時(shí)間：2023-12-20 10:45:19
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[關(guān)鍵詞] 石油冶煉；催化裂化；重要作用
催化裂化的工藝原理是：反應(yīng)物（蠟油、脫瀝青油、渣油）在500℃左右、0.2―0.4MPa及與催化劑接觸的作用下發(fā)生裂化、異構(gòu)化、環(huán)化、芳化、脫氫化等諸多化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物為汽油、輕柴油、重柴油，副產(chǎn)物為干氣、焦炭、油漿等。催化劑理論上在反應(yīng)過(guò)程中不損耗，而是引導(dǎo)裂化反應(yīng)生成更多所需的高辛烷值烴產(chǎn)品。催化裂化過(guò)陳友相當(dāng)?shù)撵`活性，允許制造車(chē)用和航空汽油以及粗柴油產(chǎn)量的變化來(lái)滿足燃油市場(chǎng)的主要部分被轉(zhuǎn)化成汽油和低沸點(diǎn)產(chǎn)品，通常這是一個(gè)單程操作。在裂化反應(yīng)中，所生產(chǎn)的焦炭被沉積在催化劑上，它明顯地減少了催化劑的活性，所以除去沉積物是非常必要的，通常是通過(guò)燃燒方式是催化劑再生來(lái)重新恢復(fù)其活性。
一、我國(guó)催化裂化所面臨的問(wèn)題
（1）我國(guó)FCC單套平均能力小；（2）裝置耗能高；（3）FCC催化劑發(fā)展水平不高；（4）我國(guó)FCC裝置開(kāi)工周期短，這也是我國(guó)個(gè)國(guó)外催化裂化技術(shù)的主要差距。催化裂化（FCC）是煉油企業(yè)獲取經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，盡管催化裂化技術(shù)以相對(duì)成熟，但仍是改制重瓦斯油和渣油的核心技術(shù)，尤其近幾年來(lái)在煉油效益低迷和環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的雙重壓力下，仍需不斷開(kāi)發(fā)與催化裂化相配套的新技術(shù)以迎接新的挑戰(zhàn)?；谖覈?guó)原油資源有資源特點(diǎn)和二次加工能力中FCC占絕大比重的現(xiàn)狀，應(yīng)提高FCC綜合技術(shù)水平，縮小同先進(jìn)水平的差距，與國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)。
二、我國(guó)催催化裂化技術(shù)的發(fā)展方向
（1）為了有力降低汽油的烴含量，在定量動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)上，深入研究不同操作條件的影響，促使向異構(gòu)化、芳構(gòu)化和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)有利于降低汽油的烯烴的方向進(jìn)行，開(kāi)發(fā)降烯烴催化劑和助劑，使催化裂化汽油的烯烴含量大幅度降低。（2）為了滿足我國(guó)的車(chē)用汽油的組成狀況，為了充分利用現(xiàn)有的催化能力，盡量減少投入，降低汽油，柴油質(zhì)量升級(jí)所付出的代價(jià)，開(kāi)發(fā)了應(yīng)技術(shù)，降低了催化裂化汽油的烴含量和硫含量。（3）充分利用原料，并向化工領(lǐng)域延伸，用常壓渣油等種植原料生產(chǎn)乙烯，丙烯等。
三、我國(guó)石油冶煉催化裂化技術(shù)的研究現(xiàn)狀
從目前世界范圍來(lái)看，石油的冶煉催化裂化技術(shù)都在不斷的提高和更新，我國(guó)的此項(xiàng)技術(shù)也在不斷的提高。石油的冶煉主要分離出輕質(zhì)的柴油和汽油，而柴油和汽油中硫含量和烯經(jīng)的含量一直是困擾冶煉油純度提高的關(guān)鍵所在。國(guó)外的煉油技術(shù)比較的先進(jìn)，原油的加工和冶煉的程序不一樣，其煉制過(guò)程中同樣體積的輕質(zhì)原油中烯經(jīng)的含量不超過(guò)15%，而我國(guó)由于冶煉技術(shù)的落后，烯經(jīng)的含量遠(yuǎn)比國(guó)外的高。以催化裂化技術(shù)生產(chǎn)的90號(hào)汽油的含量通常會(huì)超過(guò)40%。因此，提高此項(xiàng)技術(shù)是在必行。
四、石油催化裂化在我國(guó)石油冶煉企業(yè)中的應(yīng)用
隨著市場(chǎng)消費(fèi)的需求量逐年的增加，輕質(zhì)原油的需求越來(lái)越大。那么在我國(guó)的石油冶煉中如何有效的降低催化裂化過(guò)程中烯經(jīng)的含量，使輕質(zhì)原油中的丙烯增加，以提高我國(guó)冶煉石油產(chǎn)物汽油和柴油質(zhì)量和數(shù)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的催化裂化技術(shù)也在進(jìn)一步的提高，并且在原油的深細(xì)加工中發(fā)揮巨大的作用，提高了產(chǎn)量，也提高了我國(guó)石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得對(duì)汽油和柴油的需求量每年都以極快的速度增長(zhǎng)，并且油的價(jià)格也在逐年上漲，因此在石油的冶煉過(guò)稱(chēng)中應(yīng)該把柴油和汽油的產(chǎn)量提升，那么使用MGD技術(shù)就是提高產(chǎn)量的最為有效的途徑。我國(guó)的大慶油田曾經(jīng)想通過(guò)傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行深的鉆研來(lái)提高冶煉過(guò)程中柴油和汽油產(chǎn)量的提高，但效果都很不明顯，但是在采用了MGD技術(shù)后，使得汽油和柴油的產(chǎn)量提高了月5%，而油中含有的烯經(jīng)含量從原來(lái)制定的40%下降到了31%。于是很對(duì)企業(yè)效仿，中原石油公司寧夏分公司推廣了此項(xiàng)技術(shù)，給原來(lái)的50多套催化裂化設(shè)備裝上了MGD技術(shù)，已經(jīng)取得了非常良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
五、我國(guó)在重油催化裂化沉降器結(jié)焦的發(fā)展
在重油催化裂化中，由于渣油具有較大的結(jié)焦傾向，我國(guó)多數(shù)煉油廠的重油催化裂化裝置（RFCCU）都發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的結(jié)焦結(jié)交部分包括提升管、沉降器頂部、沉降器內(nèi)旋風(fēng)分離器、大油氣管線、分流塔底和油漿系統(tǒng)等，其中沉降器的結(jié)焦危害尤為嚴(yán)重。沉降器的嚴(yán)重結(jié)焦可導(dǎo)致催化裂化裝置分正常停工，直接影響到催化裂化裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行和廠子的經(jīng)濟(jì)效益。目前常用的防止結(jié)焦的措施主要有：①增加防焦蒸汽采用二級(jí)孔噴嘴，使噴嘴指向沉淀器油氣泄流空間，避免出現(xiàn)死角；②采用新型快速分離裝置，減少油氣在沉淀器內(nèi)停留時(shí)間，如采用粗旋、三葉形密閉直聯(lián)快速分離器等，使油氣停留時(shí)間由20～30s減少到4～9s；③采用提升管反應(yīng)終止劑技術(shù)，減少因果裂化反應(yīng)生成的不飽和二烯烴；④優(yōu)化沉降器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除汽油平動(dòng)死區(qū)；⑤平穩(wěn)操而增大，而后又逐漸減小。
六、多產(chǎn)烯烴的工藝技術(shù)主要特點(diǎn)
（1）設(shè)立第二提升管有二次裂化；（2）使用高ZMS-5含量的助劑；（3）采用密閉式旋風(fēng)分離器。（4）優(yōu)化工藝與催化劑的選擇性組分裂化；（5）乙烯和丁烯移位反應(yīng)生成丙烯；在中試結(jié)果表明丙烯的產(chǎn)率高。輕烴預(yù)提升技術(shù)UOP公司在干氣預(yù)提升技術(shù)是目前應(yīng)用效果較好的輕預(yù)提升技術(shù)。其特點(diǎn)是在提升管底部用稀釋劑對(duì)再生催化劑進(jìn)行預(yù)加速，使催化劑密度降低，這樣從精料噴嘴噴出的油滴就能穿透催化劑覆蓋整個(gè)提升管截面達(dá)到良好的劑油結(jié)合效果，使油滴得到良好的汽化。從而獲得良好的產(chǎn)品分布。催化劑循環(huán)增強(qiáng)技術(shù)CCET是Shell石油公司開(kāi)發(fā)的自己的技術(shù)。該技術(shù)的核心是顯著提高立管的穩(wěn)定性，在理灌入口附近優(yōu)化催化劑條件以增加蓄壓，使滑閥維持高壓差來(lái)提高催化劑循環(huán)量，而不必對(duì)催化劑輸送管線和滑閥進(jìn)行昂貴的改動(dòng)。采用CCET技術(shù)后，滑閥壓差增大，催化劑循環(huán)量提高了50％。
七、催化裂化的作用和意義
石油煉制工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、及交通運(yùn)輸和國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域。催化裂化FCC作為石油煉制企業(yè)的主要生產(chǎn)裝置，在石油加工中占有相當(dāng)重要的地位，是實(shí)現(xiàn)原油深度加工、提高輕質(zhì)油收率、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑催化裂化使原油二次加工中重要的加工過(guò)程，是液化石油氣、汽油、煤油和采油、柴油的主要生產(chǎn)手段，在煉油廠中站有舉足輕重的地位。
總之，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，催化裂化發(fā)展仍是應(yīng)結(jié)合我國(guó)煉油企業(yè)面臨的實(shí)際情況，努力提高催化裂化技術(shù)水平，盡快形成具有我國(guó)特色的催化裂化工藝水平。目前我國(guó)原油不足，劣質(zhì)油增加很快，再加上我國(guó)對(duì)油品的需求不斷增加，特別是輕質(zhì)油品的需求增長(zhǎng)之快，因此，從整體上考慮，我國(guó)催化裂化發(fā)展方向仍是繼續(xù)加快渣油FCC新技術(shù)開(kāi)發(fā)和建設(shè)，以提高煉油廠整體經(jīng)濟(jì)效益。
參 考 文 獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】純凈鋼；在線檢測(cè)；轉(zhuǎn)爐；精煉；連鑄
