一、采用高炉氧气喷吹和优质高炉热煤气发电
众所周知，冶金过程的大发展与高炉热风炉的发展是分不开的，而现在又出现了一种更高效率的换热过程，即高效率的冷箱分离技术，它使空气分离的效率大大提高。目前的大型制氧机，制得一立方米氧气仅需0.4度电，每度电的费用约在0.5元左右。高炉的热风炉目前主要是靠气相－固相、固相－气相的两次传热过程，来实现气相（燃烧尾气）－气相（热风）间的传热任务。气体－固体、固体－气体的传热系数一般都很低，大约在10－30大卡/平方米/小时之间。如果每次热效率按50%计算，两次传热的效率大约为25%。也就是说，虽然高炉燃烧尾气中的热量可以得到一些回收，但是由于气相—气相间的传热效率很低，因此总体热量利用率仍然不高。一般在高温过程中总会有大量的余热，多以低压水蒸气的方式回收。在冶金厂中，由于回收的低压水蒸气没有足够的用途，所以低位势热能的浪费也很大。但是，当用氧气炼铁时，为防止氧气喷入时火焰区温度过高，可以同时喷入这些低压水蒸气来回收热量。这样许多回收的低位势热能，都可以自然地转变到高位势来应用。除此之外，由于用氧后的高炉尾气中完全不含惰性气体氮，煤气的热值较高，可以直接用来进行燃气发电，估计发电量大约可在300-400度/吨铁左右。
二、全部实行高炉炉料的冷态加工和冷态进料
目前高炉均采用精料方针。为了实现精料，热风、烧结矿、焦炭都需要耗费很多的热量和投资，即加热－冷却，再加热－再冷却。其过程温度示意图如下：如果高炉全部采用冷态进料，那么肯定会节省大量的热能，从而降低进料成本。前述的烧结和炼焦两个加热过程，需要先加热后再冷却，主要是因为冷球团在高炉的移动床中，在加热下移过程中产生破碎，妨碍下料顺行。至于高炉的热风，靠几乎全部尾气中的潜热都不太够，有时甚至还需要补充一些高热值燃气。为解决冷球团在过程中的破碎问题，我们建议采用模拟移动床的技术。这种技术最初主要是在石油化工中应用，将对二甲苯与其它两个临、间－二甲苯经济地进行分离。以后在很多过程中，都在使用这种模拟移动床的技术。它的流程是将冷态的固体粉末混匀后，利用无机或有机粘接剂，变为冷球团。利用高炉的上升热气流CO+H2+CO2+H2O，将其在固定床中进行烧结和还原，因此会节省很多的热能。在模拟移动床中，所有的固体都不移动，只有气体在其中穿行，进行逐步加热升温。其原理是在高炉上部准备一组加料预还原反应器，可以有二、三个或多个。例如，在一组三个加料预还原反应器中都装入冷球团。第一个反应器直接从下部引进高炉热气体，进行加热反应；第一个反应器的出口气体，进入第二个反应器，以后依次交叉进行；第三个反应器，其操作稍微复杂一些，除预热、反应外，还需进行卸料和上料，即将已经还原好的热炉料推入高炉，然后更换新的加料预还原反应器。三个加料预还原反应器依次进行轮换。它可以做到三个预还原反应器内的固体物料在加热时都不进行移动，便可以解决高炉移动床炉料移动时的破碎问题。模拟移动床与高炉的连接参见示意图3这样的高炉反应器，也可以称为模拟移动床与高炉移动床联合反应器。从理论上看，也有可能将非炼焦煤与铁矿粉按合适的比例混合在一起，模仿铁焦的过程，成为冷球团，加热预热后，再进入高炉炼成生铁。
三、采用高磷铁矿石后，可以同时副产钢渣磷肥和发电
为了帮助冶金行业解决目前存在的问题，我们根据叶渚沛院士关于高磷生铁冶炼的创造性思维，再进行一些探讨。100多年前，欧洲人即利用含磷铁矿石，用空气底吹转炉（托马斯法），炼出了合格的钢材。60多年前，我们的前辈叶渚沛院士就提出了利用氧气顶吹转炉炼钢及综合利用含磷铁矿石的设想，将含磷2%左右的生铁，利用氧气顶吹转炉的双渣法，吹炼成合格的优质钢材，其副产的钢渣磷肥含P2O5约20%－25%。在1960－1964年期间，他的这个设想，在中科院化工冶金所（即现在的过程工程研究所）300公斤以及1.5吨氧气顶吹转炉上得到了试验验证。目前世界各国都愿意使用富铁矿和杂质很少的矿石，但它在南半球的分布较广，而北半球相对较少。特别是当南半球的矿产出现价格大幅度上升时，采用模拟移动床与高炉移动床联合反应器，在含有高磷铁矿的地区，经济上应该是有可能成立的。