关于高温低氧燃烧技术的原理以及国内外应用情况
蓄热式高温空气燃烧技术的应用吴道洪 欧俭平 谢善清 杨泽耒 王汝芳 萧泽强关键词：蓄热室，高温空气，换向阀，燃烧，氮氧化物 摘要：本文简述了蓄热式高温空气燃烧技术的原理、技术优势以及在我国的应用前景，着重介绍我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究进展及其在我国工业加热行业的推广应用与发展情况。 1 前言 高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术，在西欧一些国家简称为HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技术，亦称为无焰燃烧技术(Flameless combustion)。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度(体积)气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高达95%，热回收率达80%以上的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰。它具有高效节能和超低NOX排放等多种优点，又被称为环境协调型燃烧技术[1-2]。 高温空气燃烧技术自问世起，立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益[3]。 2 HTAC技术的发展 国内外各种工业炉和锅炉的节能技术发展都经过了废热不利用和废热开始利用的两个阶段。在最原始的年代，炉子废热不利用，炉尾烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在30% 以下，如图1所示。 从六七十年代开始，国内外较普遍地采用了一种在烟道上回收烟气的装置—空气预热器(或称空气换热器)来回收炉尾烟气带走的热量，如图2所示。 采用这种办法可以降低烟气温度，增加进入炉膛的助燃空气的温度，这样做达到了一定的节能效果，但仍存在以下问题：(1)其回收热量的数量有限，炉子热效率一般在50%以下；(2)空气预热器一般采用金属材料和陶瓷材料，前者寿命短、后者设备庞大、维修困难；(3)从燃烧器的角度来看，助燃空气的温度提高以后，火焰区的体积越来越小，火焰中心的温度也越来越高，炉膛内存在局部的高温区，这样对于工业炉来说，容易使加热制品局部过热，也影响了工业炉的局部炉膛耐火材料和炉内金属构件的寿命，对于锅炉来说影响其换热效率和水冷壁的寿命，甚至引起爆管等事故；(4)助燃空气温度的增高导致火焰温度增高，NOX的排放量大大增加(甚至可以达到103ppm以上)，对大气环境造成了严重的污染。
图1 废热不利用的炉子示意图 图2 安装空气预热器的炉子示意图八十年代初，美国的British Gas公司与Hot Work公司开发出一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的蓄热式燃烧器，产生了高温空气条件下的“第一代再生燃烧技术”，用于小型玻璃熔窑上。其后，这种燃烧器被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业中，尽管这种燃烧器具有NOX排放量大和系统可靠性等问题，但由于它能使烟气余热利用达到接近极限的水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以推广应用。 进入九十年代以后，国内外学术界将蓄热式燃烧器的节能与环保相抵触的难题提到科技攻关的地位，对其进行了深入的基础性研究，旨在同时达到节能和降低CO2、NOX排放。日本工业炉株式会社田中良一领导的研究小组采用热钝性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，取得了很好的效果[1]。由于能高效回收烟气余热的蓄热材料和高频换向设备问题的解决，产生了高温低氧条件下的“第二代再生燃烧技术”即现在所谓的“高温空气燃烧技术”。 3 蓄热式高温空气燃烧技术的原理及技术优势 蓄热式高温空气燃烧技术的原理如图3所示。
