目前，世界对基础设施和交通运输用钢铁产品质量提出了更高的强度和更好延性的要求。这些钢产品主要靠长流程（BF-BOF）及短流程（EAFLF/RH-CC）系统作为主要方式生产。优化的系统将以更高的生产率稳定生产，同时保持二氧化碳排放、废物排放、原材料/能源消耗及生产成本最低。

   1铁水脱硫进展

   一些先进高强钢（AHSS）要求钢中硫和氧含量低到几个ppm，以满足对冲击韧性、疲劳强度、成形性和抗氢致开裂（HIC）方面的严格要求。经典的CaC₂铁水脱硫对环境不利；表面活性石灰粉喷吹能够使硫含量达到10ppm，但CaO的利用率很低；向铁水包喷吹Mg颗粒与石灰粉，喷吹载体为惰性气体，能够实现更低的硫含量，热量损失少，渣量少。然而，喷射需要更多的Mg才能达到目标值，因为Mg的利用率在20%-35%范围波动，如果要冶炼超低硫钢，则利用率更低，导致大量能源损失和Mg的消耗。

   日本炼钢业者主张KR搅拌法，旋转叶轮浸入铁水包熔池中，石灰粉混合少量比例的萤石/或铝精炼渣从顶部加入，被卷入旋转叶轮周围产生的铁水漩涡中，石灰混合物不是能源密集型的昂贵材料，而且卷入的粉末颗粒停留和反应时间比喷射时间更长。

   在最佳转速（>100 rpm），叶轮浸入深度（≈1.2m），石灰-萤石混合物（相当于CaO6.4kg/t），在1415℃温度下，在1min内将180t的铁水硫含量从最初的450ppm降至3ppm以下。

   此外，在270t铁水中，添加7-9 kg/t石灰-萤石熔剂，在1200-1280℃温度下，转速约110-120rpm，搅拌10min，硫含量可从最初的250-350 ppm降到10ppm。

   搅拌器给卷入和悬浮的石灰混合粒子提供了以下优势：①大的渣/金属接触面积；②强烈的铁水流动促进了硫到混合粒子的传质；③粒子在熔池的停留时间长，操作稳定性强；④投资成本低，温度损失和耐火材料磨损较小。

   混合物中用于脱硫的石灰利用率是40%左右，因此，脱完硫后的热渣常常回收至KR。最终硫可降至2ppm，工艺稳定性好。

   2铁水脱磷进展

   随着高端钢材需求的日益增长，加强了铁水脱磷工艺的实施，通过烧结回收渣中的铁和CaO。脱磷工艺看似增加了设备的数量、总处理时间、温度损失、总渣量和投资成本。然而工艺实践证明，尽管设备数量增加，但转炉的生产率几乎翻了一番，由于转炉中产生的渣和喷溅明显下降，吹炼时间减少了40%，目标碳（C）和温度（T）命中率得到提高，这些足以克服上述缺点。

   铁水脱磷工艺已经应用超过三十年，将钢包或气体搅拌/复吹转炉作为一个反应器，和另一个脱碳反应联合，进一步脱磷。使用转炉作为脱磷反应器，比钢包脱磷的明显优点是：①吹氧增加，加快了脱磷渣的形成；②更好地防止喷溅；③更强的渣/钢混合，使脱磷更高效；④采用少渣操作的脱碳转炉中锰矿石在发生熔融还原，大量减少了Fe-Mn的添加；⑤更好地回收废气和灰尘；⑥出钢时更好地进行渣铁分离。这些优势弥补了增加转炉的投资。

   3转炉吹炼进展

   转炉吹炼的发展在20世纪80年代早期接近成熟，当时全自动吹炼控制开始盛行。对于低C钢种，大型底吹搅拌转炉，目标是：C±0.02%，T±12℃，采用废钢比率＜10%操作，吹炼结束时的C-T命中率＞92%。对于氧气底吹转炉炼钢（Q-BOP），命中率更高，在1995年已经达到99%，由于更强的熔池搅拌，减少了熔池中C和T的不均匀性和渣-钢在氧含量和温度方面的不均衡，使快速出钢成为可能，大大提高了生产率。

