1.1鋼鐵生產(chǎn)全流程一體化控制

鋼鐵工業(yè)是典型的流程工業(yè)，最終產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣宰啦，是由全流程的各個環(huán)節(jié)共同確定的篮奄。要想獲得穩(wěn)定微峰、優(yōu)良的材料質(zhì)量疲酌，必須針對每一個工藝環(huán)節(jié)皇忿，進行全流程锄蹂、一體化控制氓仲。控制要素包括溫度（含冷卻速度）得糜、變形條件敬扛、成分、夾雜物（潔凈度朝抖、種類）控制水平啥箭、排放、能源消耗等等治宣。

1）減量化急侥、低成本砌滞、低排放的鋼鐵材料與生產(chǎn)工藝設(shè)計

談鋼鐵材料開發(fā)，離不開材料開發(fā)的四面體關(guān)系坏怪。材料的“成分贝润、工藝、組織铝宵、性能”這四個要素構(gòu)成的四面體關(guān)系告訴我們打掘，材料的工藝和成分決定材料的組織與性能。過去通常的辦法是：如果材料的性能達不到要求鹏秋，可以增添某一種或某幾種合金元素尊蚁，或者采用后續(xù)的熱處理工藝進行調(diào)整。這兩種辦法都是“增量化”的辦法侣夷，或者消耗昂貴的合金元素横朋，或者消耗能源與資源。

但是百拓，材料設(shè)計的綠色化新理念要求我們做到“減量化叶撒、低成本、高性能”耐版。在鋼鐵材料開發(fā)過程中祠够，我們要把這個綠色化新理念全面融入四面體關(guān)系中。要做到：①資源節(jié)約型的成分設(shè)計粪牲，盡量減少合金元素含量古瓤，或使用廉價元素代替昂貴元素；②要采用節(jié)省資源和能源腺阳、減少排放落君、環(huán)境友好的減量化加工工藝方法；③從市場中發(fā)現(xiàn)新的組織和性能需求亭引，逆向倒推绎速，促進工藝技術(shù)創(chuàng)新和新型材料的創(chuàng)制；④量大面廣產(chǎn)品的升級換代和高端產(chǎn)品的規(guī)谋候荆化生產(chǎn)纹冤，都要遵循綠色化理念。由此可見购公，關(guān)鍵工藝技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā)萌京，在新材料的開發(fā)中占據(jù)了越來越重要的地位，材料和產(chǎn)品開發(fā)特別要注重關(guān)鍵共性工藝技術(shù)的創(chuàng)新宏浩。

我們現(xiàn)在使用的鋼鐵材料和它們的生產(chǎn)工藝知残，是過去幾十年來不斷開發(fā)出來的，由于開發(fā)當時技術(shù)水平和支撐條件的限制比庄，在節(jié)省資源和能源方面以及減少排放和污染方面考慮不周求妹，甚至未予考慮乏盐，急切需要改進、甚至顛覆的地方很多制恍，技術(shù)創(chuàng)新丑勤、提升水平的空間很大。今天吧趣，環(huán)境法竞、生態(tài)問題已經(jīng)迫在眉睫，資源强挫、能源問題更是刻不容緩岔霸，過去幾十年發(fā)展起來的技術(shù)必須進行脫胎換骨的改造與提升；另一方面俯渤，技術(shù)進步和研究條件已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化呆细，為對這些產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程進行改造甚至重造，提供了極好的支撐條件八匠。我們已經(jīng)有條件進行這樣一場革命絮爷！

2）實行“精料方針”和“源頭治理”

鋼鐵生產(chǎn)過程最重要的任務(wù)就是除去鋼中的雜質(zhì)，生產(chǎn)具有必要潔凈度控制的和規(guī)定化學(xué)成分的鋼鐵產(chǎn)品±媸鳎現(xiàn)有的冶煉過程雖然對作為原料的鐵礦石和作為燃料的煤炭進行了粗略的處理坑夯，仍然有大量的有害元素殘留于鋼中，然后在后續(xù)的煉鐵抡四、煉鋼柜蜈、精煉過程中一點點除去。針對這種情況指巡，行業(yè)里提出了“精料方針”淑履，期望在入爐冶煉之前，盡量提高原料的潔凈度藻雪。但是秘噪，礙于種種條件的限制，仍然是“泥沙俱下”勉耀，大量的有害元素進入到爐中指煎，在隨后的冶煉過程中，不得不建設(shè)大量的巨型設(shè)備瑰排，采用各種復(fù)雜的工藝贯要，一點點地去除鋼中的各種有害雜質(zhì)暖侨，極大地增加了冶煉的負擔和生產(chǎn)成本椭住。

