鋼、鐵一般都采用高溫冶金方法冶煉。鋼鐵冶煉機(jī)械包括煉鐵的高爐及其配套機(jī)械、煉鋼的平爐和轉(zhuǎn)爐、電弧爐、爐外精煉設(shè)備、鑄錠設(shè)備以及冶金車輛等。高爐及其配套機(jī)械 將鐵礦石或人造富礦連續(xù)煉成生鐵的鼓風(fēng)豎爐稱為高爐。它的外形像一個堅式的圓筒，由耐火材料及金屬殼體組成,為高爐及其配套機(jī)械的布置。原料從貯礦槽經(jīng)稱量后由高爐機(jī)械的料斗或帶式輸送機(jī)送到爐頂，分批均勻地置入爐內(nèi)。經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱的空氣由風(fēng)口鼓入爐內(nèi)，使燃料燃燒加熱爐料并使之分解和還原，從而得到生鐵。鐵水從出鐵口放出，經(jīng)鐵水溝和流嘴進(jìn)入鐵水罐中，運(yùn)往鋼廠或由鑄鐵機(jī)鑄成鐵塊。從爐頂導(dǎo)出的煤氣，經(jīng)煤氣凈化系統(tǒng)處理后可作為燃料。為強(qiáng)化冶煉，除采用外燃式熱風(fēng)爐提高風(fēng)溫、加大風(fēng)量或采用綜合鼓風(fēng)（包括噴吹燃料、富氧鼓風(fēng)和脫濕鼓風(fēng)）外，提高爐頂壓力也能增加產(chǎn)量和降低焦碳消耗。新建的高爐廣泛采用鐘閥密封式或無料鐘式高壓爐頂。采用無料鐘式高壓爐頂后，爐頂高度和重量均可相應(yīng)降低一半左右。高爐容積也達(dá)5500米3左右（日產(chǎn)生鐵1萬余噸）。高爐生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化,要求有較高的機(jī)械化和自動化程度,須采用開、堵出鐵口機(jī)和換風(fēng)口機(jī)等配套高爐機(jī)械。煉鋼平爐按結(jié)構(gòu)形式可分為傾動式和固定式兩種。傾動式平爐因熔煉室可前后傾動，具有操作靈活和分罐出鋼的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故一般均采用固定式平爐。固定式平爐的特點(diǎn)與傾動式平爐相反。平爐熔煉范圍一般為100～650噸。20世紀(jì)70年代開始采用埋入式氧槍，加大供氧強(qiáng)度，縮短了冶煉時間.煉鋼轉(zhuǎn)爐鼓入空氣或工業(yè)純氧，使氧氣與液態(tài)鐵水中的碳、硅、錳等元素氧化，以調(diào)整鋼水的化學(xué)成分，并利用氧化時產(chǎn)生的熱量來煉鋼的設(shè)備。鼓入空氣的轉(zhuǎn)爐，因煉出的鋼質(zhì)量差,已較少應(yīng)用。圖2為轉(zhuǎn)爐的外形及其配套機(jī)械。煉鋼所需的造渣劑可從爐頂料倉卸下，經(jīng)稱量后通過密封料倉和流槽加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)。整個轉(zhuǎn)爐爐體由圓環(huán)形托圈支承，托圈兩端的軸由軸承支承。托圈軸與傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)接后能使?fàn)t體繞軸線作360°回轉(zhuǎn),以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐加料、出鋼、出渣等工藝要求。轉(zhuǎn)爐傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有落地式、半懸掛式或全懸掛的多點(diǎn)嚙合式等，以全懸掛的多點(diǎn)嚙合式較為普遍。為了提高轉(zhuǎn)爐爐座利用率，轉(zhuǎn)爐爐體也可做成更換式的。 為了防止環(huán)境污染和節(jié)約能源，在冶煉時從轉(zhuǎn)爐爐口逸出的、含有較多煙塵和大量CO高溫爐氣，經(jīng)余熱利用煙道生產(chǎn)蒸汽，又經(jīng)過能回收CO和降低煙氣含塵量的除塵系統(tǒng)，使煙氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)爐依氧氣噴口在爐體的位置不同可分為頂吹、底吹和側(cè)吹幾種，但側(cè)吹轉(zhuǎn)爐應(yīng)用較少。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在爐口插入水冷氧槍（噴口）供工業(yè)純氧，并以超音速氣流噴入熔池進(jìn)行攪拌和反應(yīng)。吹轉(zhuǎn)爐的容量已達(dá)400噸,并有更大型的轉(zhuǎn)爐正在籌建中。底吹轉(zhuǎn)爐的噴口設(shè)置在爐底，噴口數(shù)目可根據(jù)工藝要求而定。噴口型式有透氣（或毛細(xì)管式）耐火磚和同心套管式兩種。為延長同心套管式噴口壽命，套管之間的環(huán)縫可噴入碳?xì)浠衔镒鳛槔鋮s介質(zhì)，噴口也可在噴入氧氣流時帶入粉狀造渣劑提前化渣去除硫、磷。