以原生能源为主的新废钢炼钢法数字示波器

以原生能源为主的新废钢炼钢法

以原生能源为主的新废钢炼钢法 2011年12月03日 来源： 近十几年来，为了提高电炉的生产效率，作为对电力的补充，化石能源的使用持续增长。但在电炉炼钢法中原生能源的效率非常低，且仅限于废钢熔化阶段。最新的研究结果表明，以原生能源为主要燃料的新式废钢炼钢法有望取代电炉炼钢法，并可大大减少二氧化碳的排放量以及节省能源成本。上世纪末，由于平炉炼钢基本上被淘汰，电炉炼钢成为最主要的废钢炼钢法。2006年电炉钢已占世界钢产量的40%左右。在过去的数十年中，为了提高生产能力，除了电能以外越来越多的化石能源用于电炉炼钢。然而，在废钢未完全熔化的短期内电炉中原生能源的有效利用时间范围是有限的。在此期间内，不仅能量输入的密度提高，出钢-出钢时间缩短，而且能量通过对废钢表面的传热而得以有效利用。这一事实引出的问题是如何使用于废钢炼钢输入的能量（指用于生产链的总能量）利用优于电炉炼钢。1．电炉各种能源的最佳利用电炉废钢炼钢的3个阶段的能耗：加热、熔炼和过热。绝大部分能源（约70%）用于第一阶段，因为大量的废钢表面需要传热，这是利用原生能源的最重要的前提。在这一前提下，化石能源加入电炉，熔化效果比仅用电能要好。只是在最后的过热阶段，化石燃料的效率低或是无效的。炉料熔化后其比表面积很低，原生能源的利用效果很差。这正是平炉被淘汰的原因之一。比较起来，在此阶段利用电炉才真正有意义。在这些边界条件下，反应器必须设计成在前两个阶段利用原生能源，而在第三阶段利用电能。2．电能的产生目前，电炉所用电能主要来自原生能源。例如德国的电炉所用电能的来源是：核能占26%，褐煤占26%，煤占23%，再生能源占11%，天然气占10%，水占2%，燃油和其他占2%。从这一统计可以看出，几乎三分之二的电能来自化石能源。炼钢车间电能的产生和利用的转换如下：原生能源→加热→电能→冶炼加热。在炼钢车间之间无能量损失，原生能源转换为热。这是电炉的耗能情况，首先，能源在发电站转换为热能，后又转换成电能。为同其他形式的转换一样，这两个过程中的能量损失是由发电站的效率决定的。现代化的发电站的效率不会高于40%～42%，德国的平均效率是36%，在其他国家甚至更低一些。电能输入炼钢车间，又有损失，然后又转换为热能来炼钢。如果三分之二的原生能源在进入炼钢车间之前不经过转换的损失，就可能将其热能直接用于炼钢。3．原生能源熔炼炉的概念在逆流反应器中，在加热和熔化阶段有效地利用原生能源是可能的，在反应器的顶部如连续地加入废钢，通过化石燃料和氧的燃烧熔化为钢水并达到液相线以上的出钢温度。在单独的容器内仅靠电来熔化固态材料并达到足够的过热实际上是不可能的。总而言之，传统电炉的熔化和加热的时间是分开的，利用原生能源的熔炼过程，这些阶段也是分开的。逆流反应器是按照上述条件设计的熔炼炉，过热熔炼炉是类似于钢包炉的电弧炉。这一概念的特性是：（1）熔炼电耗90%；（3）熔炼炉的出钢口与过热炉的倾转轴成直线排列。这一设计概念多少类似于上世纪70年代和80年代曾做过的试验。以前单独加热及回火时，此钢的组织是0.18%碳含量热调质钢的典型组织，即带有位错亚组织的板条型马氏体晶体，晶界上有析出的渗碳颗粒及钒碳化物。虽然是高温回火，但其位错亚组织未显现多边化迹象，而是开始再结晶形成细晶铁素体。众所周知，马氏体错位亚组织多边化乃是保持高强度以及微观和宏观组织的前提。马氏体组织非常硬，这使板子很难平整；同时，马氏体一旦变形便产生组织缺陷，导致材料易于破损。在平整机上平整当中适当用水冷却时，形成的钢组织是不同形态相的混合组织。其主要成分是由贝氏体及针状铁素体构成的厚实片状晶体。这种组织位错充足，在γ→α转变中碳顺利扩散到边界，形成孪晶化马氏体，使整个晶体内遍布很细的马氏体。这说明碳发生二次扩散分配，使奥氏体中碳含量增高，因而在随后奥氏体富碳转变中不但形成高碳马氏体，而且还生成贝氏体及珠光体、针状铁素体。因此，板子在精轧结束后立即在平整中用水冷淬火产生的组织是从极硬孪晶马氏体到较软针状铁素体的多相聚集体。由于最初发生在马氏体晶体内的峰值应力得到松驰，重新分配到不太硬的铁素体及珠光体上，所以这种多相组织会具有更高的抗断裂强度。这样，钢的机械性能便有所提升。这启示我们：只有通过应力松驰及峰值应力重新分配才可保持高强度以及微观和宏观组织。至于高强度可焊钢宽厚板之所以能在平整和淬火合并进行的条件下达到要求的平直度，如前所述，是因为平整是淬火过程中，在钢组织发生相变中进行的。在淬火相变中，钢有了较好的加工塑性，因而无需用能力更高的平整机，即可达到每米不超过10mm的平直度。而传统热调质工艺靠应力进行峰值应力重新分配的条件很有限，因而钢的韧性很差，致使板子仍存在明显的不平直，甚至进行多次冷平整也无济于事。研发并实施高强度可焊钢宽厚板平整的新方法，即不再作单独的热调质，而是在板子精轧后进入平整机时立即适当进行水冷淬火，在γ→α相变中完成平整。而原先的高耗能热调质工艺，使能力不足的平整机难以达到要求的平直度，并会带来钢板内在质量问题。将淬火与平整配合起来平整，能取得优异成效，是因为钢经相变发生了加工塑性，从而可用只能平整800N/mm2强度以下的宽厚板的平整机圆满平整极限强度在1000N/mm2以上的高强度可焊钢宽厚板，使平直度在每米不超过10mm。新方法由于使钢组织形成从极硬孪晶化马氏体到较软针状铁素体的多相聚集体，所以还提升了板的机械性能等级。抗断裂强度提高的原因则是马氏体内峰值应力二次分配到较软的铁素体及珠光体相。(end)

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