   到2005年转炉吹炼已实现如下技术进步：

   1）喷吹气体搅拌和带有底吹O₂的复吹技术已经成熟；

   2）与HMPT工艺组合有所进展；

   3）炼钢转炉容积快速向大型化发展；

   4）自动吹炼控制更加先进；

   5）生产率进一步提高，对于270-350t转炉的脱磷和脱碳，可以实现10min吹炼时间和25min冶炼周期；

   6）对Si含量为0.3%-0.4%的铁水，使总HMPT-渣和BOF-渣降至60 kg/t钢成为可能；

   7）使用溅渣护炉，一代炉役寿命超过10000炉；

   8）转炉烟气回收系统在全世界开始应用。

   仍未解决的长期遗留问题是：①转炉炉渣带入到钢包和中间包；②更好地优化HMPT-BOF工艺组合的生产率和成本； ③ HMPT和转炉炉渣的进一步利用。

   4二次精炼的进展

   在大型钢铁联合企业中，中、低碳结构钢产品占大多数。对这类钢种，不强制使用钢包炉（LF，不包含RH）处理，工人可以很好地控制在L₀~L₂水平，使RH满足连铸过程所需要的化学成分、温度和产量要求。

   RH的精炼能力在过去4年里大大升级，不仅在脱气方面，在以再加热、吹氧和喷粉（RH-KTB RH-OB /PB、RH-MFB）来控制成分和温度方面也都有很大进展。通过上述手段和快速抽真空技术，大大提高了钢液的循环效率，增加注入上升管的氩气流量，扩大浸渍管和真空室直径，优化RH真空室下部熔池深度，大大提高了生产率。

   近期，喷枪为了达到更高的喷吹速度，把喷嘴顶端从Laval型改为Spike型，使用Spike喷嘴，冲击腔变得更浅，氧流量增加了18%。将硫含量从20-25 ppm 减少到10-12ppm，吹炼时间由34min缩短到27min，据报道，使用“Spike”喷嘴，真空室下部寿命可延长11%。

   将粉剂颗粒喷吹到真空室下部钢液的浅表面，是RH去除C、N和S的一种比较理想的方式。

   对LF炉，已经做了大量的研究工作将此技术成熟化，包括使用气体或（气体 助熔剂）喷吹获得更好的熔池混合度及温度控制，使用气体搅拌改善顶渣去除夹杂物和杂质元素的效果，通过改变顶渣对夹杂物进行化学改性，以便使夹杂物在轧制过程中具有可变形。

   5HMPT-BOF-RH进展

   5.1系统优化第一阶段

   1970年代中期，通过HMPT-BOF-RH方法进行钢水吹炼和精炼的系统优化第一阶段开始实施。该系统包括鱼雷罐或钢包HMPT-气体搅拌转炉或复吹转炉脱碳-LF /或RH。在高炉尽力降低铁水硅含量到0.25%-0.35%，以满足在HMPT和转炉的少渣操作，然后在铁水送入钢包的时候，使用气体/固体氧化物进行铁水脱硅。使用石灰、铁氧化物/或氧气-/载体气体在钢包中进行脱硫和脱磷。经预处理的铁水在后面的转炉中以最少的渣进行脱碳，经常略过LF工序，直接送到RH/ RH-OB完成精炼。

   5.2系统优化第二阶段

   系统优化的第二阶段在1990年左右得到发展，将钢包替换为复吹或底吹转炉。替换的动机是使用转炉缩短了处理时间，当时由于经济衰退，产能过剩导致大量多余的转炉出现。考虑到用来脱磷的钙铁熔体中CaO的利用率更高，自粉状CaO和氧气射流一起从底部风口直接吹入熔池以来，Q-BOP，K-BOP或LD-ORP一直是转炉的替代。在喷射撞击点，CaO转换成钙铁素体熔化物，通过热铁水熔池上升、脱磷并形成渣。