能不能采取徹底的“精料方針”，進行潔凈度的“源頭治理”字逗，把提高潔凈度的主要窗口位置前移到原料京郑、燃料宅广、熔劑的潔凈化處理階段，從流程上進行根本的改變些举？

這種可能性是有的跟狱， TFe將近72%的超級鐵精礦可以制取出來。利用氫冶金進行鐵的氧化物還原也是可行的户魏。但是規(guī)模驶臊、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本與實際應(yīng)用還有很大的距離叼丑，需要進一步從鐵礦石磨礦关翎、選礦等方面大膽創(chuàng)新。目前已經(jīng)提出了一些方案鸠信。

當然纵寝，對所有的技術(shù)方案，都要針對資源消耗星立、產(chǎn)品質(zhì)量爽茴、生產(chǎn)成本等，進行能量流绰垂、物質(zhì)流室奏、信息流、資金流分析劲装，優(yōu)選低成本窍奋、高潔凈度路線，實現(xiàn)“精料方針”酱畅、“源頭治理”琳袄。

3）全流程一體化的鋼材溫度控制

全流程溫度控制不僅涉及到產(chǎn)品的冶金質(zhì)量，而且也涉及到產(chǎn)品的外形尺寸精度纺酸、整個流程的能源與資源的消耗窖逗、以及污染物的排放，是冶金生產(chǎn)中最活躍的影響因素餐蔬。因此碎紊，應(yīng)當合理設(shè)計冶金流程中的溫度制度、盡量做到“一火成材”或“最少火次成材”樊诺，避免或減少再升溫過程仗考。同時，充分利用煉鐵-煉鋼-連鑄-熱軋-冷卻-熱處理過程中的重要組織變化的溫度區(qū)間词爬，進行組織控制秃嗜，實現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。這應(yīng)當是鋼鐵生產(chǎn)的最重要的任務(wù)之一。

在此過程中锅锨，我們最關(guān)心的是三個“界面”和三個溫度區(qū)間叽赊，以及熱軋后剩余熱量的利用。

第一個界面是連鑄與熱軋的銜接點必搞。

采用連鑄之后必指，加熱爐加熱溫度通常不超過1250℃。這是目前絕大多數(shù)企業(yè)里的現(xiàn)實情況恕洲。這種情況會造成下述不良后果：①重新加熱塔橡，造成能耗提高，浪費資源霜第，增加排放谱邪；②重新加熱后連鑄坯的溫度分布為“外熱內(nèi)冷”，與連鑄后的“外冷內(nèi)熱”狀態(tài)恰好相反庶诡，采用前者就失去了一個利用后者改善坯料內(nèi)部質(zhì)量的大好時機惦银；③失去利用鑄坯心部的1250-1450℃高溫粘塑性區(qū)的變形改善材料組織、性能的機會末誓。

如果在連鑄機內(nèi)最終凝固點附近進行軋制等高溫粘塑性變形扯俱，并盡量防止連鑄坯散熱，減少連鑄坯的溫降喇澡，則完全有可能實現(xiàn)免加熱直接軋制迅栅。這是一個節(jié)能減排、提高質(zhì)量的重要思想晴玖。如果設(shè)法實現(xiàn)連鑄與軋機的產(chǎn)量平衡读存，則甚至可以實現(xiàn)無頭軋制。無頭軋制在材料加工過程的穩(wěn)定化方面有巨大的優(yōu)勢呕屎，是不言自明的让簿。此為第一界面的優(yōu)化。