前言
所謂潔凈鋼一般是指鋼中雜質(zhì)元素磷、硫、氧、氮、氫（有時(shí)包括碳）和非金屬夾雜物含量很低的鋼。對(duì)于鋼性能要求不同，潔凈度所要求控制的因素也不相同。
潔凈鋼的生產(chǎn)工藝由鐵水預(yù)處理、煉鋼、鋼水爐外精煉、連鑄等多個(gè)工藝環(huán)節(jié)組成。在純凈鋼的冶煉過(guò)程中，為獲得成品鋼材的高延展性、高塑性應(yīng)變以及優(yōu)良的表面性能，要求鋼中碳、氮、氧含量盡可能低；為了生產(chǎn)高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良低溫性能、更高的抗氫斷裂的高質(zhì)量鋼材，要求鋼中低硫、低磷、盡可能低的氮、氧、氫和一定的Ca/S比等。
1、脫硫站鐵水硫、硅的在線檢測(cè)技術(shù)
鐵水脫硫是生產(chǎn)潔凈鋼的第一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，對(duì)后序工藝的生產(chǎn)及成本有重要的影響。國(guó)外鋼鐵廠生產(chǎn)潔凈鋼時(shí)，一般將鐵水中的[S]脫至0.008％－0.010％以下。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中相對(duì)較慢的取樣分析手段使得脫硫站的生產(chǎn)效率低，成為冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸，然而在線定硫技術(shù)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。
鐵水定硫技術(shù)的原理是根據(jù)鐵水熱力學(xué)，鐵水中硅、碳、硫、氧及溫度存在一定的函數(shù)關(guān)系：
lg[Si]=f（E，T）
lg[S]=f（E，Si，T）
式中E－鐵水中氧電勢(shì)，T－鐵水溫度
通過(guò)測(cè)量鐵水中的氧電勢(shì)E和鐵水溫度T，就能直接測(cè)量鐵水中的硫、硅，為煉鋼工作者提供測(cè)量依據(jù)。
使用鐵水在線定硫技術(shù)可以節(jié)省取樣分析時(shí)間4－10分鐘、提高脫硫站的生產(chǎn)效率，節(jié)約脫硫噴吹反應(yīng)物消耗，提供精確可靠硫、硅含量，為下道工序的配料提供依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)后道工藝控制。
2、轉(zhuǎn)爐副槍鋼水氧、碳、磷的在線檢測(cè)技術(shù)
純凈鋼在轉(zhuǎn)爐的冶煉中，轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)是不可缺少的高效自動(dòng)檢測(cè)手段。副槍系統(tǒng)的目的是為了配合轉(zhuǎn)爐的動(dòng)態(tài)控制模型達(dá)到終點(diǎn)命中，也就是溫度和碳的終點(diǎn)達(dá)到目標(biāo)值。使用副槍系統(tǒng)能獲得煉鋼所必須的成分和溫度的數(shù)據(jù)，達(dá)到自動(dòng)的終點(diǎn)控制、縮短吹煉時(shí)間提高生產(chǎn)效率、減輕轉(zhuǎn)爐操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少爐襯耐材的消耗、節(jié)約能源、良好的過(guò)程控制、節(jié)約脫氧劑等加入量、減少噴濺等多種經(jīng)濟(jì)效益。
副槍在測(cè)量過(guò)程中，使用2種探頭，一種為T(mén)SC型探頭，用于吹煉過(guò)程中的測(cè)量，測(cè)量轉(zhuǎn)爐過(guò)程的溫度、碳含量并取樣，根據(jù)TSC測(cè)量結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉動(dòng)態(tài)模型計(jì)算。另外一種為T(mén)SO型探頭，用于終點(diǎn)控制，測(cè)量鋼水的溫度，氧含量，碳含量，液面高度并取樣，判斷是否到達(dá)吹煉終點(diǎn)。
潔凈鋼的生產(chǎn)，對(duì)磷的控制也非常嚴(yán)格，一般要求磷含量控制在50ppm以下，由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量預(yù)測(cè)精度不能滿足生產(chǎn)要求，一般鋼廠只能依靠分析試樣獲取磷成分信息，存在磷含量信息獲取的滯后性，影響轉(zhuǎn)爐冶煉周期，或者需要增加石灰等脫磷物料的消耗以保證轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量滿足于鋼種要求。
目前最新的副槍定磷技術(shù)，是基于鋼水中磷含量與鋼水的溫度、鋼中氧含量、爐渣溫度、爐渣氧含量、渣量、鐵水成分存在特定的函數(shù)關(guān)系：
P％=f（Tsteel，Tslag，Osteel，Oslag，渣量，鐵水成分等）
當(dāng)副槍TSO探頭測(cè)量時(shí)，能測(cè)量得到鋼水的氧含量和溫度，當(dāng)副槍TSO探頭提升時(shí)，能測(cè)定渣中氧和溫度，并且由鋼廠控制系統(tǒng)可獲得鐵水的原始成分及渣量（渣層厚度），通過(guò)這些數(shù)據(jù)獲取就可計(jì)算出鋼水的磷含量。
3、精煉爐鋼水游離氧、酸溶鋁、渣氧的在線檢測(cè)技術(shù)
潔凈鋼的精煉過(guò)程，就是創(chuàng)造最佳的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，減少夾雜物的生成數(shù)量、促使其上浮，盡量減少鋼中雜質(zhì)元素的含量，嚴(yán)格控制鋼中的夾雜物，包括夾雜物的數(shù)量、尺寸、分布、形狀、類(lèi)型，以達(dá)到減少鋼中溶質(zhì)元素的含量的目的。所以，精煉過(guò)程中的元素含量的檢測(cè)和控制就顯得非常重要。
控制鋼水中的氧含量是非常重要的，特別是了解鋼水中的氧活度，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本有巨大的作用。
3.1定氧技術(shù)
以成功的定氧技術(shù)為爐外精煉在線檢測(cè)的發(fā)展提供了保證。定氧探頭以氧電池來(lái)測(cè)量鋼液中氧電勢(shì)，測(cè)溫探頭來(lái)測(cè)量鋼液的溫度，根據(jù)能斯特公式計(jì)算出鋼液中的氧活度。其原理如圖1。
精煉過(guò)程中無(wú)需取樣分析，而且直接測(cè)定的是取樣所不能分析的鋼中氧活度，能更好判斷鋼液的質(zhì)量。除了能直接測(cè)定鋼水的氧活度外，該探頭還擴(kuò)展了其的應(yīng)用。
3.1.1精煉爐內(nèi)定氧定鋁
其原理是鋼液通過(guò)鋁脫氧后，鋼液內(nèi)的氧活度與酸溶鋁是平衡的，測(cè)量鋼水溫度和氧電勢(shì)，能計(jì)算出鋼液中的酸溶鋁含量。根據(jù)計(jì)算公式，氧電勢(shì)必須具有極高的精度才能保證酸溶鋁的精度。幸運(yùn)的是，賀利氏電測(cè)騎士公司生產(chǎn)的氧電池定氧的范圍：1-1000×10-6，氧電勢(shì)能保證±2mv的精度，保證測(cè)定的酸溶鋁精度在3%以內(nèi)，基本與光譜分析相同，圖2表示探頭檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)室分析酸溶鋁精度的比較，從圖上可見(jiàn)，兩者達(dá)到非常好的相關(guān)性。
因此可以不用取樣分析，在6秒的時(shí)間內(nèi)直接讀出酸溶鋁含量，通過(guò)在線快速定鋁，快速調(diào)整鋁含量，達(dá)到目標(biāo)鋁含量，從而保證有足夠的時(shí)間進(jìn)行底吹氬攪拌的操作，夾雜物能充分上浮，提高鋼的純凈度。其應(yīng)用：
1）吹氬站的快速定氧定鋁：吹氬站在目前的煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中起到調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，調(diào)整和均勻溫度、成分，提高鋼水的純凈度等作用。吹氬站配置喂絲機(jī)，通過(guò)喂鋁絲進(jìn)一步脫氧及合金化，喂硅鈣絲改善夾雜物形態(tài)等。由于生產(chǎn)節(jié)奏快，取樣分析需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此國(guó)內(nèi)許多鋼廠的吹氬站用定氧來(lái)定鋁，不僅得到氧活度，而且知道酸溶鋁含量，從而能快速進(jìn)行補(bǔ)喂鋁絲，達(dá)到目標(biāo)成分。從而有更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行吹氬處理，提高鋼水的純凈度，許多研究結(jié)論表明：足夠的吹氬時(shí)間是必須的，能促使夾雜物上浮，鋼水中氧化物夾雜進(jìn)一步減少。
2）LF內(nèi)氧活度和酸溶鋁的控制：LF爐內(nèi)除了能測(cè)定鋼中的酸溶鋁的功能外，通過(guò)測(cè)定鋼中氧含量，從而調(diào)整工藝，提高脫硫能力。眾所周知，鋼中的氧含量的高低與脫硫反應(yīng)密切相關(guān)。
3）RH內(nèi)氧含量的控制：RH內(nèi)通過(guò)C-O反應(yīng)生成CO，由于真空反應(yīng)罐內(nèi)CO的分壓小，脫碳反應(yīng)徹底，能進(jìn)行深脫碳。當(dāng)然控制鋼水內(nèi)的氧活度非常關(guān)鍵，不僅能提高脫碳效率，同時(shí)能提高合金化的效率，從而提高鋼水質(zhì)量。目前定氧技術(shù)已在RH上成熟運(yùn)用。
3.2精煉爐內(nèi)（FeO）測(cè)量
煉鋼就是煉渣，了解爐渣的特性對(duì)提高精煉的效率是非常有效的。爐渣型定氧探頭能快速測(cè)量爐渣中的（FeO）或（FeO）+（MnO），直接判斷爐渣的氧化特性，可快速調(diào)整爐渣，提高精煉爐的效率。而如需取樣分析則需幾個(gè)小時(shí)，不能起到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。（FeO）探頭的測(cè)量范圍：0.5-30%，能滿足定量檢測(cè)爐渣的要求。爐渣定氧技術(shù)有極高精度，圖3表示渣氧探頭非常高的重現(xiàn)性。由于能定量分析爐渣的氧位，為調(diào)整爐渣，提高爐渣的脫硫能力，減少連鑄過(guò)程中的鋁的損耗有非凡的意義。LF處理過(guò)程中爐渣的調(diào)整的作用：
1）提高爐渣的脫硫能力：許多研究表明通過(guò)控制鋼水和爐渣的氧位，能顯著提高爐渣的脫硫能力：
爐渣中（FeO）含量對(duì)爐渣的脫硫能力和脫硫的效率有很大的影響。同時(shí)通過(guò)配置精煉渣，控制爐渣的厚度（即用量）也能減少澆注過(guò)程中鋁的損耗，也就是減少過(guò)程夾雜物的產(chǎn)生。渣層越厚，澆注過(guò)程鋁的損耗越大。