图3 安装蓄热室的炉子当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100°C)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21% 的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2~20%)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热储存在蓄热体内，然后以150~200°C的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。蓄热式高温空气燃烧技术的诞生使得工业炉炉膛内温度分布均匀化问题、炉膛内温度的自动控制手段问题、炉膛内强化传热问题、炉膛内火焰燃烧范围的扩展问题、炉膛内火焰燃烧机理的改变等问题有了新的解决措施。 由上所述，蓄热式空气燃烧技术的主要优势在于：(1)节能潜力巨大，平均节能25% 以上。因而可以向大气环境少排放二氧化碳25% 以上，大大缓解了大气的温室效应。(2)扩大了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度均匀，这样一方面提高了产品质量，另一方面延长了炉膛寿命。(3)对于连续式炉来说，炉长方向的平均温度增加，加强了炉内传热，导致同样产量的工业炉其炉膛尺寸可以缩小20% 以上，换句话说，同样长度的炉子其产品的产量可以提高20% 以上，大大降低了设备的造价。(4)由于火焰不是在燃烧器中产生的，而是在炉膛空间内才开始逐渐燃烧，因而燃烧噪声低。(5)采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中NOX含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度非常高的情况下，NOX含量却大大减少了。(6)炉膛内为贫氧燃烧，导致钢坯氧化烧损减少。(7)炉膛内为贫氧燃烧，有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶瓷烧成等工艺要求，以满足某些特殊工业炉的需要。 4. 我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究 4.1 高温空气燃烧技术的机理研究[1，4-6] 1999年10月，在萧泽强教授的积极倡导下，北京神雾科技有限公司作为主要支持单位之一与中国科学技术协会工程学会联合会在北京举办了“高温空气燃烧新技术国际研讨会”。自此，“高温空气燃烧技术”的概念正式传入我国并引起我国科技工作者的高度重视。清华大学、中南大学、东北大学、北京神雾科技有限公司等科研院所对高温空气燃烧的机理和低污染特征进行了一系列研究。 高温空气燃烧技术的基本思想是让燃料在高温低氧体积浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高、热回收率高的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。 这种燃烧方式一方面使燃烧室内的温度整体升高且分布更趋均匀，使燃料消耗显著降低。降低燃料消耗也就意味着减少了CO2等温室气体的排放。另一方面抑制了热力型氮氧化物(NOX)的生成。氮氧化物(NOX)是造成大气污染的重要来源之一，各工业企业都在设法降低NOX的排放。NOX主要有热力型和燃料型。HTAC烧嘴主要采用气体燃料，其中含氮化合物少，因此燃料型NOX生成极少。由热力型NOX生成速度公式[1]可知，NOX的生成速度主要与燃烧过程中的火焰最高温度及氮、氧的浓度有关，其中温度是影响热力型NOX的主要因素。