第二個界面是熱軋與后續(xù)熱處理之間的銜接點秀睛。

如果熱軋之后尔当，軋件還要進行離線熱處理（例如調(diào)質(zhì)熱處理），則可以考慮利用熱軋之后的余熱進行在線淬火蹂安，然后再進行離線或在線回火椭迎。這樣，可以減少一次加熱田盈，其節(jié)能畜号、減排的效果顯而易見。

第三個界面是熱軋后的冷卻與后續(xù)冷軋過程的銜接允瞧。

對于含碳量較高的HSLA简软、DP等鋼種蛮拔，如果熱軋后還要繼續(xù)進行冷軋和熱處理，則熱軋后的冷卻過程需給予特別的注意替饿。如果這些鋼種熱軋后未達到一定的冷卻速率语泽，會發(fā)生部分珠光體相變贸典。這就意味著發(fā)生了比較充分的擴散视卢，珠光體中偏聚了較多的碳。隨后進行冷軋廊驼，碳繼續(xù)維持它的偏聚狀態(tài)据过。在擴散不是很充分的連續(xù)退火過程后的冷卻過程中，偏聚碳較多的部位妒挎，轉(zhuǎn)變?yōu)楹欣L的珠光體的帶狀組織绳锅，造成鋼材沖壓等性能劣化，出現(xiàn)沖壓裂紋等缺陷酝掩。針對這一問題鳞芙，這類鋼材熱軋后，以適當高的冷卻速率冷卻期虾，可以抑制珠光體產(chǎn)生原朝，代之以貝氏體等含碳量均勻的基體組織，冷軋及熱處理后镶苞，可以避免出現(xiàn)帶狀組織喳坠，因而保證了材料具有碳含量分布均勻的組織。同時組織細化茂蚓、析出物尺寸細小壕鹉，材料的強度得以提高，而塑性得以改善聋涨。

三個重要的組織轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間分別是再結(jié)晶溫度區(qū)間晾浴、碳氮化物析出溫度區(qū)間、相變溫度區(qū)間牍白。如果打算利用某個組織演變過程怠肋，就可以在該演變的溫度區(qū)間保溫（或空冷），如果想要避開該種組織演變過程淹朋，則可以快速冷卻通過該溫度區(qū)間笙各。由于不同的材料，會有不同的組織演變規(guī)律础芍，所以杈抢，調(diào)整材料組織演變的溫度制度必須量身定做，這將是一個巨大的工程仑性，智能化可以在此派上用場惶楼。因此，進行全流程控制，應(yīng)配置可以靈活進行組織控制的全軋程冷卻系統(tǒng)歼捐。

最后何陆，關(guān)于熱軋后剩余熱量的利用，是目前尚未解決的問題豹储。熱軋鋼材一般在600℃左右結(jié)束控制冷卻過程贷盲，采用何種方法，利用這部分余熱剥扣，是尚待攻克的問題」剩現(xiàn)在尚未見有好的處理方法。

4）鋼鐵生產(chǎn)全流程一體化的變形控制

對熱軋變形的控制钠怯，必須與對溫度的控制結(jié)合起來佳魔。傳統(tǒng)的變形過程主要發(fā)生在1200℃以下，熱軋前的加熱溫度通常不會超過1250℃晦炊。但是鞠鲜，如果我們考慮到利用連鑄后的高溫條件，以及可利用的“外冷內(nèi)熱”狀態(tài)断国，則可以將開軋溫度推到更高贤姆，將變形溫度區(qū)間提高到固相線溫度和常規(guī)開軋溫度之間，實現(xiàn)心部組織的粘塑性變形并思，能夠達到節(jié)能庐氮、降耗、改善心部組織的效果宋彼。另外弄砍，在熱軋的不同階段，例如板材粗軋和精軋输涕，或者棒材的粗軋音婶、中軋、精軋莱坎，可以實行不同的負荷分配衣式，從而進行材料組織和性能的調(diào)控。

軋制負荷分配是控制軋制的重要手段檐什。根據(jù)每一個鋼種的物理冶金特點碴卧，與軋制過程中的即時冷卻及軋制之后的控制冷卻相配合，進行全流程乃正、一體化的負荷分配的優(yōu)化住册，將會進一步提升控軋控冷的效果，提高材料的性能瓮具。

來源：世界金屬導(dǎo)報