4、精煉爐、中間包鋼水氫、氮的在線檢測(cè)技術(shù)
4.1在線定氫技術(shù)
溶解于鋼中的氫的析出是造成縮孔、白點(diǎn)、發(fā)裂、不同類(lèi)型氣泡等缺陷的主要原因；溶解于鋼中而未析出的氫氣會(huì)降低鋼的強(qiáng)度極限、斷面收縮率、延伸率和沖擊韌性，其中后三者的降低更為嚴(yán)重。鋼中氫在大多數(shù)情況下對(duì)鋼的性能是有害的，一般來(lái)說(shuō)，潔凈鋼氫含量要求控制在
在線定氫的原理是通過(guò)循環(huán)泵向鋼液內(nèi)吹入載氣氮?dú)?，氣體通過(guò)鋼液時(shí)，鋼液中的氫向循環(huán)氣體內(nèi)擴(kuò)散，再通過(guò)多孔透氣塞把氣體吸收進(jìn)循環(huán)管內(nèi)，經(jīng)過(guò)不斷循環(huán)，直至氮?dú)夂蜌錃膺_(dá)到飽和平衡。通過(guò)分析混合氣體中的氫分壓，就可以計(jì)算鋼液中的氫含量。
一般來(lái)說(shuō)，分析氫含量必須先取樣，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，且分析時(shí)間長(zhǎng)，不能作為指導(dǎo)生產(chǎn)上使用的常規(guī)方法。在線定氫系統(tǒng)能在40－70秒內(nèi)測(cè)量出鋼液中的氫含量，可以為煉鋼工作者提供氫含量的可靠依據(jù)，從而指導(dǎo)常規(guī)生產(chǎn)。
4.2在線定氮技術(shù)
鋼水氮的在線檢測(cè)能直接測(cè)量液態(tài)鋼水的氮含量，其原理是通過(guò)使用氦氣及氮?dú)獾幕旌蠚怏w的載氣，在開(kāi)路系統(tǒng)中循環(huán)，根據(jù)熱傳導(dǎo)率的不同，測(cè)量混合氣體的熱傳導(dǎo)率，從而測(cè)定鋼水中氮含量。
5、連鑄清潔取樣技術(shù)
一般的成品樣都在連鑄中間包內(nèi)完成，保證成品樣不受污染，真正代表鋼水的潔凈度。目前最先進(jìn)的全氧取樣技術(shù)，在取樣過(guò)程中采用氬氣吹掃，真空技術(shù)及氬氣冷卻，保證所取試樣不受二次氧化，表明呈金屬銀亮色，用來(lái)分析鋼水的氮、氫、全氧等。
6、結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：高壓冶金技術(shù)；高氮鋼冶煉；應(yīng)用參數(shù)；數(shù)值模擬類(lèi)型；有色金屬冶金 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類(lèi)號(hào)：TF142 文章編號(hào)：1009-2374（2016）31-0045-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.31.023
我國(guó)工業(yè)近幾年的發(fā)展速度激增，其中應(yīng)用比較廣泛的就是高壓技術(shù)，但是其和冶金行業(yè)的項(xiàng)目融合還需要進(jìn)一步探索，由于高壓技術(shù)在冶金行業(yè)中應(yīng)用的條件、要求以及應(yīng)用策略都有別于其他技術(shù)，因此主要技術(shù)人員對(duì)其主要應(yīng)用環(huán)境和參數(shù)進(jìn)行集中分析。在冶金項(xiàng)目中，有色金屬冶金已經(jīng)研究過(guò)高壓技術(shù)，例如鋁土礦加壓漸浸項(xiàng)目、金礦加壓氧化預(yù)處理技術(shù)等都已經(jīng)開(kāi)展了比較深入的探討，都是借助一些外力進(jìn)行礦物元素的預(yù)處理，對(duì)于整體技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目的效率有很大的幫助，并且也有一部分技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模投入應(yīng)用。
1 高氮鋼冶煉項(xiàng)目的背景
在我國(guó)工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，鋼鐵項(xiàng)目一直是重工業(yè)中的佼佼者，也是我國(guó)重工業(yè)的代表，近幾年來(lái)高氮鋼受到了社會(huì)各界廣泛的關(guān)注。High Nitrogen Steels也稱(chēng)高氮鋼，在同類(lèi)鋼鐵中是一種性能優(yōu)越的特殊鋼材，由于其內(nèi)部含氮量較高而得名，不僅具有較高的穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的能力，也能有效地提升鋼強(qiáng)度，與此同時(shí)不會(huì)對(duì)鋼的塑性和韌性產(chǎn)生影響，并且高氮鋼的耐腐蝕性能也特別突出。在我國(guó)，主要是在汽車(chē)制造、國(guó)際航空、化工生物以及建筑項(xiàng)目等利用高氮鋼，其中主要是利用高壓底吹氮法。高壓底吹氮法既能保證整體工藝的原料比較清潔，還能保障其鋼液氮化的效率比較高，由于氮?dú)獠⒉皇窍∪辟Y源，因此試驗(yàn)技法的原材料十分豐富，將高壓冶金技術(shù)應(yīng)用在高氮鋼冶煉中，是時(shí)展的必然趨勢(shì)。
2 高壓冶金數(shù)理模擬類(lèi)型
在建立對(duì)應(yīng)模型之前，首先要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。在常規(guī)條件下，鐵液中氮含量并不是很高，通常在溫度為1873K、壓力為0.1MPa的基礎(chǔ)條件下，其含量只會(huì)控制在0.043%左右，在鐵液中，由于鐵物質(zhì)最外層電子和氮元素的最外層電子之間發(fā)生作用，就會(huì)導(dǎo)致其形成價(jià)電子，在對(duì)其進(jìn)行多次試驗(yàn)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)氮元素在鐵液中會(huì)發(fā)生溶解現(xiàn)象，試驗(yàn)人員會(huì)用氮原子來(lái)描述實(shí)際溶解行為，并且利用Sieverts定律來(lái)計(jì)算氮在奧氏體鐵中的溶解性。另外，在實(shí)際試驗(yàn)處理過(guò)程中，利用底吹氮?dú)獾姆绞?，能保證氮?dú)忤F液中產(chǎn)生較為劇烈的振動(dòng)和對(duì)流，并不能對(duì)鋼液增氮行為產(chǎn)生限制。增氮過(guò)程屬于一級(jí)反應(yīng)，并且能保證其化學(xué)反應(yīng)界面不會(huì)和氮相界面產(chǎn)生擴(kuò)散型的混合控制。
2.1 高壓底吹冶鐵數(shù)值模擬類(lèi)型分析
在實(shí)際試驗(yàn)處理過(guò)程中，主要利用的就是Fluent軟件，利用其特性在高壓反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行數(shù)值模擬的操作，從而對(duì)整個(gè)高壓底吹冶鐵技術(shù)進(jìn)行研究。首先要對(duì)坩堝底吹氮過(guò)程進(jìn)行情景模擬，通過(guò)參數(shù)對(duì)比才能繼續(xù)試驗(yàn)。其一，在試驗(yàn)項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)驅(qū)使鋼液循環(huán)流動(dòng)的主動(dòng)力是氣泡浮力；其二，在實(shí)際試驗(yàn)項(xiàng)目中，針對(duì)流體的性質(zhì)要進(jìn)行仔細(xì)確認(rèn)，其密度為常數(shù)，且是不可壓縮的粘性流體物質(zhì)；其三，對(duì)坩堝進(jìn)行比對(duì)，其液面是較為光滑的自由面；其四，對(duì)鋼液循環(huán)產(chǎn)生作用的氣泡不僅大小均勻，而且其具有同一直徑。另外就是要分析鋼液的壓力場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在常壓條件下，氣液兩相區(qū)的鋼液速度會(huì)在鋼液面附近發(fā)生轉(zhuǎn)向作用，從而形成可以進(jìn)行試驗(yàn)的循環(huán)流，也就是說(shuō)，在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，鋼液的循環(huán)中心位于鋼液的上部位。但是在實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的增氮反應(yīng)吸收到的氮元素卻并不能進(jìn)入鋼液的中下部，這就導(dǎo)致在整體鋼液中氮分布結(jié)構(gòu)并不均勻。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)證明，在高壓作用下，鋼液只有在坩堝的中部氣液兩相區(qū)才會(huì)發(fā)生實(shí)際轉(zhuǎn)向，從而形成循環(huán)流，此時(shí)在坩堝的中部位置會(huì)形成循環(huán)流中心，鋼液中吸收的氮也能有效的進(jìn)入到鋼液中下部。
在1.0MPa條件下速度矢量會(huì)按照相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，而在此條件下，鋼液是在坩堝的中部氣液兩相區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)向的，從而形成可供研究的循環(huán)流。也就是說(shuō)，在循環(huán)流中心處于坩堝結(jié)構(gòu)中部時(shí)，此時(shí)能更好地將氮元素直接吸收到鋼液的中下部。另外，在此高壓條件下，底吹孔附近的鋼液速度以及坩堝內(nèi)部氣液兩相區(qū)頂部的鋼液速度需要進(jìn)行有效的合并分析，兩者都發(fā)生了轉(zhuǎn)向，也就證明了高壓條件的循環(huán)流要比常規(guī)壓力下的循環(huán)流更加的強(qiáng)烈，并且也能有效地規(guī)避由于在循環(huán)過(guò)程中超出鋼液面時(shí)流失的能量。
2.2 高壓底吹冶鐵物理模擬類(lèi)型分析
物理模擬實(shí)驗(yàn)主要利用的是高溫高壓反應(yīng)釜，在將氮?dú)獯等胨M裝置后，保證裝置內(nèi)擁有較為充盈的高壓氣氛，再向反應(yīng)釜內(nèi)部直接吹入當(dāng)期，實(shí)驗(yàn)人員利用窺視孔進(jìn)行反應(yīng)變化的觀察，從而建立有效的數(shù)據(jù)參數(shù)，并對(duì)實(shí)際反應(yīng)視頻進(jìn)行有效的記錄。在常壓環(huán)境中，底吹進(jìn)行后會(huì)導(dǎo)致鋼液面發(fā)生非常劇烈的振動(dòng)，氣泡也幾乎充滿了液池的上部，并且隨著壓力的不斷增大，氣液兩相區(qū)溢出液面的成分會(huì)逐漸增大，但是在壓力為0.46MPa時(shí)，在液面發(fā)生涌動(dòng)的就只是上升氣柱了，整體鋼液的液面處于平靜狀態(tài)，此時(shí)這對(duì)水模擬以及數(shù)值模擬的參數(shù)進(jìn)行比較，兩者基本吻合，并且能進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模擬過(guò)程中得出的數(shù)據(jù)具有非常高的準(zhǔn)