在高温空气燃烧条件下，由于炉内平均温度升高，但没有传统燃烧的局部高温区；同时炉内高温烟气回流，降低了氮、氧的浓度；此外，气流速度大，燃烧速度快，烟气在炉内停留时间短。因此NOX排放浓度低。 4.2 陶瓷球蓄热室热工特性的研究[7] 八十年代初新型小陶瓷球蓄热室技术问世以后，引起了我国热工界的高度重视。我国从八十年代中后期开始对新型蓄热室技术进行开发研究，建立了专门的陶瓷球蓄热室实验装置，着重对陶瓷球蓄热室的阻力特性和换热特性进行了系统的实验研究，得出了蓄热室阻力特性和换热特性与蓄热室的结构参数和操作参数之间的基本规律，为蓄热室的合理设计奠定了基础。 进行实验的陶瓷球蓄热室如图4所示。
图4 陶瓷球蓄热室示意图4.2.1 阻力特性实验研究 气体流经蓄热室的阻力损失是蓄热室设计的重要技术指标，了解蓄热室在冷态和热态的阻力特性，是合理选择工业炉的供风系统和排烟系统设备的重要前提。 4.2.1.1 蓄热室冷态阻力特性的实验结果 实验结果表明：陶瓷蓄热室的阻力损失与蓄热室的高度成正比；阻力损失与陶瓷球直径的增大而减小；气体流经蓄热室的阻力损失与空塔流速之间呈幂函数关系。 根据实验结果，采用回归的方法，得出陶瓷球蓄热室在冷态条件下的阻力特性方程为： 式中：DP—阻力损失； H—蓄热体高度；e—蓄热室孔隙率；u—空塔流速；d—陶瓷球直径；m—流体的动力粘度系数； r—流体的密度；A、B—系数。 4.2.1.2 蓄热室内热态阻力特性的实验结果 蓄热室热态阻力特性实验主要研究蓄热室内空气和烟气在单位长度上的阻力损失与温度、气体的流速以及陶瓷球直径之间的关系。实验结果表明：温度对空气和烟气阻力损失的影响成线形关系；阻力损失随空塔流速的增大而增大，其变化规律为幂函数关系；阻力损失随着陶瓷球直径的增大而减小，其变化规律近似反比关系。据此得出的热态阻力特性方程如下： 式中：r0——标准状态下的气体密度；A——由实验确定的系数；t——空气或烟气在周期内的平均温度；其他符号意义同上。 4.2.2 陶瓷球蓄热室换热特性的研究 蓄热室的工作过程是周期性地通过被预热介质(助燃空气或煤气)与烟气，也就是周期性地处于放热和吸热状态。在整个过程中，烟气温度、空气温度、蓄热体温度不仅是时间的函数，也随位置的不同而变化。陶瓷球蓄热室内换热过程是包括对流、辐射和传导在内的复杂的非稳定态传热过程。我国学者对陶瓷球蓄热室这种周期性非稳定态的换热过程的主要特性进行了较为深入、系统的研究。 4.2.2.1 陶瓷蓄热室温度分布特性 通过实验，掌握了如下规律： a) 空气出口温度随着时间的延长而逐渐降低，其规律近似成线性变化； b) 在一个周期内排烟温度随着时间的延长而升高，其规律也近似成线性变化； c) 蓄热体表面温度在冷却期随着时间的延长而逐渐降低，其规律近似成线性变化； d) 蓄热体表面温度在加热期随着时间的延长而逐渐升高，其规律近似成线性变化； e) 蓄热室内部烟气温度和空气温度沿高度方向的变化也近似成线性变化； f) 蓄热体表面温度的变化与空气和烟气温度的变化规律基本一致，在同一位置，球的表面温度比空气温度高40～60℃，比烟气温度低45～55℃，球的直径大时，球与气体之间的温差较大、球径小时，球气温差较小。 4.2.2.2 陶瓷球的综合热交换系数 从实验结果得知，随着换向时间的增加，综合热交换系数的值减小，随着球径的增大，综合热交换系数的值亦减小。根据有关的热交换理论和实验的结果，我国学者提出如下的综合热交换系数的表达式： 式中：K —综合热交换系数；ah—加热期气—球之间的换热系数；ac—冷却期气—球之间的换热系数；d —球的直径；l —球体的导热系数；F0 —傅立叶数： ( ：导温系数，t：换向时间)；A—实验所确定的系数； 。 4.2.2.3球—气之间的换热系数 通过实验，得出了球—气之间的换热系数与气体温度、空塔流速、球的直径的关系，对实验数据进行数学回归以后得出如下关系式：
空气：