底吹轉(zhuǎn)爐較適用于高磷鐵水的冶煉。頂吹轉(zhuǎn)爐上結(jié)合底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，將部分氧氣或惰性氣體從爐底噴入，便成為頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐，效果較好。為了適應(yīng)氧化轉(zhuǎn)爐快速操作和環(huán)境保護(hù)的要求，現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐還配有相應(yīng)的裝料、出鋼、出渣、渣處理、煙氣凈化、污水處理和綜合利用等配套設(shè)備，同時也采用計算機(jī)控制，以提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。電弧爐利用電能通過石墨制的電極與金屬爐料之間產(chǎn)生電弧所生成的熱量進(jìn)行熔化爐料。電弧爐由爐體、傳動裝置、供電系統(tǒng)和控制設(shè)備等組成。爐體結(jié)構(gòu)依裝料形式不同，可分為爐身開出式、爐蓋旋轉(zhuǎn)式和爐蓋開出式幾種。為了出鋼方便，整個爐體可作前后傾動。電極的夾持和升降機(jī)構(gòu)安裝在爐體的側(cè)面,為了調(diào)整電弧長度,升降機(jī)構(gòu)能自動調(diào)節(jié)。為了提高鋼的質(zhì)量，常在爐底下部裝設(shè)電磁攪拌器，使鋼流按需要方向流動。電弧爐容量一般為10～360噸。為了提高生產(chǎn)能力和縮短熔煉時間，電弧爐正向超高功率方向發(fā)展。爐外精煉為提高鋼液質(zhì)量，可將煉鋼爐初煉的鋼液在煉鋼爐外精煉。爐外精煉有真空脫氣、鋼包精煉、噴射冶金等方法。① 真空脫氣:利用氣相壓力降低而使鋼中溶解的氣體析出。真空脫氣有座包脫氣法、滴流脫氣法、提升除氣(D-H)法、循環(huán)除氣(R-H)法等。提升除氣法和循環(huán)除氣法應(yīng)用較為普遍。提升除氣法 是靠真空室和鋼水罐的垂直往復(fù)相對運(yùn)動，使鋼液分批進(jìn)入負(fù)壓 66.6～133帕的真空室處理，小批量的鋼液吞吐過程即為除氣攪拌過程，處理容量約為鋼水罐容量的1/12～1/6。提升除氣法的真空室頂部裝有電熱裝置,可減少鋼液的溫度降。在處理后期，可通過特殊的合金料罐加入鐵合金。循環(huán)除氣法 是將真空室下端的二根管子插入鋼液中進(jìn)行，先在左側(cè)的上升管內(nèi)導(dǎo)入少量氬氣或其他惰性氣體。氣體經(jīng)鋼液高溫加熱而產(chǎn)生熱膨脹，不斷膨脹的向上流動的氣體使鋼液上升進(jìn)入真空室而濺成微粒，從而獲得充分除氣，除氣后的鋼液沿右側(cè)下降管流回鋼水罐，使鋼液在罐內(nèi)充分?jǐn)嚢?。?jīng)循環(huán)除氣后的鋼液純度高，溫度和成分也較均勻。真空室可容鋼量約為1～2噸。整個設(shè)備支承在平行的四聯(lián)桿機(jī)構(gòu)上，能在不同容量的鋼水罐上工作。② 鋼包精煉:將鋼液電弧加熱、真空脫氣、吹氬或電磁攪拌、合金化、脫硫等多種工藝均移入鋼包內(nèi)進(jìn)行的精煉方法。③ 噴射冶金:將粉狀精煉劑，合金劑以流態(tài)化狀態(tài)吹入鋼液內(nèi)部的精煉方法。主要設(shè)備有噴粉罐和可升降的噴槍架等。鑄錠設(shè)備將鋼液鑄成坯錠的設(shè)備。鑄錠分為鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種工藝。連續(xù)鑄錠能提高鋼材成材率，降低能耗，簡化傳統(tǒng)的鋼錠模鑄錠的準(zhǔn)備和脫模等工序,為鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)連續(xù)化創(chuàng)造條件。圖7為連續(xù)鑄錠的工藝流程和設(shè)備。設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)型式有立式、立彎式、弧式和水平式等，以弧式應(yīng)用較為廣泛。熱狀態(tài)下設(shè)備變形和防止漏鋼是設(shè)備制造和操作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了加快處理漏鋼事故，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)能迅速整體吊裝更換。連續(xù)鑄錠的發(fā)展趨向是：提高澆鑄速度和設(shè)備利用率，快速變換結(jié)晶器的斷面尺寸，用計算機(jī)控制提高連續(xù)澆鑄能力等。有色金屬的火法冶煉機(jī)械在高溫條件下利用燃燒或電產(chǎn)生的熱能，將礦石或精礦中的金屬分離并提煉出來的機(jī)械。表列出主要的有色金屬冶煉設(shè)備及其特點(diǎn)。此外尚有感應(yīng)電爐、電弧爐、真空自耗電爐、電子束熔煉爐、等離子熔煉爐等，以及類似于電化學(xué)設(shè)備的電解熔煉槽和熔鹽電解槽等。

鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)有三個流程，即高爐轉(zhuǎn)爐流程、電爐流程、特種熔煉。高爐、轉(zhuǎn)爐流程稱為長流程，生產(chǎn)的鋼稱為轉(zhuǎn)爐鋼，它是以鐵礦(590, -14.50, -2.40%)石和焦炭(1872, -37.50, -1.96%)為主要原料冶煉成鐵水，再由轉(zhuǎn)爐冶煉成鋼；電爐流程稱為短流程，生產(chǎn)的鋼稱為電爐鋼，它以廢鋼為主要原料冶煉成鋼。1工藝技術(shù)的比較分析轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程是鋼鐵冶金行業(yè)兩個主要流程，其在煉鋼方面的主要差別在于：1) 所用主要鋼鐵料不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要以鐵水為主要原料，還有一般15%左右的廢鋼，近一年多時間，由于廢鋼價格低，噸鋼利潤較高為轉(zhuǎn)爐煉鋼用高比例的廢鋼消耗提供了條件，廢鋼消耗比例大幅提高，有的甚至高達(dá)40%，但存在轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量不足的問題，解決轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量問題是提高廢鋼比的關(guān)鍵；電爐煉鋼主要以廢鋼為主要原料，還有鐵水(生鐵)、直接還原鐵，脫碳粒鐵、碳化鐵及復(fù)合金屬料等廢鋼替代品。2) 主要能源不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是鐵水的物理熱和化學(xué)熱；電弧爐煉主要是電弧的物理熱，廢鋼預(yù)熱的物理熱、加鐵水帶來的部分物理熱和化學(xué)熱。3) 主要操作目標(biāo)不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼是在給定的時間內(nèi)完成脫碳、脫磷及溫度控制的冶金操作，實(shí)現(xiàn)成份（碳、磷）及溫度的命中；電爐煉鋼是在全廢鋼的條件下，在給定的時間內(nèi)完成廢鋼的升溫、熔化和過熱等，加鐵水等廢鋼替代品的情況下，也有部分脫碳的要求。另外電弧爐煉鋼可分別控制成分和溫度。4) 工藝技術(shù)進(jìn)步的方向不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是通過包括提高供氧強(qiáng)度的高效吹煉技術(shù)、碳及溫度中率的全自動化吹煉技術(shù)、不倒?fàn)t出鋼的快速出鋼技術(shù)、采用爐外處理和鐵水預(yù)處理減輕轉(zhuǎn)爐冶金負(fù)荷等措施，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高效化；通過接近平衡的冶煉工藝、高效脫磷工藝、出鋼擋渣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的潔凈化，通過少渣冶煉與爐渣返回、使用合金元素熔融還原(Cr、Mn)礦、干法除塵用水減量化,煤氣余熱回收等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本及負(fù)能煉鋼。電爐煉鋼主要是通過強(qiáng)化供能（包括強(qiáng)化供電和輔助能源），采用“環(huán)境友好型” 廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱廢鋼和加鐵水工藝，增加物理熱和化學(xué)熱；采用不開爐蓋及出鋼時仍能通電的連續(xù)冶煉技術(shù)，有效地減少非通電時間；50%左右或更高的大留鋼量平熔池冶煉技術(shù)，減少冶煉過程電弧輻射對耐火材料的損害；降低電極消耗。以上技術(shù)的應(yīng)用，縮短冶煉周期，實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)，降低噸鋼能耗。5) 冶金質(zhì)量方面的差異。鋼中的殘余元素(Cu、Ni、Mo、As、Sb、Bi、Sn)不同，電弧爐煉鋼由于廢鋼多次循環(huán)使用，造成鋼中殘余元素含量高；鋼中氮含量不同，電弧爐煉鋼由于電弧區(qū)空氣電離增氮及原料中氮含量高，造成鋼中氮含量高。