確率。
3 高壓冶金技術(shù)在高氮鋼冶煉中的試驗(yàn)分析
3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備
利用高壓技術(shù)冶煉高氮鋼，主要采取的是高壓底吹氮法。在實(shí)驗(yàn)中，利用的設(shè)備和條件包括功能反應(yīng)釜、底吹流量以及坩堝，其中多功能反應(yīng)釜的溫度要控制在20℃～2000℃之間，而壓力要控制在7*10-2～6*106Pa之間；底吹流量數(shù)值要控制在0.07～0.8m3/h之間，而使用的異型坩堝的納水量要控制在20～2000克之間。整個(gè)實(shí)驗(yàn)要在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，利用溫度控制系統(tǒng)以及抽真空系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)氛圍的維護(hù)，并且利用底吹氣體控制系統(tǒng)調(diào)控整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
具體的操作步驟是，首先要將已經(jīng)調(diào)制好的原材料直接放入反應(yīng)釜，并且要嚴(yán)格管控密封條件，利用冷卻水進(jìn)行真空環(huán)境的營(yíng)造，保證真空低于40Pa，然后逐漸升溫，直到內(nèi)部環(huán)境已經(jīng)升值到1300℃之后，停止抽取真空，保證溫度恒定。然后再通過(guò)閥門(mén)向內(nèi)部直接充入氮?dú)猓诒ＷC溫度和壓力達(dá)到熔煉條件之后，有效地進(jìn)行底吹操作，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于整體環(huán)境和參數(shù)要進(jìn)行謹(jǐn)慎的數(shù)據(jù)關(guān)注，保證全部過(guò)程按照設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行，待底吹精煉結(jié)束，撤出溫度加熱，在溫度逐漸降低的過(guò)程中有效地補(bǔ)充氮?dú)猓钡戒撘涸诤銐簵l件下逐漸凝固。實(shí)驗(yàn)人員可以通過(guò)窺視鏡觀察到整個(gè)過(guò)程，具體參數(shù)如下：溫度T升高，坩堝內(nèi)原料熔化，在溫度T=1500℃時(shí)，出現(xiàn)黃色鋼液；當(dāng)溫度T=1550℃時(shí)，原料全部熔化。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，較傳統(tǒng)常溫冶煉過(guò)程，高壓冶煉的高氮鋼含氮量明顯增高，且表面比較平整，實(shí)驗(yàn)人員還要取一定的樣本進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。
3.2 含量分析
在對(duì)數(shù)量進(jìn)行分析的過(guò)程中，含氮量和壓力分析結(jié)果呈現(xiàn)的線性關(guān)系，含氮量的計(jì)算值和試驗(yàn)值比較一致，當(dāng)溫度控制在1873K時(shí)，若是試驗(yàn)人員冶煉半小時(shí)，則壓力值為1.32～1.48MPa，此時(shí)得到的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.9%～1.0%的Cr18Mn18N高氮鋼，而當(dāng)實(shí)際壓力控制在0.5～2.0MPa之間時(shí)，氮含量會(huì)隨著壓力值的增大而逐漸增大。
另外一種情況就是針對(duì)Cr12N，壓力值從1.1～1.2MPa時(shí)，其制備的含氮量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)有顯著的提升，直接增加到了0.036%?？傊S著精煉壓力值的不斷增加，氮含量也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。
3.3 偏析分析
在對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析的過(guò)程中，凝固時(shí)的具體壓力數(shù)值會(huì)對(duì)氮?dú)馀葺敵鲋诞a(chǎn)生影響，也就是說(shuō)，不同的凝固壓力會(huì)對(duì)氮含量產(chǎn)生影響，在1.0MPa的情況下，整個(gè)區(qū)域內(nèi)氮的橫縱結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的偏析，其中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)控制在0.205%～0.394%之間，并且在鑄錠結(jié)構(gòu)中，下部的氮含量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)對(duì)于結(jié)構(gòu)上部，且在凝固過(guò)程結(jié)束后，鑄錠的頂端氮含量數(shù)值歸于最小。另外，在熔煉壓力控制在1.2MPa條件下凝固的鑄錠，從橫向分析，越是靠近鑄錠邊緣部位，含氮量越高；從縱向分析，越是靠近鑄錠頂部，含氮量越高。而處于相同條件下，在凝固壓力直接升高至1.6MPa時(shí)，氮元素的偏析程度明顯小于低壓條件，各個(gè)部位的氮含量也會(huì)維持在0.34%～0.36%之間，也就是說(shuō)，高壓是減少氮元素宏觀偏析的有效
措施。
4 結(jié)語(yǔ)
總而言之，應(yīng)用高壓冶金技術(shù)在高氮鋼冶煉中具有較為廣泛的前景，需要研究人員進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)
探究。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】K-OBM轉(zhuǎn)爐；冶煉；不銹鋼；工藝；技術(shù)
1、冶煉過(guò)程加料制度
不銹鋼冶煉過(guò)程需要加入的合金主要有高碳鉻鐵、鎳及高碳錳鐵。大批量[%C]不同的合金及造渣料的加入，加入批次和加入時(shí)間的不同，對(duì)熔池溫度、熔池[%C]，以及脫碳速度的影響絕對(duì)是有很大不同的。故冶煉加料的幾個(gè)主要原則是：
1）脫碳初期少加料，促進(jìn)熔池快速升溫；
2）熔池溫度升高到1630℃以上后，開(kāi)始分批次加入合金及造渣料，每批量不能過(guò)大，比較理想的是保持熔池溫度從1600℃平穩(wěn)上升到1670℃；
3）合金加入的順序是，先加高碳合金，后加低碳合金（如NiFe），錳鐵的加入靠后為好，最后加純Ni合金；
4）造渣料的加入以后期逐步加入為好，脫碳期保持較小的渣量對(duì)脫碳反應(yīng)的進(jìn)行更為有利；
5）脫碳過(guò)程熔渣堿度控制在較低的水平更有利于脫碳。
2、轉(zhuǎn)爐冶煉供氣制度
（1）氧氣的供氣制度
K－OBM轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的操作中，氧氣的供應(yīng)分為頂吹和底吹兩種方式。供氧制度是使氧氣流股合理地供給熔池，創(chuàng)造良好的物理、化學(xué)反應(yīng)條件，通過(guò)改變供氧制度，可以控制熔池元素的氧化速度，控制爐渣的氧化性，所以對(duì)造渣、吹煉時(shí)間、噴濺量、槍齡等均有直接影響。
1）頂槍供氧
在冶煉操作中，在氧化期前期與底部一同供氧，進(jìn)入終脫碳期和還原期停止供氧。一般轉(zhuǎn)爐所需氧氣的70％以上要通過(guò)頂槍供給轉(zhuǎn)爐。
2）底部供氧
在冶煉不銹鋼的操作中，約有25％以上的氧氣通過(guò)底吹供給轉(zhuǎn)爐，供氧流量為12～90m3/min，在轉(zhuǎn)爐的冶煉前期即升溫和脫碳氧化期與頂槍一同供氧，并在氧氣中混入一部份氮?dú)猓M(jìn)入還原期后停止供氧。
（2）氮?dú)狻鍤獾墓庵贫?/p>
在頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的操作中，氬氣是底部供氣的理想氣體，但是由于氬氣比較昂貴，氣源緊張，因而在吹煉前期及轉(zhuǎn)爐等待兌鐵期間，多用氮?dú)鈦?lái)替代。由于氮?dú)獠粎⑴c氧化、氣源充足、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，成為在底部供氣的主要?dú)怏w，但對(duì)一些含氮量有一定要求的鋼種，在吹煉后期及還原期主要供氬氣，通過(guò)后期的攪拌及爐后的真空工藝脫除部分氮?dú)?，從而保證鋼中氮含量符合要求，其供氣工藝要求詳見(jiàn)表1。
3、轉(zhuǎn)爐冶煉造渣制度
在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，熔池中[C]含量由4.0%逐漸降到0.3%，而[Cr]含量由0逐漸升高到17.0%，而Cr在壓力為1atm條件下，在1560℃以下Cr與O的親和力更強(qiáng)，故在向熔池中吹氧脫碳的同時(shí)不可避免地伴隨著Cr、Fe的大量氧化，爐渣分析證明在氧化渣中Cr2O3的含量可達(dá)15-20%。根據(jù)轉(zhuǎn)爐不銹鋼冶煉的特點(diǎn)和脫碳反應(yīng)的機(jī)理，脫碳期保持較小的渣量對(duì)脫碳反應(yīng)的進(jìn)行更為有利。表2為不同造渣工藝主要指標(biāo)比較。
圖1、圖2為轉(zhuǎn)爐2級(jí)系統(tǒng)采集冶煉中不同造渣工藝冶煉過(guò)程溫度及渣中Cr2O3含量比較。
根據(jù)圖、表及實(shí)際指標(biāo)對(duì)比中可以看出，造渣工藝二在保證冶煉過(guò)程溫度的平穩(wěn)上升，降低Cr的氧化方面較工藝一更為合理。
4、結(jié)論
K－OBM轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼關(guān)鍵是對(duì)加料制度、供氣制度、造渣制度的調(diào)控，應(yīng)盡可能使冶煉過(guò)程熔池溫度變化能夠更有利于脫碳反應(yīng)進(jìn)行，抑制Cr、Fe的氧化，減少還原硅鐵消耗，降低生產(chǎn)成本，提高冶煉質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]郝培榮,趙紅梅,馬青.頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼[D].太原:冶金工業(yè)學(xué)校,2000.