如果能够采用我国以及北半球存在的大量高磷铁矿进行生铁冶炼，同时副产钢渣磷肥，那么，钢铁工业的矿石原料成本，会由于本国资源、副产钢渣磷肥、高炉煤气发电、节约电能等几个因素，使我国钢铁工业的原料成本大幅度下降。1962－1964年，叶渚沛院士曾提倡利用双渣法操作，在化工冶金所300公斤和1.5吨氧气顶吹转炉上的实践结果表明，可以将含磷2%左右的生铁冶炼出合格的钢材（P≤0.05%），它改变了人们认为只有欧洲托马斯法（即底吹转炉方法）才能冶炼高磷生铁的认识。现在大量开采的优质铁矿，其冶炼生铁的含磷量只允许≤0.2%。所以当我们采用国产高磷铁矿石时，单纯依靠选矿方法使其达到要求，可能会有困难。它不但会导致铁矿的实收率下降、成本上升，而且在深度选矿后，炼钢炉渣中的P2O5含磷量过低，也难于作为钢渣肥料使用。如果只进行一般性选矿，生铁中磷含量约在1.5－2.0%左右。商业生产时，商品钢渣磷肥中的P2O5可能达到20－25%，甚至更高一些。这种弱碱性的钢渣磷肥，比较适用于我国南方的酸性土壤。在目前的大型转炉上，若使用双渣方法冶炼，可能会有一些困难。建议大型转炉生产时，采用双联方法。即：前一个炉子将钢中磷含量降到≤0.2-0.4%，同时生产钢渣磷肥；后一个炉子将钢中磷降到≤0.03%。后一个炉子的高钙高氧化铁的炉渣，可全部倒入前一个炉子供脱磷使用，成为钢渣磷肥。这样就可以既得到优质钢水，又可得到优质钢渣磷肥。至于钢水的收率，由于前期脱磷余热较多，厂内废钢使用量可以增加一些，所以钢产量并不会有所降低，副产的钢渣磷肥约为150－200公斤/吨钢。
四、利用再循环方法充分利用含有价金属的复合矿
我国很多铁矿石中均含有一些有价值的金属，如含钒钛铁矿、含稀土铁矿、含鈮、含硼等铁矿。这些矿石在进行冶炼时，必需合理地安排回收和利用高产值的伴生金属。对于多处的含钒钛铁矿，一方面应该充分回收和利用有价金属，一方面应该减少对钢铁冶炼产生的不利影响。例如对于低磷含钒生铁，除了充分利用钢水中剩余的0.03－0.05%左右的金属钒，还需要尽力开发一些含钒的低合金钢新品种，必要时可以配加一些有关的合金元素，炼成低合金钢，提高其产品的价值。对于含磷较高的钒钛铁矿，需要在吹炼前期，得到含磷不高时的吹出钒渣，以后利用湿法进行提钒过程。关于金属钛的开发，需要与其它含钛铁矿的提钛流程进行技术经济的比较，需要依靠科研和市场经济规律共同决定。对于含大量稀土的铁矿石的开发，应以稀土的需要量来确定铁矿的开发规模。因为稀土的价值正随着其用途的不断扩大，逐步显露出来。至于当铁矿中含有一些有价元素，例如鈮、硼、釷等，如果一时还难于找出合理的回收方法，最好先将之作为一种潜在资源，当有一定的结果后再开始开发。
五、钢材轧制过程向下游延伸和扩展
我国的钢铁产量很大，支撑着国内外大量用户的需求。面对钢铁产品的世界性竞争，我们要提倡更深入地“为用户服务”，不但要及时供应各种钢材，而且应尽可能将轧钢的加工过程延伸到最终用户的加工厂去。这种延伸服务有两个方面：一是钢铁厂的轧钢部分向更深度加工发展，例如薄板坯连铸、特重和特长物件的直接供应等。二是向为用户的深度服务延伸，至少可代替下游客户许多的原料准备车间。例如：大批机器包装箱的特定形状的金属框架；大型复杂形状桥梁型钢的预加工；大型建筑预制板的钢结构、造船钢材的预加工处理等。总之，一切对于钢铁厂方便的加工过程都可以延伸和扩展。对于钢铁厂，其优势一是钢铁厂处理钢铁材料，比任何用户都具有设备上的优势，并且数量巨大；二是处理后的钢产品的废边角料，都可以在本厂内返回炼钢炉，这种废钢质量好，不需要远途运输；三是对于用户来讲，可以省去包装厂或钢材预处理车间以及无谓的运输环节。这种向后步工序延伸服务的方式，对于一些高级合金钢的厂方，既节省贵重材料，又方便用户，尤为有利。对于我们社会主义的国家来讲，推进上述服务方式，可能会更方便些。总之，我们过去“钢铁元帅升帐，其它服务行业站立两旁”的时代结束了。目前正需要向另一个方向转化，即钢铁工业需要“进一步延伸向国内外各个行业，进行更深度的、优质的和及时的服务”的全新时代。
作者：许志宏 王志 赵月红 艾菁 单位：中国科学院过程工程研究所
