本書詳細介紹了鋼液爐外精煉過程中脫氧、脫硫、脫氮、脫氫、脫碳等化學反應機理, 合金、精煉渣和耐火材料對鋼液潔凈度的影響。重點論述了鋼中非金屬夾雜物的生成的熱力學和動力學機理, 鈣處理改性夾雜物機理以及鋼-渣-夾雜物間的相互作用動力學, 并且結合實際鋼種介紹了IF鋼、軸承鋼、管線鋼、簾線鋼和高硫鋼中夾雜物的控制。此外, 本書還介紹了爐外精煉的主要工藝過程和主要工藝設備。
鋼鐵工業(yè)是重要的基礎原材料產(chǎn)業(yè),是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),是我國新時代經(jīng)濟發(fā)展的有力支撐,在國家現(xiàn)代化進程中發(fā)揮著不可替代的作用。1949年,中國鋼產(chǎn)量僅為15.8萬噸,占世界鋼鐵產(chǎn)量的0.1%,當時我國只能冶煉100多個鋼種。2021年,中國鋼鐵產(chǎn)量為10.33億噸,達到了世界鋼鐵產(chǎn)量的50%以上,我國大多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品已穩(wěn)步進入國際第一梯隊,只有少數(shù)關鍵鋼種還不能穩(wěn)定生產(chǎn)。中國已經(jīng)是名副其實的鋼鐵大國,正在向鋼鐵強國的發(fā)展道路上不斷拓進。
近年來,我國鋼鐵工業(yè)取得了長足的進步,在世界鋼鐵工業(yè)中占有重要地位。然而,我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)仍然存在著部分“卡脖子”關鍵鋼種依賴進口、低水平及落后產(chǎn)品仍占一定比例、鋼鐵新材料關鍵技術有待突破等問題。同時,下游產(chǎn)業(yè)向高端化發(fā)展,對鋼鐵產(chǎn)品的性能、質量穩(wěn)定性都提出了更高的要求。爐外精煉是鋼鐵產(chǎn)品質量穩(wěn)定提升的重要技術手段,對實現(xiàn)中國鋼鐵工業(yè)的持續(xù)綠色化、低碳化、智能化發(fā)展,以及促進鋼鐵產(chǎn)品向高質量轉型升級具有重要作用。目前,中國已經(jīng)擁有了世界一流的鋼鐵制造裝備,開展鋼鐵制造相關基礎理論和關鍵技術的自主創(chuàng)新具有重要意義。
爐外精煉是指在鋼包鋼液內(nèi)進行物理和化學反應,使鋼液的潔凈度進一步提升,控制非金屬夾雜物形態(tài)和數(shù)量,并使鋼液的化學成分和溫度達到要求,實現(xiàn)對最終產(chǎn)品質量和性能的控制。在高品質鋼制備過程中,爐外精煉是鋼中雜質元素和非金屬夾雜物控制的主要工序之一,是鋼鐵產(chǎn)品質量穩(wěn)定提升的關鍵環(huán)節(jié)。爐外精煉最早開始于煉鋼廠生產(chǎn)現(xiàn)場鋼包之間、鋼包到鑄錠之間的真空脫氣工藝。在20世紀50年代,隨著大功率蒸汽噴射泵技術的突破,發(fā)明了鋼包提升脫氣法(DH)及循環(huán)脫氣法(RH)。20世紀60~70年代,為了滿足高質量鋼種的要求,產(chǎn)生了各種精煉方法。20世紀80~90年代,隨著連鑄的快速發(fā)展,爐外精煉功能發(fā)展為滿足連鑄坯對質量要求,匹配煉鋼爐與連鑄的銜接。近年來,綠色化、智能化、精準化、高效化、低成本化成為爐外精煉發(fā)展的主要趨勢。
40年來,國內(nèi)外出版了《爐外精煉》相關的著作和教材,很多學者也對爐外精煉技術的進步進行了綜述。然而,由于國外高校教授主要從事基礎研究,其編寫的《爐外精煉》教材更側重于冶金原理,對于爐外精煉設備和工藝相關內(nèi)容涉及較少。國內(nèi)高校教授有良好的產(chǎn)學研合作實踐經(jīng)驗,然而,現(xiàn)有的國內(nèi)《爐外精煉》教材更側重于精煉設備和工藝特點的介紹,對爐外精煉相關熱力學和動力學理論涉及較淺。因此,有必要編寫一本理論與實踐相結合的《爐外精煉》教材,提升我國高校學生的理論基礎和實踐水平。
張立峰教授多年來一直從事爐外精煉基礎理論和工業(yè)實踐相關研究,在美國、挪威、日本和德國的多所著名大學從事教學和科研十四載,取得了豐碩的研究成果。國外期間,張立峰教授心系祖國,與國內(nèi)科研院所和鋼鐵企業(yè)一直保持著密切聯(lián)系。他于2012年初回國后開展了大量企業(yè)項目和國家項目研究,成果在多家大型鋼鐵企業(yè)得到了應用。
張立峰教授結合多年的爐外精煉相關理論基礎、實踐經(jīng)驗和文獻調研,撰寫了新版的《鋼液爐外精煉的基礎理論與工業(yè)實踐》教材。首先,教材重點介紹了鋼液爐外精煉過程中的脫氧、脫硫、脫氫、脫氮、脫碳等主要化學反應;其次,介紹了合金、精煉渣、耐火材料等物料對鋼液爐外精煉效果的影響;然后,總結了爐外精煉過程中鋼中非金屬夾雜物的表征、形核、長大、改性、去除、利用;接著,闡述了爐外精煉過程中出鋼、加熱、攪拌、脫氣的主要工藝過程,以及LF、VD、VAD、RH、CAS-OB、VOD、AOD、OMVR等爐外精煉的主要反應器;最后,對爐外精煉過程中智能制造和廢鋼應用等重點領域進行了展望。
讀過張立峰教授撰寫的《鋼液爐外精煉的基礎理論與工業(yè)實踐》以后,我感到十分欣喜。與其他教材相比,這本教材有如下幾個特點:(1)教材內(nèi)容強化爐外精煉基礎理論,通過大量的熱力學和動力學公式推導,幫助讀者掌握爐外精煉過程的基本原理。(2)綜述凝練了大量的國內(nèi)外爐外精煉先進研究結果,幫助讀者了解國內(nèi)外爐外精煉的發(fā)展趨勢和技術前沿。(3)補充了爐外精煉相關生產(chǎn)實踐案例,幫助讀者學習不同鋼種爐外精煉的技術關鍵。(4)大幅加強例題和習題的計算內(nèi)容,打破了以往問答題的習題模式,以爐外精煉生產(chǎn)實踐過程中的具體問題命題,應用爐外精煉基礎理論揭示和預測了爐外精煉的基本過程。
新版《鋼液爐外精煉的基礎理論與工業(yè)實踐》教材內(nèi)容涵蓋了爐外精煉相關基礎理論、技術工藝和生產(chǎn)裝備,教材內(nèi)容與時俱進,內(nèi)容新穎、層次清晰,對推動中國煉鋼技術進步和鋼鐵冶金人才的培養(yǎng)具有重要意義。在此,我鄭重地向國內(nèi)的煉鋼工作者朋友們推薦此教材。教材內(nèi)容深入淺出,不僅適用于冶金院校煉鋼知識的教學,也可為我國鋼鐵冶金領域從事科研、生產(chǎn)的科技工作者以及企業(yè)、研究院和高校的管理人員提供有益的參考。