關(guān)鍵詞：鋼鐵冶煉；節(jié)能技術(shù)；節(jié)能減排
能源是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使得整個(gè)社會(huì)對(duì)能源的需求越來(lái)越多，很多能源都屬于是非可再生型的類(lèi)別，所以當(dāng)前我國(guó)也面臨著比較嚴(yán)重的能源危機(jī)問(wèn)題。而鋼鐵產(chǎn)業(yè)又是社會(huì)發(fā)展中非常重要的一個(gè)行業(yè)，所以在這一過(guò)程中，發(fā)展鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)就有著十分重大的社會(huì)意義。
1 我國(guó)鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀
1.1 鋼鐵冶煉系統(tǒng)建設(shè)取得了十分驕人的成績(jī)
最近幾年，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中對(duì)鋼鐵行業(yè)有著非常高的實(shí)際需求，但是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對(duì)能源的消耗也日漸增多，在這樣的情況下也提出了更加嚴(yán)格的節(jié)能減排的要求，鋼鐵行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中也在積極的貫徹和落實(shí)這項(xiàng)政策，同時(shí)節(jié)能減排的意識(shí)也在逐漸的深入到企業(yè)管理者的思想意識(shí)當(dāng)中。在國(guó)家的統(tǒng)一規(guī)劃和部署當(dāng)中，一定要更加深入的去執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，利用所有的有利條件，對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和能源政策進(jìn)行有效的改革。其次就是鋼鐵產(chǎn)業(yè)在發(fā)展當(dāng)中一定要學(xué)習(xí)和引進(jìn)其他國(guó)家比較先進(jìn)和完備的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和管理經(jīng)驗(yàn)，重視產(chǎn)品消耗的改善，在這一過(guò)程中還要重視的一點(diǎn)就是能源的二次利用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示采用最為先進(jìn)的技術(shù)能夠產(chǎn)生非常好的節(jié)能減排的效果。而這些技術(shù)的應(yīng)用也使得鋼鐵行業(yè)對(duì)環(huán)境所造成的不利影響也正在減弱，在這一過(guò)程中我們也要知道，鋼鐵行業(yè)自身的發(fā)展也存在著非常強(qiáng)的不平衡性，所以從整體的角度上來(lái)說(shuō)，環(huán)境保護(hù)工作還是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的問(wèn)題。
1.2 和國(guó)外相比還存在著比較大的差距
我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的形勢(shì)存在著非常強(qiáng)的不均衡的特征，一些企業(yè)在節(jié)能環(huán)保上已經(jīng)有了非常先進(jìn)的技術(shù)，但是有一些企業(yè)和國(guó)際先進(jìn)水平相比還有著非常大的差距，而這種差距主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先就是水的利用，水資源的利用效率和新水的消耗總量存在著非常大的差距。其次是體現(xiàn)在治理程度上，很多國(guó)外的企業(yè)在鋼鐵生產(chǎn)中治理污染的領(lǐng)域更加的廣闊，同時(shí)治理更加的徹底，這是我國(guó)一些鋼鐵企業(yè)無(wú)法達(dá)到的。再次就是裝備的水平上，當(dāng)前我國(guó)很多的企業(yè)在實(shí)際的工作中生產(chǎn)設(shè)備的性能上和國(guó)外的先進(jìn)企業(yè)相比有著非常大的差距。最后一點(diǎn)是在理念上還是存在著比較大的差異，在我國(guó)，很多鋼鐵企業(yè)在管理模式上和國(guó)外的企業(yè)相比明顯是比較落后的，在這樣的情況下，我國(guó)鋼鐵企業(yè)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效率也不是非常的高，所以在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的污染，同時(shí)這種情況也不是非常容易處理，這樣一來(lái)也使得能源的消耗明顯增加。
1.3 技術(shù)節(jié)能成為了主要的節(jié)能方式
在生產(chǎn)的過(guò)程中，節(jié)能的方式有很多種，在這些節(jié)能方式中，技術(shù)節(jié)能是非常關(guān)鍵的一個(gè)方式，這種節(jié)能方式對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的節(jié)能業(yè)有著非常顯著的作用，技術(shù)節(jié)能的高度發(fā)展可以十分有效的降低鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)企業(yè)整體結(jié)構(gòu)和經(jīng)營(yíng)策略的調(diào)整也有著十分重要的作用，當(dāng)前，我國(guó)對(duì)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排工作明顯提出了更加嚴(yán)格的要求，想要達(dá)到這一目的，在實(shí)際的工作中，一定要不遺余力的去普及節(jié)能技術(shù)，所以從這個(gè)層面上來(lái)說(shuō)，鋼鐵企業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中必須要不斷的對(duì)鋼鐵冶煉行業(yè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都予以高度的重視，對(duì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，使用新型的節(jié)能技術(shù)，從而也很好的減少了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染和能源消耗，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)還要使用新的設(shè)備，工欲善其事，必先利其器，所以良好的設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所必不可少的。
2 鋼鐵冶煉系統(tǒng)常用的節(jié)能技術(shù)
2.1 轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼
實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼主要在能量的消耗和回收這兩個(gè)方面做文章。使用轉(zhuǎn)爐就是降低能耗的手段之一，一是可以降低電力資源的損耗，二是可以降低氧氣的損耗率。在降低能耗的同時(shí)要強(qiáng)化煤氣和蒸汽的回收，目前我國(guó)在這一方面還有很大的提升空間。另外要注重優(yōu)化工藝，具體的說(shuō)一是要提高供氧強(qiáng)度。供氧強(qiáng)度一般為爐容比、造渣工藝所影響。二是提高成渣速度，這和供氧強(qiáng)度關(guān)系密切。三是復(fù)吹工藝優(yōu)化。復(fù)吹可以延長(zhǎng)回收的時(shí)間，這是提高回收量的直接手段。四是采用計(jì)算機(jī)控制。采用計(jì)算機(jī)控制更加精準(zhǔn)，有利于實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼。
2.2 蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)
蓄熱式加熱爐應(yīng)用比較廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)也比較顯著。一是通過(guò)回收余熱可以降低燃耗。二是采用蓄熱式加熱爐對(duì)環(huán)境污染較小，特別是大大降低了氮氧化物的排放量。三是蓄熱式加熱爐與傳統(tǒng)加熱爐相比，在爐內(nèi)不同部位的溫度一般不會(huì)出現(xiàn)相差很大的現(xiàn)象。四是蓄熱式軋鋼加熱爐的科技化含量高，維修率低，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。五是通過(guò)使用蓄熱式加熱爐可以大大提高燃燒溫度。六是應(yīng)用時(shí)燃燒噪聲較低，改善了工作環(huán)境。正是由于蓄熱式加熱爐的這些優(yōu)點(diǎn)，使得它迅速在我國(guó)鋼鐵企業(yè)中推廣使用。
2.3 干熄焦技術(shù)
干熄焦與濕熄焦的直接區(qū)別就在于是利用水還是利用稀有氣體來(lái)進(jìn)行熄焦操作。由于干熄焦使用稀有氣體，僅從對(duì)水資源的消耗上來(lái)看，干熄焦就有著先天的優(yōu)勢(shì)。一是可以節(jié)省用水量，這是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。二是由于水參與冶煉過(guò)程，必然會(huì)增加污染物的排放，例如氰化合物、硫化物等等，這些物質(zhì)既危害環(huán)境又腐蝕設(shè)備。三是由于稀有氣體的穩(wěn)定性，采用干熄焦的焦炭質(zhì)量比濕熄焦要高很多。
2.4 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置
高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置是一種回收裝置，主要用于將高爐爐頂煤氣的壓力能轉(zhuǎn)化為電能，這種發(fā)電方式不但降低了環(huán)境污染，而且還有利于穩(wěn)定爐頂壓力，可謂一舉多得。在實(shí)際應(yīng)用中，配合高爐煤氣干法除塵裝備可以取得更加顯著的效果，提高發(fā)電的效率。
結(jié)束語(yǔ)
鋼鐵冶煉能耗大已是共識(shí)，面對(duì)十二五規(guī)劃中對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的硬性指標(biāo)，如何有效地進(jìn)行技術(shù)更新，達(dá)到節(jié)約能耗的目的是所有鋼鐵企業(yè)都必須要研究的問(wèn)題，而事實(shí)上我國(guó)鋼鐵企業(yè)通過(guò)技術(shù)革新已經(jīng)在很多方面取得了進(jìn)步，但是發(fā)展還不均衡，很多新技術(shù)還未推廣應(yīng)用，仍有較大差距。
參考文獻(xiàn)
[1]堯云剛.冶金工業(yè)用電降耗途徑分析[J].科技傳播，2010（17）.
關(guān)鍵詞：BOF；特殊鋼；工藝要求
中圖分類(lèi)號(hào)：U260.6+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 工作的關(guān)鍵條件
轉(zhuǎn)爐鋼的主要品種為：石油管線鋼、汽車(chē)用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、冷軋深沖板鋼、壓力容器鋼、耐候鋼、鏈條鋼和熱鍍鋅板鋼等系列產(chǎn)品。電爐鋼的主要品種為：齒輪鋼、車(chē)輛軸坯鋼和軍工用鋼等500多個(gè)鋼號(hào)。某廠普鋼生產(chǎn)線經(jīng)過(guò)全面的技術(shù)改造，新建了鐵水預(yù)處理、爐外精煉LFRH等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全連鑄，轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝和終點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制技術(shù)。然后在這個(gè)背景上研究了純凈鋼的制作內(nèi)容，進(jìn)而有效地提升了品質(zhì)。特鋼生產(chǎn)線的800mm650mm大型軋機(jī)，比較的適合用到尺寸非常大的產(chǎn)品中。不過(guò)由于廢鋼不是很多，而且電力費(fèi)用非常高，使得這項(xiàng)工藝的成本相對(duì)來(lái)講不是非常好，最終影響了單位的發(fā)展、所以，當(dāng)開(kāi)展全連鑄活動(dòng)之后，利用連鑄機(jī)檢修時(shí)的過(guò)剩鐵水，研究開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)爐冶煉特殊鋼的生產(chǎn)技術(shù)，組織特殊鋼生產(chǎn)，能夠切實(shí)體現(xiàn)出普特融匯的特色，進(jìn)而可以降低費(fèi)用，提升品質(zhì)。