冷卻煙道主要技術(shù)方案是在管道的外壁安裝散熱翅片，在管道外套接外套管，在外套管的一端利用風(fēng)管連接軸流風(fēng)機(jī)，在外套管的另一端設(shè)置排氣口。所述風(fēng)管以傾斜狀與外套管連接，風(fēng)管的出口面對外套管上安裝有排氣口的一端。在外套管上連接噴嘴組件，噴嘴組件中的噴嘴面向外套管與管道間的空腔，噴嘴組件利用接管與供水管連接。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道，包括位于轉(zhuǎn)爐爐口上方的活動煙罩，活動煙罩上部與爐口固定段煙道下部相連接，爐口固定段煙道上部與中間段煙道下部通過密封伸縮連接裝置相連接，中間段煙道上部與末端煙道相連接，爐口固定段煙道與中間段煙道之間存在安裝間隙，安裝間隙中設(shè)置有環(huán)形水箱，環(huán)形水箱上設(shè)置有進(jìn)水管和出水管。上述的轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道中設(shè)置了能遮擋爐口固定段煙道和中間段煙道之間安裝間隙的環(huán)形水箱，使熾熱紅渣不易進(jìn)入由爐口固定段煙道、中間段煙道、密封伸縮連接裝置圍成的腔室中結(jié)渣。

廢鋼是鋼鐵工業(yè)的綠色原料轉(zhuǎn)爐煙道制作專業(yè)咸寧，隨著取締“地條鋼”和國家對環(huán)保的嚴(yán)格要求，各大鋼鐵企業(yè)都在大力提高廢鋼比。目前，我國電爐鋼的比例還不到10%，轉(zhuǎn)爐流程仍是我國產(chǎn)鋼的主流程，因此有必要開發(fā)高效、清潔的轉(zhuǎn)爐流程提高廢鋼比技術(shù)。目前，轉(zhuǎn)爐流程大生產(chǎn)中采用的提高廢鋼比的手段主要有：廢鋼預(yù)熱（鐵水包預(yù)熱、轉(zhuǎn)爐爐前及爐后預(yù)熱等）、轉(zhuǎn)爐加入補(bǔ)熱劑（焦炭、焦丁、FeSi、SiC等）。但上述兩類提高廢鋼比的技術(shù)均有一定的不足：前者需要專門的加熱設(shè)備轉(zhuǎn)爐煙道制作專業(yè)咸寧，后者往往以犧牲鋼水質(zhì)量為代價。此外，國外還開發(fā)了KMS工藝，但因存在噴粉元件壽命短等不足，并沒有在大生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因此，如何在不污染鋼液的前提下提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，已成為亟須解決的關(guān)鍵共性難題。此外，單轉(zhuǎn)爐超40%的大廢鋼比技術(shù)也一直是冶金工作者關(guān)注的熱點(diǎn)課題。 轉(zhuǎn)爐二次燃燒氧槍是一種在不污染鋼液的前提下提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的技術(shù)。二次燃燒氧槍是在傳統(tǒng)煉鋼氧槍的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計合理的副孔，使主孔射出氧氣射流進(jìn)行脫碳反應(yīng)，利用副孔射出的氧氣射流與爐內(nèi)一氧化碳燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使轉(zhuǎn)爐自身熱量得到較充分利用，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比。盡管國內(nèi)外已對轉(zhuǎn)爐二次燃燒氧槍技術(shù)進(jìn)行了大量研究，且有的已達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平，但目前國外關(guān)于該技術(shù)在大工業(yè)生產(chǎn)中規(guī)模化應(yīng)用的報道很少，而國內(nèi)目前還未見該技術(shù)的大生產(chǎn)規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，轉(zhuǎn)爐煙道制作專業(yè)有必要對二次燃燒氧槍技術(shù)進(jìn)行深入研究并使其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。本文首先進(jìn)行了提高廢鋼比的轉(zhuǎn)爐二次燃燒氧槍技術(shù)大生產(chǎn)規(guī)?；瘧?yīng)用研究；在此基礎(chǔ)上，基于二次燃燒氧槍技術(shù)，研究者提出了一種廢鋼比超過40%的單轉(zhuǎn)爐大廢鋼比技術(shù)，并通過大生產(chǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證了其大生產(chǎn)應(yīng)用的可行性，為其大生產(chǎn)規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。