钢铁冶炼新技术与耐火材料研究

李淑清

（辽宁冶金职业技术学院，辽宁 本溪 117022）

自上世纪50年代开始，钢铁是我国经济建设和国民经济发展中不可或缺的重要的基础材料之一，钢铁的数量和钢铁冶炼的技术始终能够代表和显示一个国家的经济实力和综合国力。在科学发展迅速的时代，钢铁工艺优化也迅速发展[1]。特别是在现阶段，新一代可回收铁制造工艺已经创立并得到了迅速的推广和普及，现代冶炼钢铁的新技术具有技术现代化，支持生产大型设备，节能生产，高效工艺，产品优质，资源回收，优质施工，高效，低成本，清洁生产系统的优势和特点，为建设资源节约型和环境友好型的社会具有十分重要的意义。与此同时，钢铁冶炼技术的发展也影响了耐火材料的技术发展。

1 钢铁冶炼与耐火材料概述

1.1 钢铁冶炼简介

我们所熟知的钢铁冶金工艺过程，通常被简称为钢铁冶炼。根据碳含量，工业生产的铁分为生铁（碳含量大于2%）和钢（碳含量小于2%）。钢铁冶炼的核心和关键在于电子束熔化炉的操作和运用，而其中电子枪又是电子束熔化炉的核心。电子枪包括枪头（通常状况下由灯丝、阴极、阳极等部件共同组成）、聚焦线圈以及偏转线圈等等[2]。现阶段，较为常用的钢铁冶炼操作人员更愿意使用高炉炼铁，并且单独使用直接还原炼铁方法和高炉炼铁方法。炼钢主要由高炉冶炼生铁和海绵铁及废钢精炼而成，采用直接还原炼铁制成，并采用不同方法精炼成钢。基本生产工艺是在炼铁炉中将铁矿石冶炼成生铁，然后以生铁为原料，采用各式各样的方法制造钢铁，铸造成钢锭或连铸坯[3]。

1.2 耐火材料简介

耐火材料属于无机非金属材料范畴，其耐火度高于1580℃，耐火性是指经过耐火锥形试样的摄氏温度，该试样耐高温不会在没有负荷的情况下软化和熔化。耐火材料广泛应用于冶金，化工，石油，机械制造，硅酸盐，电力等工业领域。耐火材料的使用率在冶金行业的材料中比重是最大的，占总产量的50%至60%。耐火材料广泛应用于国民经济的各个领域，如钢铁，有色金属，玻璃，水泥，陶瓷，石化，机械等，是保证材料的必备材料。

2 钢铁冶炼的新技术

2.1 分散控制系统波动温度稳定控制技术

钢铁冶炼的温度是一个随时间变化的无法受到线性控制对象，在进行实际操作的过程中很难实现利用一个完整、准确的模型进行量化操作。数学模型技术在一定程度上无法获得精准的控制结果。因此，相关操作人员采用了一种全新的分布式控制系统，即在钢铁冶炼中的分散控制系统波动温度稳定控制技术。

分散控制系统波动温度稳定控制技术在实际操作的过程中，采用PC机作为上位机进行系统整体控制和调度，而将PLC作为下位机，方便监控电子束熔化炉内的温度变化状况。除此之外，还配备了相应的配套热电偶等组件，共同完成分散控制系统波动温度稳定控制任务。分散控制系统波动温度稳定控制技术的操作系统是一种较为经典的常规的DCS系统，在实际操作过程中，鲜少出现不可控制的意外状况，当操作系统的主计算机出现意外状况或故障时，在短时间内依然可以依靠下位计算机进行独立运行，在一定范围内并不会对系统的整体运行产生很大的影响。在DCS系统运行期间，冶炼炉中的温度由于外部环境的干扰而波动。为了确保产品的冶炼质量，需要稳定控制波动温度。启动控制后，PC将接收相应的信号，PC将设置炉内的温度值。

2.2 节能技术

经过几十年的发展和变化，我国的经济社会环境发生了翻天覆地的变化，这少不了钢铁在其中发挥的重要作用。时至今日，我们在进行社会劳动生产和国家经济建设时，依然离不开对钢铁的消耗和使用。随着我国工业行业的日益壮大，钢铁的消费总量也在日益增加，钢铁冶炼所消耗的技术力量和各种材料的数量几乎是难以预估的。目前，我国钢铁业产生的能源消耗过多，如果缺乏节能技术，现有的资源和能源利用面临巨大压力，这要求我们将节能减排作为钢铁冶炼过程的重要组成部分。在冶炼钢铁的实际操作过程中，将能源节约技术融入到实际操作中，有许多节能方法可以应用。例如转炉冶金纯净钢技术，废钢预热电弧炉等等，这些节约能源的方式均是被相关操作人员所广泛使用的。近年来，在我国，在冶炼钢铁的实际操作过程中融入节能方法后起到了十分明显的作用。在节约能源的同时，还起到了降低成本的作用。如今，我国正在面临着严峻的能源问题，进而对钢铁生产行业也提出了更严格的要求。因此，节能技术的推广和应用是大势所趋。