2 實(shí)驗(yàn)獲取的成就
某廠從開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特殊鋼的試驗(yàn)研究，采用轉(zhuǎn)爐冶煉、模鑄工藝，經(jīng)過(guò)800mm/650mm軋機(jī)軋制成20mm-280mm不同規(guī)格的棒（方）型材。經(jīng)過(guò)兩年多的試驗(yàn)生產(chǎn)，到目前為止共計(jì)煉鋼25萬(wàn)t，此時(shí)出現(xiàn)了幾種形式，分別是軍工鋼系列以炮彈鋼為主，專(zhuān)用鋼系列以火車(chē)軸坯鋼LZ50，石油鉆鋌4145H為主，合金鋼系列以20CrMnTiH齒輪鋼、42CrMo汽車(chē)前橋鋼為主，優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼系列以45汽車(chē)曲軸鋼為主。通過(guò)分析很多次的實(shí)踐活動(dòng)，使用者告知它們的性能非常良好，都可以合乎使用規(guī)定。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)得到的產(chǎn)品其性能必然會(huì)比之前的用電力進(jìn)行的要好。炮彈鋼系列9260鋼種經(jīng)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、兵器工業(yè)總公司鑒定驗(yàn)收。對(duì)于齒輪需求度材料的制作層次上，目前已然變成了國(guó)家中同類(lèi)產(chǎn)品的關(guān)鍵制作區(qū)域。而且該項(xiàng)工藝的費(fèi)用也在不斷的減少。
3 工藝技術(shù)簡(jiǎn)介
3.1 具體步驟
比對(duì)常見(jiàn)的鋼，這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)于力學(xué)特色有非常嚴(yán)苛的規(guī)定，所以，要對(duì)鋼水開(kāi)展有效地管理，以此來(lái)提升其淬透性特征。確保其趕緊，要有效地控制其中的氣體的成分，以此來(lái)確保產(chǎn)品的強(qiáng)度等符合規(guī)定。結(jié)合實(shí)際狀況，為了符合產(chǎn)品的品質(zhì)規(guī)定，通常是按照如下的步驟來(lái)開(kāi)展活動(dòng)：高爐鐵水一鐵水脫硫預(yù)處理一復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉（LF/RH）一模鑄一800mm/650mm軋機(jī)軋制成材。
3.2 事先對(duì)鐵水處理
要在開(kāi)始的時(shí)候?qū)C合的進(jìn)行脫硫活動(dòng)，要確保處理過(guò)后的情況符合規(guī)定。一般情況下，對(duì)于RH真空處理的鋼種，鐵水預(yù)處理后？棕（[S]）≤0.005%；經(jīng)LF處理的鋼種，鐵水預(yù)處理后？棕（[S]）≤0.01%即可滿足工藝要求。
3.3 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼
首先，造渣模式。正常采用單渣法不留渣操作。其次，供氧制度：氧槍工作壓力設(shè)定在0.8～0.9MPa，供氧流量設(shè)定為33000～35000m3/h。第三，氣溫模式。在終點(diǎn)進(jìn)行溫控的時(shí)候通常是結(jié)合實(shí)際狀態(tài)選取適當(dāng)?shù)睦淠牧?，?dāng)溫度下降超過(guò)十?dāng)z氏度的時(shí)候，常用鐵礦石等，而沒(méi)有超過(guò)這個(gè)范圍的時(shí)候使用粒鋼等。
3.4 脫氧合金化制度
①采用硅鋁鋇鍶鈣復(fù)合脫氧劑脫氧，如果包中單一合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%時(shí)，還要對(duì)合金增溫。②要明確合金的添加次序，通常是按照如下的步驟來(lái)進(jìn)行的，硅鋁鋇鍶鈣一硅錳一硅鐵一高錳一中錳一鉬鐵一鉻鐵一鈦鐵。③合金加入時(shí)間為合金總量少于2t時(shí)，從出鋼14開(kāi)始至12加完；如果其總數(shù)超過(guò)兩噸的話，從出鋼15開(kāi)始至45加完。④該項(xiàng)制度內(nèi)容并沒(méi)有明確的定義，通常是結(jié)合合金總數(shù)來(lái)明確的，如果總數(shù)大于三噸的話，一些時(shí)候合金必須在設(shè)備中開(kāi)展，而且出鋼的時(shí)候要認(rèn)真地調(diào)節(jié)。⑤終點(diǎn)控制：結(jié)合其中碳的含量的多是，合理的選取工藝。
3.5 爐外精煉
3.5.1 LF-IR處理工藝，可生產(chǎn)？棕（[S]）≤10×10-6的超低硫鋼。成分控制精度可保證？棕（[C]）偏差±0.01%，要確保溫差控制在五攝氏度之內(nèi)，其具體的活動(dòng)步驟是下面的這些。
溫度制度：通?；顒?dòng)前溫度應(yīng)該等于之后的加上一定的數(shù)值，而這項(xiàng)數(shù)值并非是固定不變的，其有一定的范圍，通常是最低不低于零度，最高不超過(guò)二十五攝氏度。這要結(jié)合處理目標(biāo)來(lái)分析。而后續(xù)的氣溫要等同于開(kāi)澆時(shí)的氣溫加上十五攝氏度左右。
合金化制度：合金化要在爐渣基本轉(zhuǎn)白后進(jìn)行。在開(kāi)展活動(dòng)的時(shí)候，要確保工藝合理，最好是能夠只進(jìn)行一次即可。
喂線制度：絲線種類(lèi)有鋁絲、硅鈣絲和碳絲。在開(kāi)展工作的時(shí)候，要結(jié)合透氣磚的具體狀態(tài)來(lái)選擇攪拌方式。當(dāng)活動(dòng)完成之后，還要攪拌，通常是不低于三分鐘，但是不超過(guò)五分鐘。
3.5.2 RH-TB真空脫氣工藝，它比較的適合用到加工品質(zhì)要求非常潔凈的材料，鋼水純凈度可達(dá)到鋼中氣體？棕（[H]）≤1.5×10-6，？棕（[O]））≤25×10-6，？棕（[N]）≤50×10-6。其活動(dòng)步驟要切實(shí)的按照如下的內(nèi)容來(lái)開(kāi)展。
溫度制度：活動(dòng)前溫度要等于之后的加上一定的數(shù)值，該數(shù)值在二十到四十?dāng)z氏度之間。而之后的氣溫等于開(kāi)澆的氣溫加上十五設(shè)施度左右。
升溫制度：通常其規(guī)定不能超過(guò)三十?dāng)z氏度。
處理周期：普特結(jié)合鋼種RH處理周期越短越好，通常確保不低于三十分鐘，不超過(guò)五十分鐘。
合金化制度：通常活動(dòng)完成之前五分鐘內(nèi)，要將工作完成，而且要確保吹氬的時(shí)間超過(guò)五分鐘。要確?；顒?dòng)一次就有效果。
3.6 模鑄
3.6.1 認(rèn)真地選取錠型
結(jié)合技術(shù)特色和規(guī)定信息等，設(shè)計(jì)確定了3.16t方形錠和4.8t矩形錠兩種錠形，其中除炮彈鋼、鐵路軸坯鋼和石油鉆鋌鋼等有壓縮比要求和大規(guī)格的鋼種采用4.8t錠型外，別的都是按照另一種來(lái)進(jìn)行。
3.6.2 溫度制度
在確保澆筑溫度的時(shí)候要按照如下的要素來(lái)開(kāi)展：澆注溫度=液相線溫度1536-∑（i*？棕B）+過(guò)熱度（40～60℃）其中，∑（i*？棕B）為各元素對(duì)液相線溫度的影響之和。
分析普特融匯的特征，一般鋼種過(guò)熱度選擇為五十?dāng)z氏度，對(duì)于Si、Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，而且具有非常顯著地流動(dòng)性特征等材料最好是在四十?dāng)z氏度左右，要確保澆注入的溫差掌握在五攝氏度之內(nèi)。
結(jié)語(yǔ)
（1）采用鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐復(fù)吹一鋼水精煉一模鑄一連軋工藝流程生產(chǎn)特殊鋼，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展非常優(yōu)秀，而且值得大范圍的使用。
（2） 該項(xiàng)工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特征表現(xiàn)的非常顯著，比如其不會(huì)存在非常多的氣體，而且材料的品質(zhì)非常好，不會(huì)存在雜質(zhì)等，最關(guān)鍵的是布局合理。（3）結(jié)合上述的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，目前已經(jīng)明確把模鑄升級(jí)，切實(shí)的提升品質(zhì)，而且精簡(jiǎn)費(fèi)用。（4）該項(xiàng)工藝的品質(zhì)非常好，而且數(shù)量多，費(fèi)用不高，有著非常好的市場(chǎng)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：加壓濕法冶金技術(shù)；鋅冶煉；金屬冶煉；氧壓直接酸浸；加壓浸出技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類(lèi)號(hào)：TF802 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0231-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.10.116
鋅作為僅次于鐵、鋁和銅的金屬元素，在現(xiàn)代工業(yè)中有著非常重要的作用，我國(guó)的鋅資源儲(chǔ)量豐富，位于世界第一。同時(shí)作為世界最大的鋅生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)的鋅產(chǎn)量連續(xù)多年位居世界第一。近年來(lái)，我國(guó)的鋅冶金技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)逐漸達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，將加壓濕法冶金技術(shù)應(yīng)用于鋅冶煉中，能夠取得良好的效果。
1 加壓濕法冶金的發(fā)展簡(jiǎn)述
所謂加壓濕法冶金，主要是在加壓的條件下開(kāi)展?jié)穹ㄒ苯鸬倪^(guò)程。通過(guò)加壓，溶液的溫度沸點(diǎn)更高，可以對(duì)冶金過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化，改變反應(yīng)熱力學(xué)的條件，使得部分化學(xué)反應(yīng)能夠更好地進(jìn)行，也可以提升冶金的效率。加壓濕法冶金產(chǎn)生于1887年，由拜耳提出，當(dāng)時(shí)主要是通過(guò)在加壓釜內(nèi)通過(guò)加壓的方式，利用氫氧化鈉浸出鋁土礦，得到鋁酸鈉溶液，然后分離得到氧化鋁。到20世紀(jì)40年代，加壓濕法冶金技術(shù)在有色金屬冶煉方面取得了巨大的進(jìn)步，相關(guān)研究表明，在氧化環(huán)境下，含有銅和鎳的硫化礦不需要經(jīng)由預(yù)先的氧化焙燒就能夠直接浸出，結(jié)合加壓酸浸和加壓氨浸的方式，可以保證良好的生產(chǎn)效果。
20世紀(jì)70年代，加壓酸浸技術(shù)在鋅精礦的處理方面取得了突破性進(jìn)展，結(jié)合加壓酸浸-電積工藝可以將精礦中存在的硫轉(zhuǎn)化為元素硫，實(shí)現(xiàn)了硫酸生產(chǎn)與鋅生產(chǎn)的相互分離。到80年代，以加壓預(yù)氧化處理來(lái)代替焙燒處理，為氰化浸出提供了便利，也使得加壓浸出技術(shù)得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。
