“韩国的钢铁工业犹如一只被‘三条铁链’锁住而艰难前行的大象。这‘三条铁链’分别是环境与能源问题、技术‘瓶颈’和市场问题。韩国钢铁工业这只大象想要把链条挣断，就必须重点开发新技术、新工艺和新钢种。”日前，在中国金属学会举办的第六届国际炼钢科技大会（ICS2015）上，韩国延世大学的专家学者Dong Joon MIN介绍了韩国炼钢工艺技术的发展和挑战。
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Dong Joon MIN表示：“韩国钢铁工业面临着诸多挑战”
到2020年，韩国将继续减少二氧化碳的排放量。因此，韩国钢铁工业必须通过技术开发应对二氧化碳税增加的挑战。韩国的另一个挑战是电价不断上涨，近5年，韩国的电价上涨了约80%。由于韩国电炉炼钢的比例很大，电炉钢厂的成本压力很大。此外，韩国是能源进口国家，能源价格波动对钢铁市场产生很大的影响。韩国没有炼铁原料，其国外建立的矿山和本国原料储存的矿石量与韩国的需求相比相当小。因此，韩国的原料供应对韩国可持续发展是个挑战。
在炼钢技术方面，目前，炼钢技术已经进入“瓶颈”期，炼钢脱氧的潜力不大，在节能方面也基本做到极致。“所以，要通过开发新的炼钢工艺突破这个‘瓶颈’”
在钢材市场方面，随着下游用钢需求的不断提高，如LNG造船用钢、开发新能源用钢等需求，使得钢材市场对新一代钢材有更高的要求。
“总结起来，禁锢韩国钢铁工业发展的‘三条锁链’就是环境与能源问题、技术问题和市场问题。应对环境和能源问题要研究推广节能技术，应对技术问题要在炼钢方面进行工艺革新，应对市场问题要开发高锰钢。” Dong Joon MIN表示。
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“韩国目前在炼钢节能方面的技术创新工作主要体现在两方面，即废钢预热和泡沫渣优化。”
因为生产铁水会产生大量的二氧化碳，所以韩国的任务是让转炉吃30%的废钢，这样可以减少二氧化碳的排放。此外，由于韩国电炉炼钢的占比很大，因而，韩国研究废钢预热进行节能优化。
在废钢预热时，需要考虑有害气体的产生和热交换系数等参数，如双炉壳电炉。铁水里面有高含量的硅，可以利用硅的热能熔化废钢，做到热平衡，充分利用铁水中的化学热来熔化废钢。“因而，转炉应对环境挑战的对策就是多吃废钢。”对于电炉炼钢，目前韩国某钢厂120吨电炉应用的竖炉预热可以将废钢预热到800℃，是目前世界上预热温度比较高的电炉。
电炉炼钢造泡沫渣能够节能，因此，电炉主要通过优化泡沫渣节能。韩国的电炉采用新的传感器检测泡沫渣的一些重要参数，如泡沫渣的高度和充气量等。另外，还要考虑气泡的形成机理和破裂机理。优化炉渣结构有很多技术研究工作要做，如利用氯化泡沫渣降低电炉消耗，并考虑怎样回收炉渣中的潜热。“优化泡沫渣还要考虑电炉的冷却系统、电炉的密封技术、电炉炉底吹气、改善动力学条件等，利用这些相关技术系统解决电炉炼钢的能耗问题。”Dong Joon MIN补充道。
生产纯净钢需要动态精炼，就是通过电化学反应和电化学板控制夹杂物和钢水的界面反应。精炼的钢铁反应是非平衡反应，所以要了解精炼的机理。韩国的目标是通过电化学方法控制夹杂物和钢水的界面反应，使得钢中五大有害元素的总量小于55ppm。“为了完成这个目标，韩国炼钢精炼的着力点在脱氧、防止钢水污染和控制夹杂物。”
钢水复合脱氧的理论基础是氧、硅、铝的三元平衡，因而脱氧有个界限。韩国开发的新工艺是要把氧脱得更低，其主要方法就是研究钢铁主要夹杂物的形态和形成机理，并控制夹杂物的形态。炼钢时不同的脱氧工艺有不同的夹杂物形态演变，韩国尝试用电化学方法控制夹杂物，基于脱氧的热力学，主要采用渣洗的办法净化钢水。
韩国的实验室规模电化学脱氧研究是将一个电极通到钢水中去，让夹杂物在通直流电的情况下分解。夹杂物的氧化物界面上有一个正离子，电极通电之后，该正离子分解。例如三氧化二铝夹杂物由铝离子和氧离子组成，电极通电以后，离子分解使夹杂物去除。这种方法是让一些稳定的氧化夹杂物分解，解决夹杂物界面脱氧问题。实验结果显示，过去的脱氧界限约为10ppm，实验室研究可以降到2ppm。因此，该技术有望将来进行商业化应用。
另外一个新的技术研究是让钢水经过渣层过滤，即钢水首先经过中间包渣膜（渣的熔层）进行过滤。该技术借鉴了电渣的技术，相当于把电渣技术移植到中间包中去。尺寸较大的一些夹杂物经过渣层时被渣溶解了，钢水经过渣层然后被净化。“但是，这个渣层采用什么样的成分是非常重要的，需要认真研究。”
此外，钢水与耐火材料反应会污染钢水，产生不利的杂质，如耐火材料中的氧化镁会分解进入到钢水中。因此，采用不同的耐火材料也非常重要，要研究钢水和耐火材料的反应，防止耐火材料污染钢水。
“韩国通过研发新钢种应对新的市场要求，而主要突破口就是开发高锰钢。”Dong Joon MIN表示。
据了解，高锰钢也被称为超级钢，其在抵抗磨损的同时，由于其极强的韧性，可以抵抗剧烈的冲击负荷，其安全性、可靠性是其他材料无法相比的。高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，而芯部仍保持极强的韧性，这种外硬内韧、既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的。此外，高锰钢还具有抗氢致裂纹的耐腐蚀性能。
“因此，高锰钢能够满足用户新的用钢要求。”Dong Joon MIN介绍说，韩国高锰钢的生产工艺包括高炉生产铁水和锰铁的生产，然后把铁水和液态锰铁均匀混合后放入转炉中进行冶炼。该工艺的关键是锰铁熔化后在炉中的保温，保温过程中要防止锰被氧化、防止锰的挥发损失和防止吸收空气中的氮进入钢水。因为氮含量过高对高锰钢的性能会产生影响。为了达到以上目的，研究开发人员在锰铁上面造了一层渣，用渣层防止空气对锰铁的污染。目前，韩国已经完成了对锰铁保护覆盖渣的研究。
对于未来材料的发展和其他材料对钢铁材料的挑战，Dong Joon MIN认为，新材料（如镁、铝、塑料等）不能够替代钢铁材料，因为钢铁是环境友好型材料，可以长期循环使用。此外，钢铁材料的寿命比较长，因而钢材的潜力无限。
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