2.3 环保技术

随着科学技术的发展，钢铁冶炼的方式和方法已经发生了很大的变化，现代国际钢铁工业的先进工艺及产品在系列化、紧凑性、专业化等方向上均取得了较为强劲的发展。但是，钢铁冶炼的主要工艺依然离不开勘探，采矿，冶金炉，锻造或轧制。冶金工业最重要的原材料是矿床开采的铁矿石。铁矿石含量越高，用于生产铁的原料越少，时间越短。故而提高铁矿石质量是环保技术发展的重要方向。钢铁工业是一个资源密集型，能源密集型和高污染行业。为了实现用最少的资源消耗进行高效率生产，最好的办法是质量控制，把对环境的伤害降低到最小。这便需要将环保技术与钢铁冶炼工艺相融合，加强工艺过程的优化，实现资源的重复利用。当前较为常见的环保技术包括：高效连铸技术、干熄焦（CDQ）技术、煤调湿技术、废钢预热电弧炉技术等等。上述技术能够帮助相关人员在进行冶炼钢铁的过程中适应环境变化，应对资源，能源甚至环境问题。

2.4 铁浴熔融还原技术

铁浴熔融还原技术是现代钢铁冶炼技术家族的新成员，这项技术能够更加有效的控制钢中其他非金属杂质的含量，还能够提高钢的纯度。近年来，铁浴熔融还原技术得到了发展和完善，铁浴熔融还原度的技术指标越来越高，因此，钢的质量可以进一步提高。铁浴熔融还原技术第一步必须创建模型，然后使用控制设备将炼钢炉中的熔池完全混合，以便可以合理地控制炉内的温度和休眠时间，以避免不必要的消耗并减少吹制炉的数量，这样一来便能够实现能源节约并避免不必要的能量损失。

2.5 废钢熔炼技术

废钢熔炼技术在冶炼过程中使用电弧炉将产生高的热能和化学能，但经过适当的研究，可以发现炼钢炉中的氧化反应仍在继续，并且能够通过废气将越来越热的气体排出。在冶炼钢铁的过程中，烟气释放的热量占总能量消耗的很大一部分。如果能够控制这种问题，势必将显著提高钢铁冶炼的节能效应。用于预热废料的电弧炉的核心是利用钢铁冶炼过程中产生的废气来预热钢材原料并降低能耗。据有关资料显示，如果原料温度上升50℃，则可节省10千瓦时/吨的能量，因此很容易理解，该技术的推广具有难以想象的发展前景。

3 钢铁冶炼新技术对耐火材料的影响

3.1 炼铁技术及耐火材料

炼铁技术对于耐火材料的使用还是相对较多的，例如，铁浴熔融还原技术在实际操作过程中需要频繁的使用到耐火材料。近年来，铁浴熔融还原的增加和直接还原生铁冶炼的减少为了达到工业化生产，冶炼铁工艺和新工艺的优化也为耐火材料提出了新的要求，如，提高刚玉质材料的抗侵蚀性等。

3.2 炼钢技术及耐火材料

炼钢技术的发展，使得炼钢耐火材料的结构也发生了一定的变化。冶炼过程中的废钢冶炼技术，与高炉耐火材料工艺相比，回收工艺需要较高熔点的耐火材料，以防止FeO的侵蚀，这需要高耐热性和更好的熔融区。该区域的耐火材料主要以复合材料为主。

3.3 钢铁工艺对未来耐火材料的要求

为了能够进一步适应现代化钢铁工业的要求，坚持走自主创新发展的道路，开发新材料和新产品，研发工作要注意以下几个方面：第一，加强对高导热率和超微孔产品、无硅和无碳材料以及用碱焙烧的砖的开发和利用；第二，进一步推广精炼工艺和超纯钢的研究以及冶金节能耐火材料一体化技术；第三，加强跨学科和纳米技术在耐火材料中的应用研究；第四，开发改性和均质材料并综合利用矿产资源等等。

4 结语

综上所述，根据上文对钢铁冶炼新技术及其对耐火材料的影响等内容的分析和介绍，可以知道，当期我国的钢铁冶炼技术和耐火材料的发展已经达到了国际先进水平，进入了国际先进行列。钢铁冶炼新技术和耐火材料的相互配合，已经能够满足我国经济建设所需要的钢铁数量的供应。钢铁行业的发展是需要长期的努力和维护的，就目前的状况来看，我国的钢铁冶炼和耐火材料的发展仍然拥有更加广阔的前景，值得期待。