從國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況分析，我國(guó)在加壓濕法冶金技術(shù)的研究方面同樣做出了卓越的貢獻(xiàn)，自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)一直都在進(jìn)行鋅精礦加壓浸出的相關(guān)研究，不過(guò)研究?jī)H停留在普通研究所的層面，因此相關(guān)成果并沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。雖然有關(guān)企業(yè)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究院所進(jìn)行了協(xié)商，希望可以引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，但是考慮到費(fèi)用過(guò)高，并沒(méi)有能夠達(dá)成協(xié)議。在此之后，云南冶金集團(tuán)通過(guò)不斷的研究，于20世紀(jì)末在鋅精礦氧壓浸出技術(shù)的研究方面取得了進(jìn)展，并且在2004年建成了一座萬(wàn)噸級(jí)一段法加壓酸浸示范性工廠。2008年，處理高鐵鋅精礦的2萬(wàn)噸二段法氧壓酸浸正式投產(chǎn)，使得加壓濕法冶金技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
作為一門(mén)比較新穎的技術(shù)，加壓濕法冶金的出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是由于加壓浸出的特點(diǎn)，對(duì)冶金過(guò)程進(jìn)行了強(qiáng)化，精簡(jiǎn)了工藝流程，金屬的回收率更高，回收速度更快，而且成本較小，不會(huì)出現(xiàn)污染問(wèn)題，因此具有良好的發(fā)展前景。不過(guò)也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，加壓濕法冶金受本身發(fā)展時(shí)間的制約，也存在著許多不完善的地方，需要技術(shù)人員的持續(xù)研究和改進(jìn)。
2 鋅精礦直接氧壓酸浸方案
2.1 鋅冶煉技術(shù)的發(fā)展
從產(chǎn)生至今，鋅冶煉工藝大致可以分為火法和濕法兩種，前者常見(jiàn)于20世紀(jì)前，而后者產(chǎn)生于1916年，由于明顯的優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了火法冶煉，成為鋅冶煉的主要方法，產(chǎn)量占據(jù)了世界總產(chǎn)量的80%以上；基本上，新建和擴(kuò)建的鋅冶煉企業(yè)采用的都是濕法冶煉工藝。傳統(tǒng)的濕法煉鋅正式應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中是在20世紀(jì)初，而在不斷的發(fā)展過(guò)程中，工藝技術(shù)的進(jìn)步非常明顯。60年代，高溫高酸浸出技術(shù)以及全新的除鐵方法的出現(xiàn)，對(duì)浸出殘?jiān)M(jìn)行了有效處理，在提升鋅回收率的同時(shí)，減少了對(duì)于環(huán)境的污染，也推動(dòng)了工藝技g的成熟。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，傳統(tǒng)的濕法煉鋅技術(shù)正在朝著操作機(jī)械化、生產(chǎn)連續(xù)化、設(shè)備大型化以及管理自動(dòng)化的方向發(fā)展。但是不可否認(rèn)，傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝也存在著一定的缺陷，即必須保證鋅的生產(chǎn)與硫酸的生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，在這種情況下，不僅對(duì)于原料的成分有著非常嚴(yán)格的要求，而且存在著能耗巨大、工藝流程繁瑣以及成本投入大等問(wèn)題，不易推廣和普及。在這種情況下，在傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，也就成為了相關(guān)研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
20世紀(jì)70年代，加拿大舍利特?高爾登公司根據(jù)相應(yīng)的研究實(shí)驗(yàn)提出，在氧化氣氛下，結(jié)合加壓酸浸的方式，可以在不需要焙燒的情況下直接實(shí)現(xiàn)鋅精礦的浸出，經(jīng)整理后形成了加壓浸出-凈化-除雜-電積工藝，相比較傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝，成本更加低廉。1981年，全球首座加壓浸出工廠投運(yùn)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，使得鋅加壓冶金技術(shù)得到了持續(xù)完善。
最近十?dāng)?shù)年，芬蘭奧托昆普公司開(kāi)發(fā)出了一種新的鋅精礦常壓富氧浸出技術(shù)，可以在0.1MPa壓力、90℃～100℃的條件下，結(jié)合充足的氧氣供給，利用廢電解液來(lái)實(shí)現(xiàn)鋅精礦的連續(xù)浸出，從理論上分析，這種方法與氧壓浸出沒(méi)有不同，利用鐵離子對(duì)氧的傳遞來(lái)加速硫化鋅精礦的浸出反應(yīng)，使得硫化物中的硫被還原為元素硫，在實(shí)現(xiàn)硫酸生產(chǎn)與鋅生產(chǎn)相互分離的同時(shí)，也可以使得鋅的浸出率達(dá)到98%以上。事實(shí)上，無(wú)論是氧壓浸出還是常壓富氧浸出，都能夠直接對(duì)硫化鋅精礦進(jìn)行處理，而不需要經(jīng)過(guò)焙燒脫硫，不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)境污染。相比較而言，氧壓浸出的溫度在壓力更大，反應(yīng)速度也更快，常壓富氧浸出的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不過(guò)由于能夠在常壓下工作，溫度相對(duì)較低，控制的難度更小，安全性也更高。從目前的發(fā)展情況分析，常壓富氧浸出工藝已經(jīng)在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，在鋅冶煉中發(fā)揮著非常重要的作用。
2.2 氧壓直接酸浸
傳統(tǒng)濕法煉鋅實(shí)際上是在火法冶煉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，將火法和濕法冶煉工藝融合在一起，分為焙燒、浸出、凈化、電解以及制酸五個(gè)基本流程，主要原理是利用稀硫酸可以溶解氧化鋅和硫酸鋅中的鋅元素，不過(guò)在處理過(guò)程中，為了減少大氣污染問(wèn)題，需要預(yù)先做好焙燒脫硫工作，而且必須配備相應(yīng)的制酸系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等，生產(chǎn)工藝繁瑣而且成本較高。
20世紀(jì)70年代以后，加壓濕法冶金技術(shù)在鋅精礦的處理中取得了比較顯著的進(jìn)展，與傳統(tǒng)的濕法煉鋅工藝相比，經(jīng)濟(jì)效益更好。加壓濕法冶金的主要優(yōu)勢(shì)，是將礦物原料中的硫轉(zhuǎn)化為了單質(zhì)硫，實(shí)現(xiàn)了鋅生產(chǎn)與硫酸生產(chǎn)的分離。在加壓浸出的條件下，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為：
不過(guò)，在氧離子無(wú)法有效傳遞的情況下，上述反應(yīng)非常緩慢，為了提高效率，可以在其中加入鐵離子：
在結(jié)合加壓浸出的方式進(jìn)行鋅精礦的冶煉時(shí)，磁黃鐵礦和鐵閃鋅礦中的鐵會(huì)被溶解，作為氧離子傳遞的介質(zhì)。
氧壓浸出工藝包括一段和二段，一段氧壓浸出主要是利用廢棄的電解液來(lái)浸出鋅精礦，初始酸濃度為150g/L，鋅的浸出率能夠達(dá)到98%以上，在反應(yīng)結(jié)束后，殘余溶液的酸濃度仍然能夠達(dá)到40g/L，需要做好中和處理。一般情況下，可以利用殘酸浸出氧化鋅，在中和的同時(shí)提升鋅的產(chǎn)量，常見(jiàn)于傳統(tǒng)濕法煉鋅企業(yè)的擴(kuò)建。二段氧壓浸出中的第一段采用的是低酸浸出，酸的濃度為70～80g/L，殘酸為5～10g/L，鋅的浸出率能夠達(dá)到70%～75%。反應(yīng)得到的浸出殘?jiān)鼤?huì)進(jìn)入到二段氧壓浸出中，將酸的濃度提高到了150g/L。粗硫在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，可以形成單質(zhì)硫，浸出液在經(jīng)過(guò)酸度調(diào)整后，又可以作為第一段的浸出劑，在這個(gè)環(huán)節(jié)，鋅的浸出率能夠達(dá)到98%以上。
2.3 加壓浸出技術(shù)的發(fā)展
2.3.1 高硅氧化鋅加壓浸出技術(shù)的研究和發(fā)展。高硅氧化鋅采用常規(guī)的選礦方法難以可靠分離，火法煉鋅技術(shù)雖然可用，但是存在著能耗大污染重的問(wèn)題，濕法工藝也因此受到了廣泛的關(guān)注。針對(duì)堿性浸出和常壓酸浸工藝中存在的缺陷，在長(zhǎng)期的研究中，提出了一種加壓浸出高硅氧化鋅技術(shù)，在最優(yōu)工藝條件下，鋅的浸出率可以達(dá)到98.5%。2007年，在該技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了連續(xù)加壓酸浸處理高硅氧化鋅工藝，并且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)檢驗(yàn)，該工藝的流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、過(guò)程易控，而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋅硅的完全分離，浸出液含硅低，不需要額外進(jìn)行處理，具有良好的推廣前景。
2.3.2 硫化鉛鋅混合礦綜合回收工藝的研究。對(duì)于一些較為復(fù)雜的硫化鉛鋅礦，由于選礦流程長(zhǎng)，回收率低等因素的影響，只能產(chǎn)出鉛鋅混合礦。直到20世紀(jì)中期，英國(guó)相關(guān)研究人員提出了ISP法，可以在對(duì)硫化鉛鋅混合礦進(jìn)行處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鉛鋅的生產(chǎn)。不過(guò)這種工藝需要用到大量的焦炭，能耗巨大且污染嚴(yán)重，并沒(méi)有得到大幅度推廣。在不斷的發(fā)展中，氧壓浸出工藝得到了應(yīng)用，可以從鉛鋅混合礦中直接浸出鋅，通過(guò)浮選法回收硫，鉛銀富集到一種渣中，進(jìn)入火法煉鉛系統(tǒng)進(jìn)行冶煉回收，有著良好的應(yīng)用效果。
3 結(jié)語(yǔ)
總而言之，鋅作為一種重要的工業(yè)原料，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不容忽視的作用，鋅的生a是基礎(chǔ)性工業(yè)的一部分，應(yīng)該得到足夠的重視，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，在保障鋅產(chǎn)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：銅鉛鋅冶煉廠；環(huán)境污染；治理
中圖分類(lèi)號(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
對(duì)有色行業(yè)，特別是銅鉛鋅冶煉行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和提高環(huán)保技術(shù)水平是降低污染、減少污染，做到增產(chǎn)不增污的根本途徑。
1、污染狀況
1.1、廢氣污染