烟气： A，B—系数 4.3 蜂窝型蓄热体的热工特性的研究 九十年代初，日本工业炉株式会社田中良一领导的研究小组开始采用热钝性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，取得了很好的效果。与球形蓄热体相比，蜂窝型蓄热体在比表面积、重量、压力损失、换向时间等方面具有极大的优越性[1]。在我国，蜂窝型蓄热体在蓄热式燃烧系统中的工业应用得到越来越多的重视，欧俭平等人[4]通过数值模拟，对蜂窝型蓄热体的热工特性进行了研究，本文对其研究结果进行简要介绍。 4.3.1蓄热体格孔壁面应力特性 蓄热体在使用中，由于格孔孔壁双面受热或冷却，除受温度作用外，还受各种应力作用，很容易遭受损坏。造成蓄热体损毁的因素很多，如高温空气和燃烧产物的化学作用、温度急变和热膨胀等物理作用以及气流冲刷和高温荷重等机械作用等等。上述各种因素往往同时存在，但对于某一特定的工作环境，必有一个主要原因。经对国内某厂生产现场被替换的蓄热体进行研究，发现大部分蜂窝体单元出现不同程度的裂纹和剥落。显然，脆性应力破裂是造成这一问题的主要原因。 计算结果表明，无论是加热期还是冷却期，蜂窝体格孔壁面主要受到法线方向的应力作用，其切向和轴向所受应力分别不到法向应力的1/200和万分之一。加热期应力指向壁面，对蓄热体孔壁产生挤压，表现为挤压应力；冷却期壁面受力方向指向流体，对壁面产生拉曳，表现为拉应力。显然，如果蓄热体的壁面所受应力大于其所能承受的最大应力，将导致应力脆裂。频繁的蓄热和释热过程变换，使得蓄热体格孔壁面交替地受到拉应力和挤压应力的作用。流体的流速越大，应力变化越大；换向时间越短，蓄热体受拉应力和挤压应力交替作用的影响越大。 4.3.2 蜂窝型蓄热体的传热特性 对蜂窝型蓄热体传热特性的研究结果表明，蓄热体壁面和气体间的换热强烈，狭长的格孔通道对流动和换热有一定的影响。换向时间对蓄热体的传热特性的影响较大，换向时间越长，烟气出口温度越高，蓄热室的温度效率和热回收率越低。气体流速对蓄热体的传热特性也有影响。气体的流速越高，烟气出口温度越高，余热回收率越低。 5 蓄热式高温空气燃烧技术在我国的发展 2002年，全国的钢产量达1.8亿吨，全国冶金行业的加热炉达千座以上，年处理钢坯可达2亿吨，目前我国轧钢加热炉的平均能耗为60Kg标煤/吨钢，国际先进水平的加热炉平均燃料单耗为51kg标煤/吨钢。表1列出了日本NKK钢管公司福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉1996年采用HTAC技术前后的技术参数[7]。 从表1参数不难看出，日本NKK钢管公司福山热轧厂改造前的平均能耗为48.6kg标煤/吨钢，比我国的轧钢加热炉少耗能19% ；而改造后NKK公司的轧钢加热炉又比改造前节能25% 。按我国每年加热钢坯1亿吨计算，全国的轧钢加热炉改造后达到平均能耗40kg标煤/吨钢，相当于平均节能33% ，改造后全国钢铁行业仅轧钢加热炉一项每年可少消耗200万吨标煤，另外，热处理炉、钢包、中间包烘烧器等设备由于工艺上的特殊性，目前的能源利用率更差，其节能的潜力将更大。此外， 还将对钢铁行业降低氧化烧损、减少环境污染、降低设备造价，增加单炉产量等方面起到重要的作用。 表1 230吨/小时热轧步进式加热炉采用HTAC技术前后的技术参数
综上所述，新型蓄热式技术应用在工业炉上可以获得显著的节约能源和减少环境污染的效果。我国工业炉窑种类繁多，数量巨大，在我国推广应用这项新技术，将会带来巨大的经济效益和社会效益。北京神雾公司自1995年底成立以来，利用自己研制开发的新型节能燃油、燃气燃烧器已在全国冶金、机械、石化、陶瓷、玻璃、火力发电等行业的近八百余家企业的各种工业炉和锅炉上推广了WDH系列节能燃烧器，因此对这些行业的工业炉和锅炉的设备状况有了较全面的了解。从1996年开始，本公司积极跟踪国外的先进技术，组织了燃烧、工业炉、热工自动控制、机械等方面的技术专家集中对蓄热式高温空气燃烧技术在工业炉和锅炉上的应用进行开发研究。由于该技术的推广应用不单纯是一个燃烧问题，尤其在工业炉领域，由于工业炉种类繁多，工艺要求千差万别，如果不与具体的工业炉工艺要求相匹配，就不可能开发出实际应用的成熟产品。