最新炼钢技术与冶炼金属等发展分析

冶金分析是冶金生产不可缺少的重要环节，是冶金生产最重要的相关技术之一。冶金分析技术不仅按照冶金生产发展的客观要求，不断拓宽自己的领域，而且也以自身的完善与发展，促进着冶金生产水平的提高。本文试图从现代炼钢生产的发展态势中，阐明对冶金分析技术发展的期望与基本要求。 
一、现代炼钢生产发展的基本态势与特点
　　现代冶金生产以产品结构优化的要求为前提，促进冶金工艺的重新优化组合，并实现装备水平的优化更新，从而形成了广泛的系统优化的态势。这已是世界各国冶金界的首要目标和任务。而整个冶金生产过程中，炼钢生产的整体优化趋势更为突出，它不仅与轧钢生产紧密衔接，促使冶金产品结构优化的加快，而且往前促进炼铁生产和新的炼钢原料生产工艺的优化，使整个行业结构的优化。
　　现代炼钢生产的优化流程以铁水预处理—顶底复合吹炼转炉—炉外精炼—连铸—(热装，热送或直接轧制);新的炼钢原料生产工艺或废钢精料—超高功率电炉—炉外精炼—连铸板坯连铸—直接轧制这两种工艺最具代表性，使整个冻钢生产工艺、装备及产品结构的优化都提高到了一个新的档次和水平上。炼钢生产的这种整体优化态势，有着明显的特征，其主要表现为以下五个方面，即更系统，更连续，更高效，更可控，更优质。这些特征都对冶金分析技术提出了新的更高要求。
　　1.更系统:冶金生产的优化是从各个环节或单项技术发展起来的，但越来越明显地看出，必须从系统工程的角度，实现整体优化才能真正发挥各项先进技术的作用。例如超高功率电炉是大幅度提高电炉生产率的一项先进技术，但如果不配之以相应的炉外精炼设施，它将无法改变三段式冶炼的旧模式，因而不能发挥其优势;先进的连铸生产，不仅离不开炉外精炼，也必须依靠超高功率电炉的高生产率来实现连浇。此外，这种更系统的特点不仅表现在各环节先进工艺和技术同步实现的要求上，更表现在对相关技术的优化与配套齐全的客观要求上。无法设想会存在一个缺乏先进的冶金检测与分析技术的优化炼钢工艺流程。这将在下面详述。
　　2.更连续:炼钢生产整体优化的系统必然是一个连续的生产过程。各个短流程的生产工艺本身就是一个连续的整体，要求有良好的节奏性与衔接性。这种特性使得冶金生产对冶金分析的要求早就不满足于仅仅进行成品分析的程度了，而要求不断提供各种检测分析参数来指导，保证生产工艺的稳定与连续。
　　3.更高效:这一特性集中表现在大型化与高速化两个方面。连铸—连轧工艺使传统的钢水凝固到轧制成材周期以天，甚至以周计算变为以分钟计算，毫无疑问化学分析法的节奏是无法适应的，各种快速的接触，非接触式的先进冶金分析技术发展起来，对冶金生产的高效化起了重要作用。另外冶炼炉的大型化，连铸，轧钢的大型化，不仅是高效化的特征，也同时对冶金分析的代表性提出了新的要求。连续与高效的特性，促使冶金分析由单元向多元，快速的方向不断发展。
　　4.更可控:优化陇炼钢生产过程已必然要求生产过程的可控性大大提高，微电子技术的应用促进冶金生产的高速增长，产品性能的可控程度大大提高。认算机对局部或全部生产过程甚至经营管理过程实现在线控制跳要求，必然要求冶金分析由过去的离线变为在线，井参与控制过程。这种在线及参乌控制的要求使冶金分析技术与装备趁来越与计算机的应用紧密地结合在一起。
　　5.更优质:冶金工艺献优化最终将表现为产品结构与质量纵优化上。现衣一提高了质氢档次普通钢材不仅对成分控制的范围与精度要求越来越高，并且在对〔O〕、〔S〕、夹杂物这三个主要的质量特征指标上也越来越严。各个工艺环节都要求进行分析，控制，以保证最终质量。而超纯钢(例如〔N〕+〔O〕+〔H〕+〔F〕+〔S〕≤100μg/g，甚至≤50μg /g和各种特殊用途钢的生产，则对一冶金分析的分辨率与精确性提出了新的要求。
　　由上可见炼钢生产整体优化的态势及其特性，都对冶金分析提出了新邵要求，它促使冶金分析装备水平的提高，并向多元、快速、连续、可控、准确的方向不断迈进。
二、冶金生产对冶金分析技术的基本要求