在銅鉛鋅冶煉廠中排放的煙氣中含有二氧化硫，氮氧化合物以及鉛、鋅、砷、鎘、汞等金屬化合物及粉塵，還有部分未燃燒完全的兒粉及碳黑。每年被煙氣帶走的金屬的粉塵數(shù)量巨大，其中含銅、鉛、砷、鎘、汞。在氣體污染物中，以二氧化硫?qū)Υ髿馕廴咀顬閲?yán)重。廠區(qū)大氣中二氧化硫平均濃度超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1~4倍，含鉛超標(biāo)，有的操作崗位附近空氣中含鉛濃度超標(biāo)，因此，從事煉鉛作業(yè)的職工幾乎很容易鉛中毒，同時(shí)砷的污染也很?chē)?yán)重。
1.2、水質(zhì)污染
每天排放污水量飛非常大，每年從污水中排放的重金屬特別多，包括銅、鉛、鋅、隔、砷。污水中這些元素的含量大部分都超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)，直接排入明渠，灌溉農(nóng)田，使農(nóng)作物遭受?chē)?yán)重污染，尤以鎘的污染危害最為明顯。例如，鉛、鋅冶煉過(guò)程中排放的含鎘污水，每年排放鎘量高達(dá)十余噸。會(huì)污染土壤，土壤中含鎘量致使農(nóng)作物含鎘高；另一方面，這些廢水排入江河，也對(duì)水產(chǎn)資源造成嚴(yán)重破壞。
1.3、廢渣污染
每年產(chǎn)生的廢渣，包括銅渣、鉛渣，鋅渣，棄渣每年含鋅、鉛、銅數(shù)量非常高，此外由于鋅生產(chǎn)設(shè)備不平衡，鋅浸出渣不能全部返回回轉(zhuǎn)窯處理，這些廢渣不僅損失了大量金屬，也造成了污染農(nóng)田、土地的惡果。
1.4、噪聲污染
噪聲污染是工業(yè)發(fā)展中的一個(gè)新問(wèn)題，當(dāng)噪聲超過(guò)80分貝時(shí)，對(duì)人體健康就有危害，進(jìn)行銅鉛鋅冶煉的時(shí)候噪聲污染也很?chē)?yán)重。嚴(yán)重影響到人們的身體健康。
2、有色行業(yè)污染現(xiàn)狀和存在問(wèn)題
2.1、有色行業(yè)仍為“三廢”污染的大戶
早年的資料可以知道，當(dāng)年有色企業(yè)工業(yè)廢水排放量為3.9億t，占全國(guó)工業(yè)廢水排放總量的1.71%，有色行業(yè)廢氣排放量為3778億m3，其中SO2為53.8萬(wàn)t，占全國(guó)SO2排放量的2.9%；有色行業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量為7721萬(wàn)t，占全國(guó)的7.2%；固體廢棄物累積儲(chǔ)存量達(dá)16.82億t，占地面積8513.59萬(wàn)m2。隨著工業(yè)廢水帶到環(huán)境中的有害物質(zhì)汞年排放量為6.86t，銅93.02t，鉛286.24t，砷159.12t；此外還有564.50t銅、2005.40t鋅等有價(jià)金屬隨著廢水排人環(huán)境中。有色行業(yè)中銅鉛鋅重有色冶煉企業(yè)的工業(yè)廢水排放量為1.95億t，占有色行業(yè)的50%；工業(yè)廢氣排放量為747億m3，占有色行業(yè)的20%；SO2的排放量為43.7萬(wàn)t，占有色行業(yè)的81.3%?？梢?jiàn)，有色行業(yè)是我國(guó)產(chǎn)生“三廢”污染的大戶，其中尤以銅鉛鋅企業(yè)為甚。
2.2、存在一些典型污染物且情況較嚴(yán)重
在工業(yè)廢氣方面，雖然重金屬重冶煉高濃度SO2回收裝置已基本配齊，大中型直屬企業(yè)進(jìn)廠原料硫利用率逐年有所提高，但1997年僅達(dá)到77.52%，主要是由于部分地區(qū)以鉛燒結(jié)煙氣為代表的低濃度SO2未能綜合利用，每年銅鉛鋅企業(yè)SO2外排量仍達(dá)43.7萬(wàn)t，相當(dāng)于可制硫酸65萬(wàn)t；其次，有色行業(yè)煙塵、粉塵的排放情況與往年相比雖有所改善，但在銅鉛鋅企業(yè)中仍處于凈化效率低、嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量的狀況。
在工業(yè)廢水方面，雖然廢水復(fù)用率和達(dá)標(biāo)率逐年提高，1997年僅達(dá)到72.85%，與國(guó)家要求的復(fù)用率在85%以上的水平差距較大，同時(shí)根據(jù)最新的企業(yè)上報(bào)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：工業(yè)廢水中一、二類(lèi)污染物存在排放量增加的趨勢(shì)，其中六價(jià)鉻、汞及二類(lèi)有機(jī)污染物排放量明顯增加；在濃度指標(biāo)方面，總鉛、總汞、揮發(fā)酚超標(biāo)程度加劇。企業(yè)采用一些老、舊、低效的處理工藝和設(shè)備是造成上述現(xiàn)象的主要因素。
在工業(yè)固體廢棄物方面，固廢綜合利用率沒(méi)有大的提高，1997年為7%，但與全國(guó)的平均30%相比差距很大。根據(jù)國(guó)家環(huán)保局在全國(guó)開(kāi)展的首次工業(yè)固體廢棄物申報(bào)登記工作的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，有色行業(yè)位于全國(guó)產(chǎn)生固體廢物的10個(gè)最多行業(yè)之列，其中有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)分列產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物最多的10個(gè)行業(yè)中的第2、3位。
2.3、有色行業(yè)的發(fā)展將受環(huán)境的制約
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬產(chǎn)量增加，所需資源、能源消耗量會(huì)隨之增加，這將對(duì)環(huán)境造成極大的壓力。根據(jù)宏觀綜合排放系數(shù)法計(jì)算預(yù)測(cè)，如有色金屬產(chǎn)量保持600萬(wàn)t，廢水排放量將達(dá)40050萬(wàn)t，SO2排放量60萬(wàn)t，固體廢物產(chǎn)生量8500萬(wàn)t，粉塵排放量13萬(wàn)t。如果不盡快解決目前有色行業(yè)技術(shù)裝備總體水平落后、能源結(jié)構(gòu)不合理、工業(yè)污染控制技術(shù)水平低的局面，有色行業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題將更加突出，從而嚴(yán)重制約有色行業(yè)的發(fā)展。
3、對(duì)策
3.1、有效地利用資源
目前，世界先進(jìn)國(guó)家的重有色冶煉廠的綜合利用率均在80%以上，綜合利用程度比我國(guó)高得多。我國(guó)各重冶企業(yè)的綜合利用發(fā)展很不平衡，差的企業(yè)其綜合利用率只百分之十幾，甚至更低；搞得較好的株洲冶煉廠，1980年綜合利用率也只達(dá)68.24%。因此各有色冶煉企業(yè)尚需進(jìn)一步努力搞好綜合利用，盡量做到`使用較少的原料，生產(chǎn)較多的金屬產(chǎn)品，以充分利用國(guó)家資源。
特別是銅鉛鋅冶煉原料中的稀散金屬都是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的重要材料，如鍺、鎵、錮、硒、碲、砷等。但這些稀散金屬大都沒(méi)有本身的單獨(dú)礦床，而是伴生于銅、鉛、鋅等有色金屬礦物中，因此在銅鉛鋅冶煉過(guò)程中綜合回收稀散金屬就具有更重要的意義。
3.2、硫煙混合制酸和汞的回收
一般鉛燒結(jié)煙氣含SO2濃度為1~2.5%，不能單獨(dú)制酸，若采用吸收凈化法，則設(shè)備復(fù)雜，吸收劑昂貴，還需處理吸收物，經(jīng)濟(jì)效果差。銅鉛鋅冶煉綜合建廠，就可采用鋅沸騰焙燒高濃度硫煙(SO26~8%)和鉛燒結(jié)低濃度硫煙混合制酸，這種方法技術(shù)可行，鉛鋅共一套制酸系統(tǒng)，投資少又便于管理，經(jīng)濟(jì)效果好。當(dāng)然，改進(jìn)燒結(jié)工藝，如采用鼓風(fēng)燒結(jié)，亦是提高鉛燒結(jié)煙氣SO2濃度的一個(gè)有效辦法。
鉛鋅精礦中均含有汞，某些鋅礦中含汞還較高，株冶使用的鋅精礦平均含汞0.0028%；韶冶處理的凡口鉛鋅混合精礦平均含汞0.053%，按年產(chǎn)5萬(wàn)噸鉛鋅計(jì)算，所處理的原料中含汞量每年可達(dá)幾十噸，在冶煉過(guò)程中，由于受高溫氧化作用，絕大部分的汞隨煙氣進(jìn)入煙塵、酸泥、污水和硫酸中。韶冶成品酸的汞含量達(dá)100ppm，制酸尾氣含汞也高(約0.24毫克/m3)，含高汞硫酸銷(xiāo)售后，可能產(chǎn)生汞的再次污染。因此必須解決從鋅焙燒(或鉛燒結(jié))煙氣中綜合回收汞的問(wèn)題。韶冶于1980年9月裝備一套用碘絡(luò)合法從制酸煙氣回收汞的工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備。目前能處理煙氣量為40000~45000(m3/h)，按含汞40(毫克/ m3)計(jì)算，每天吸收汞39~40公斤。這種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果較好，所產(chǎn)硫酸和排放尾氣含汞均達(dá)到標(biāo)誰(shuí)，可進(jìn)一步加以完善，推廣。
3.3、關(guān)干稀散金屬的綜合回收
近幾年來(lái)，大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠對(duì)稀散金屬都作了綜合回收的試驗(yàn)，并進(jìn)行了生產(chǎn)，但普遍存在綜合回收率低，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，除存在技術(shù)問(wèn)題外，更主要的是由于各工廠普遍存在重主產(chǎn)品，輕綜合回收所致。稀散金屬生產(chǎn)長(zhǎng)期無(wú)全國(guó)統(tǒng)一規(guī)劃，其產(chǎn)量在工廠里屬軟指標(biāo)，能收多少算多少，致使稀散金屬白白流失，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。此外，某些稀散金屬的應(yīng)用，尚需進(jìn)一步研究和推廣。要搞好銅鉛鋅冶煉廠稀散金屬的綜合回收，首先是對(duì)稀散金屬的生產(chǎn)和應(yīng)用要有個(gè)全國(guó)的統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)各廠實(shí)際，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，制定每年生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量和綜合回收計(jì)劃，工廠要象完成主產(chǎn)品一樣完成稀散金屬的各項(xiàng)指標(biāo)。二是要組織有關(guān)研究院所和工廠，進(jìn)一步研究和推廣稀散金屬的應(yīng)用以及提取稀散金屬的經(jīng)濟(jì)工藝，以提高質(zhì)量，擴(kuò)大品種。三是工廠要千方百計(jì)提高稀散金屬的綜合回收率，增加產(chǎn)量，加強(qiáng)管理，減少消耗，降低成本，盡量降低銷(xiāo)售價(jià)格。
3.4、工業(yè)廢水的處理
目前我國(guó)大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠的工業(yè)廢水，普遍未加處理排放，其中含有重金屬離子氯、氟及酸等，造成水源的嚴(yán)重污染，危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)重影響人民的身體健康。我們認(rèn)為，采用分段沉清和集中處理相結(jié)合的方法，即先在各生產(chǎn)車(chē)間建設(shè)簡(jiǎn)易沉清池，分段沉清，全廠建筑總廢水處理站。工業(yè)廢水先進(jìn)人簡(jiǎn)易沉清池，自然沉清或加混凝劑，凝聚沉清，沉渣掏出自然千燥后，按含不同的金屬分別送歸各系統(tǒng)進(jìn)行回收。上清液盡量循環(huán)使用，不符合循環(huán)使用要求的才排送總廢水處理站，以減少總廢水的處理量。
結(jié)束語(yǔ)
銅鉛鋅冶煉廠對(duì)環(huán)境的污染情況有待進(jìn)一步提高，所以需要不斷的完善各個(gè)方面的條件，采取相應(yīng)的措施針對(duì)存在的問(wèn)題，從而降低環(huán)境污染。
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