   现代版的双渣法，在两个步骤只使用一个转炉，一部分渣用于脱磷，另一部分渣用于脱碳，在前新日铁公司（现在新日铁住金）也被用作多功能精炼转炉（MURC）。该工艺中，一批经KR法或喷吹CaO/Mg脱硫的铁水进行脱渣，在转炉里进行脱硅和脱磷吹炼，倾斜转炉将产生的渣倒出，紧随其后的是在同一转炉进行脱碳吹炼。出钢后，脱碳吹炼过程中产生的液态渣使其硬化，在转炉中保留，待下一批脱硫铁水倒入转炉，进行脱硅和脱磷吹炼时重新加热使用。含磷量为0.15%的铁水在1170℃时，通常在8min左右就可将含磷量脱除至0.02%，脱碳和脱磷的CaO消耗量为10kg/t，约60%的脱磷渣去除（CaO/Si O₂= 1.5-2.0，T.Fe= 15%-20%）。

   MURC和LD-ORP工艺覆盖了前新日铁公司大约55%和30%的铁水生产。后来，MURC的除渣系统得到进一步改进，遂命名为F-MURC。

   5.3系统优化第三阶段

   近年，系统优化技术发展到第三个阶段。石灰和氧气通过氧枪喷入转炉中经KR脱硫的铁水，在这里放入铁氧化物、块状石灰以及回收LF炉石灰-铝酸盐类渣。石灰在喷射撞击点形成钙铁素体熔体。然后，熔体形成液化顶渣，包含的钙铁素体与石灰-铝酸盐融合，使得脱磷率比100%的石灰操作更好。未溶解的石灰只有不到7%，存在转炉顶渣 7%氧化铝中，溶解的CaO使脱磷率提高。

   转炉炉渣不包含CaF₂，并且只含有少量未溶解的CaO，因此，适合安装不易老化的设备。这个工艺在鹿岛厂和前住友金属公司和歌山厂已经完全工业化，命名为SRP-Z。

   目前，像LD-AC这样的石灰喷枪和双渣法以SRP-Z和MURC工艺形式在现代生产中再次流行。

   6连铸的进展

   连铸工艺一直是钢铁生产企业提高生产率的关键，需要努力延长连浇炉数，加快注速，使用浸入水口和中间包动态变化，延长钢液在结晶器时间。连铸过程中可以改变宽度和牌号，安置漏钢传感器，生产计划将牌号和宽度相似的炉次安排在一个长浇次中，同时确保铸坯半成品的表面和内部质量适合热装 （HCR）或直接热轧（HDR），节约能源。结晶器加长，采用刚性非正弦，短行程高频振荡机制和可变锥度。铸流变长，采用小间距分离辊和喷雾冷却。因此，日本许多先进的双流连铸机注速常年保持在2m/min。表面状况好的HCR和HDR热板坯自1990年代以来广受欢迎。

   在质量方面已取得相当大的进展，通过优化结晶器，结晶器保护渣和机械设计、铸流的应力/应变分布，使一次冷却和二次冷却接近完美，从而减少表面裂纹、凹陷及深振痕。

   钢液从钢包到中间包再到结晶器和连铸流的转移捕捉宏观夹杂物，由于使用了惰性气体、长喷嘴及各种设计的浸入式水口、中间包和结晶器保护渣、电磁设备（EMD如M-EMS、EMLA，EMBR电磁制动技术，FC-Mol d和EMLS）等来控制钢液在结晶器和凝固末端的流动。通过使用垂直结晶器和连续矫直技术，大大提高了宏观夹杂物的上浮和分离。

   遗留下来还未解决的主要操作和质量问题还包括：①浸入式水口的堵塞；②带渣；③炉次过渡时的再氧化和夹渣；④适合不同拉速和厚度的钢种微调位置和轻压下比例。

   浸入式水口的堵塞一直没有得到完全解决，造成显著质量问题。最近，前住友金属报道了一个有趣的尝试：它利用通过浸入到大型中间包熔体的氧化铝-石墨电极（ ）和氧化铝石墨（AG）浸入式水口（-）之间的直流电流回路(≤100A)，在铝镇静钢板坯和大方坯连铸生产操作中，这个方法能够显著降低浸入式水口内孔中的铝-钢复合增生物。减少的机制目前正在进一步研究。

   （张莉霞 杨婷）