　　冶金分析技术在近20年中的长足进步，对炼钢生产傲优化起了重要的作用，这是显而易见的。本文仅想就生产实践中的一些切身体会，较系统地对冶金分析技术提出一些属于基本要求的看法，拱冶金分析的专家们参考。说基本的，是因为冶金分析专家们考虑所可能更全面、更超前，但本文认为，这些基本要求如能满足，则将适应上述炼钢生产优化郎客观需要。
　　1.提高精确性:这不仅要求误差小，而且要求有良好傲重复性。如前所述，超纯钢中各种元素含量控制范围很窄，连铸过程的连浇炉次，要求相邻两炉之间成份差异极小，而无取向冷轧硅钢，当〔C〕≤50μg /g时，则可以不经过退火脱碳工序，既可保证质量，又可大幅度提高生产率。但这种严格6全控制，必须以精确的冶金分析来提供依据与保证。否则超纯钢的性能不能得到稳定，连浇炉次将出现混坯而不能发现，有可能造成轧材废品;而无取向冷轧硅钢则会误以为不需要退火脱碳工序致使轧材电工特性受到严重影响等等。
　　2.高分辨率:这不仅是保证高精度的需要，也是精确控制钢中微量元素，控制工艺过程各种气氛的需要。对于痕量元素的分析，则是更为重要的了。
　　3.快速性:冶金生产陇优化，大大加快了炼钢生产的速度，对冶金分析的速度要求也越来越高。例如转炉的动态终点控制与炉外精炼的成份微调控制，要求在几秒或几十秒内获得冶金分析的结果，并直接参与过程控制。用光谱分析法同时分析几个、十几个、几十个元素;用结晶分析法，浓差电池法直接测定温度(物理量)和碳或温度和氧活度;〔C〕一〔S〕联合测定等各种多元化快速冶金分析方法已越来越为人们所重视，所应用。
　　4.连续性:由于冶金过程的可控要求越来越高，为了工艺优化与安全，也为了确保最终高质量的要求，断续的检测分析方法已不能满足需要了。例如转炉煤气回收过程中，对气体成份的连续分析是保证生产安全与煤气质量的前提条件，VOD炉及转炉冶炼中，越来越趋向采用连续的气相质谱分析法来精确判定终点等等。
　　5.在线性:这既有参与控制的含义，又含有就近在生产现场设置的要求。上面所说的快速性、连续性己包含了在线的含义，因它们大多参与过程控制，另外曾风行一时的气动送样，集中分析的方法已不是冶金分析优化的唯一选择了。快节奏的转炉生产，一早就在冶炼平台附近设置了各种快速多元分析装置;炉外精炼技术的发展，已使快速光谱等在线分析设备就近设置;高质量的大板坯，大方坯生产，离不开就近设置的快速硫印取样分析设备，并以它的分析结果直接指导工艺参数的调整与设备维修目标的确定。
　　6.系统性:冶金分析与炼钢技术已逐渐由手工化向设备化的方向发展。为了更好地满足上面提到的连续、在线、高精度、快速的要求，冶金分析技术和设备已逐渐成为完善的系统。它注重机、电、仪一体化，不仅对主仪器，而且对取样器，清扫技术等相关技术与设备的配套性日益重视;对现场及分析中心的各种抗干扰设施与技术的研究也日臻完备。这种系统性还具备与计算机进行信息的联网通讯及参与过程控制的能力……。
　　7.经济性:这是现场采用先进的冶金分析技术与设备经常考虑的问题。我国钢厂大、中、小都有。层次、水平相差不少，虽然优化，优质的目标一致，但产品不同，要求也是不同的，在实现冶金分析的基本要求方面，也可以分层次来对待，这是考虑经济性的一个方面。例如对普通连铸坯连浇时相邻炉次钢水〔C〕、〔Mn)范围的控制一般钢种的分析分辨率与精度以100件g/:级就可以了。但对超纯钢来讲则需协g/g级才能满足要求等等。其次经济性的问题是否可从多元性方面来解决，因一般综合性的分析可能比单一分析更快，更有效也更经济。冶金分析是冶金检测技术的一个方面，但如能将冶金检测的某些功能与冶金分析技术结合起来，将定受生产现场的欢迎。已有的测温定氧，测温结晶定碳这祥简单的把物理量的测定与化学成份的分析结合在一起的测试手段与仪器，已成为冶炼高中碳钢及优质钢的重要依靠方法，只是在精度等方面尚需进一步完善而已。如何向企业提供经济，优质的冶金分析技术与炼钢装备，已成为冶金分析界应综合考虑的问题。