通过几年的开发研究，在钢铁、机械及有色金属工业的各种工业炉上的应用研究进展较大，本公司已能为企业提供成熟的技术。在此，以轧钢加热炉为例，对我公司开发的技术作一介绍。 5.1空气、煤气双预热 我国多数轧钢加热炉使用发热值较低的混合煤气、转炉煤气甚至高炉煤气作为燃料。在燃用低热值煤气的情况下，如果单预热空气，对废气余热的回收是不充分的。燃用低热值煤气和高热值煤气，单预热空气和空气、煤气双预热时对废气余热的回收利用情况参见表2 。 由表2可以看出，在燃混合煤气的情况下，如果只预热空气，仍有约34% 的可回收热没有得到利用，这是很可惜的；同时也可以看出，燃用低热值煤气时，空气和煤气双预热的效果，比燃用高热值煤气时双预热的效果大.此外，燃用低热值煤气时空气和煤气双预热，炉子的烟气可以全部经空气蓄热室和煤气蓄热室排出，炉子无须设置排多余高温烟气的烟道和烟囱，使炉子的构造和布置简单化。
北京MS只有“新日铁”。
PS:
日本各主要钢厂投资动向略述如下：
1、新日铁：新日铁目前在北京、江苏、武汉、广州等4处设厂，产制钢铁两次制品，另自2002年起，与上海宝山制铁所合资就汽车钢板制造进行合作，2002年该公司上海汽车表面处理钢板工厂开工，开始供应中国大陆汽车厂所需，TOYOTA汽车天津厂便使用其原料，预料多家汽车厂将增产，需求将趋大。
2、住友金属：住友金属目前在上海、广东中山、重庆、西宝鸡等4个地设有合资事业，重庆厂从事连续铸造设备设计工程，其他厂则产制H型钢、钢管等，较受瞩目者为制造天然气输送钢管的西厂，由于中国西气东输计划，从2001年起5年间，将从新疆至上海建设总长4200公里的天然气输送钢管，住友金属西厂的输送钢管将供应此计划的一部所需。
3、日本钢管：日本钢管(NKK)早在1985年即在天津设立合资公司，生产海上钢构建物等，供应渤海湾中日合作之海上油田开发计划所需，另亦在北京设制铁工程厂，及在福州设马口铁厂，NKK在中国之投资主要在油田开发相关钢铁2次制品。
4、川铁商事：1994年以降，川铁商事分别在江苏无锡、浙江平湖、山东青岛及广东东莞等4个地方设厂，其中江苏厂为马口铁制造厂，其馀3家为钢材加工厂。
5、神户制钢所：自1994年起，神户制钢所分别在四川成都、上海、湖南益阳及南京等4处设立合资厂，另在上海独资成立一家压缩机工厂。其中除南京厂为钢材厂外，馀均为机械厂，南京合资工厂系与日商岩井共同出资设立，中方合资伙伴为上海宝钢集团，产制电线用线材的2次加工品。
6、英属维尔京群岛太平洋钢铁贸易有限公司北京代表处
7、 全俄钢铁贸易（北京）有限责任公司是一家俄罗斯独资企业010－ 64615051
除上述大型钢铁厂外，日本大型商社亦在我国大陆投资设厂，多与钢材业者合作，其中三菱商事、三井物产(日铁商事)、日商岩井、住友商事、日绵等综合商社投资地点在深圳与东莞，丰田通商、川铁商事、野村贸易等则在广东与天津。 主要商社如三井物产与上海宝钢集团合作设立合资工厂，生产家电、汽车厂使用的加工钢材，伊藤忠在大连成立裁剪中心，于1995年与丸红进行统合，丸红另在浙江宁波设立钢材合资公司，此外日铁商事亦与阪和兴业合作，在深圳、天津、上海、东莞等4地投资设厂，另住友商事亦在天津、上海、东莞等3地设厂，三菱商事投资厂区则位在深圳及天津。
德国SMSMEER（原国际著名的 曼内斯曼）公司、日本NKK公司、日本O.T.K（大阪特殊钢管厂）、印度WELSPVN制管公司、韩国现代重工和世亚公司，都有其独到的制管技术，皆为国际制管业的精英。
国际制管技术工艺方法及特点，国外生产大口径直缝埋弧焊钢管的成形方法有：UOE法、CFE排辊成形法、RBE辊弯成形法，JCOE成形法、C成形法、PFP逐步折弯成形法等。简单介绍如下：
1.UOE法首先将预弯边的钢板在U压力机的成形模内压成U型，然后在O压力机的成形模内再压成O形 焊接成管后再整体扩径。UOE法是当今国际上最先进的成形方法之一，至今世界上已有这种成形焊管机组近30套，UOE法以生产效率高和产品质量好著称，但没备价格昂贵，投资规模大。
