還需具備快速高效的脫硫功能，并通過鈣處理改變硫化物夾雜形態(tài)，從而提高鋼材質(zhì)量。

2.4 連鑄

20 世紀(jì) 90 年代，我國新建煉鋼連鑄項目技術(shù)水平和設(shè)備檔次不斷提升，新建連鑄項目技術(shù)水平、設(shè)備檔次的起點均比較高。連鑄過程中，鋼水從鋼包流出后，再經(jīng)過中間包流入結(jié)晶器。整個過程中鋼水容易與空氣接觸，產(chǎn)生二次氧化物夾雜，影響連鑄坯質(zhì)量， 直接影響鋼材的產(chǎn)品質(zhì)量。

為了提高連鑄坯質(zhì)量，采用了諸多提升產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益的工藝技術(shù)，如鋼水保護(hù)澆注、結(jié)晶器液壓振動、電磁攪拌裝置、二冷動態(tài)模型控制技術(shù)、鑄坯動態(tài)輕壓下、鋼包下渣檢測、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報等技術(shù)。

2010 年， 我國在自主連鑄裝備水平、產(chǎn)品檔次提升方面，各種機(jī)型連鑄機(jī)技術(shù)均穩(wěn)步發(fā)展并有所突破。特別是采用自主技術(shù)的國產(chǎn)連鑄機(jī)、超大規(guī)格連鑄機(jī)相繼創(chuàng)造新的紀(jì)錄。目前，國內(nèi)最厚的板坯連鑄機(jī)已達(dá) 450mm， 最大鑄坯寬度為 2600mm ；最大圓坯連鑄機(jī)斷面已達(dá) Φ1000mm ； 國內(nèi)方坯連鑄機(jī)斷面也達(dá)到400mm 以上。超大規(guī)格的板坯、圓坯、方坯代替模鑄，大幅度提高成材率，生產(chǎn)效益得到很大提高。國產(chǎn)連鑄裝備不僅在國內(nèi)已經(jīng)具備與外商同臺競爭的實力，而且已經(jīng)實現(xiàn)成套出口。

總之，鋼鐵工業(yè)科技創(chuàng)新成果推廣、應(yīng)用效果明顯。煉鋼重點推廣了工藝、裝備、節(jié)能、環(huán)保、資源綜合利用等一大批先進(jìn)技術(shù)。保證了一大批高端產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，為各主要用鋼下游行業(yè)的升級發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。如能源行業(yè)中天然氣長輸管道用 X100、X120 鋼；超低冷 LNG（液化天然氣）儲罐鋼板 ；LNG 運(yùn)輸船用鋼板等已實現(xiàn)國產(chǎn)化 ；能源行業(yè)的 700℃超超臨界鍋爐用鋼國產(chǎn)化 ；再以鋼管為例，電站用 Inconel 690U 型鎳基合金鋼管 ；在石油行業(yè)中，2006 年 7 月塔深 1 井完鉆井深 8408m ； 2019 年 7 月輪探 1 井再創(chuàng)完鉆井深 8882m。這些成績的取得與煉鋼工藝技術(shù)的進(jìn)步是分不開的。改革開放我國鋼鐵工業(yè)成效顯著，極大地促進(jìn)了煉鋼工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)的變化，并縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。

在煉鋼工藝技術(shù)和裝備、產(chǎn)品質(zhì)量上取得驕人業(yè)績的同時，在節(jié)能減排上也取得了巨大進(jìn)步。優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)工藝， 降低煉鋼能耗，加強(qiáng)精細(xì)管理與操作，充分利用鋼水中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能和排放廢氣中的物理能，如二次燃燒技術(shù)和廢鋼預(yù)熱技術(shù) ；同時，開發(fā)新型電弧爐，高效利用電能， 實施綠色環(huán)保電弧爐冶煉 ；同時，長流程煉鋼最大限度地減少和避免環(huán)境污染，發(fā)展綠色冶煉，如煙塵收集、預(yù)熱利用等技術(shù)、轉(zhuǎn)爐“負(fù)能煉鋼”。企業(yè)平均噸鋼綜合能耗下降， 噸鋼耗新水量不斷減少，噸鋼二氧化硫排放量大幅降低 ；這些指標(biāo)意味著目前冶煉 1t 鋼的綜合能耗僅相當(dāng)于改革開放前的 1/4-1/5。此外，工業(yè)粉塵類排放也大幅下降，推進(jìn)行業(yè)綠色生產(chǎn)、綠色制造、智能制造，一大批花園式工廠、清潔生產(chǎn)環(huán)境友好型鋼鐵企業(yè)相繼涌現(xiàn)。

（本文轉(zhuǎn)載自《世界金屬導(dǎo)報》）