2.CFE法的排辊成形机由预成形机架、平辊机架、边缘弯曲辊及小排辊机架组成，由于设置了许多相同的小排辊，使得成形过程中钢板边缘的轨迹近乎是直线的，避免了“边缘拉伸”现象。CFE法成形质量好，其产品质量与UOF法无区别。该法使用原料为热辊带钢卷，这一点与其它成形法均不同。它主要适用于大批量、单一品种钢管的生产，但难以生产高强度厚壁钢管及大口径钢管。
3.RBE辊弯成形法将钢板在三辊或四辊之间经多次滚压成形，此种方法生产出的焊管在使用性能和可靠性上均接近UOE焊管。RBE法投资少，建厂快，产量适中且灵活性较大，对市场适应性强，近年来该方法在一些发展中国家得到了应用。但由于该成形法成形上辊中部无支撑，受其刚度的限制，成形钢管直径不能小于508mm（20in），降低了市场占有率，我国不少管道的直径在508mm以下。
4.JCOE成形法，首先在水压机上把钢板压成J形，两侧压边后，经多次冲压成形为C形，最后经半O形 上模具压成O形。JCOE法其产品质量与UOE焊管接近，而作业线价格远低于UOE机组，但其生产效率低。
5.C成形法用两台C成形机代替UOE机组中的U压力机和O压力机，其成形过程为：经预弯边的钢板首先在第一台压力机上成形钢板的一半，接着在另一压力机上成形钢板的另一半，从而得到O形圆管 。C成形法生产的焊管尺寸合适，产量适中，生产线价格较低。
6.PFP逐步折弯成形法是将端头预弯的钢板在压力机上以较小的步长，较多的次数逐步对板料进行折弯 ，最后经钢管合缝焊机成形为圆管。PFP法因每次压下量小，故压力机吨位不大，因此投资也较小， 该种方法可以成形不同管径，不同壁厚的焊管，加工的直径可小于406mm，生产的焊管质量较好，产量适中。
第一个实用的钛合金是美国于1954年研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于其耐热性，强度，塑性，韧性，成形性，可焊性，耐蚀性和生物相容性好，并成为行业的王牌钛合金，75％量的合金，以85％占全部钛合金。许多其它的可以看成是钛合金的Ti-6Al-4V合金。
20世纪50至60年代，是高温钛及钛合金机身结构在飞机发动机中使用的发展，20世纪70年代开发了一些耐蚀合金，自20世纪80年代，耐腐蚀性和高强度钛合金合金钛得到进一步发展。耐高温钛合金400℃从20世纪50年代到20世纪90年代600650℃。出现A2（Ti3Al金属）和r（TiAl金属）基合金，钛推进发动机使用的发动机是冷的一侧（风扇和压缩机）连接到发动机（涡轮机）方向上的热端部。结构性发展高强度的钛合金，高塑性，高强度和高韧性，高模量和高损伤容限的方向。
另外，自20世纪70年代，甚至有一个钛镍，钛，镍铁，钛镍铌形状记忆合金等，并得到日益广泛的应用在工程了。
目前，世界上已开发出上百种钛，最值得注意的是20至30多种合金，如Ti-6AL-4V的Ti-5Al合金-2.5Sn，钛除2A1-2.5Zr的Ti-32Mo的，钛钼镍，钛，钯，SP-700的Ti-6242的Ti-1023的Ti-10-5-3的Ti-1023，BT9，BT20，IMI829，IMI834等[2,4]。
钛合金可α，α+β，β型钛合金和铝合金的金属化合物（TixAl，其中x = 1）4之间进行划分。
2。钛BR近年来的新进展，国家正在开发新型的低成本，高性能合金，钛合金进入民用努力，做出了积极的产业具有巨大的市场潜力。新进展国内钛合金主要体现在以下几个方面。
（1）高温钛合金。
成功开发了世界上第一个高温钛合金为Ti-6AL-4V，为300-350℃使用温度。随后使用其他合金的温度为400℃IMI550，BT3-1等合金，以及IMI679 450500℃的温度，IMI685的Ti-6246，的Ti-6242和发展。已在新型高温钛合金的军用和民用飞机发动机已成功应用于具有英国IMI829，IMI834合金美国的Ti-1100合金制成俄罗斯BT18Y，BT36合金。表7作为新的国家的高温钛合金最高温度[26]的一部分。
国外近年来采用快速凝固/粉末冶金技术，纤维或颗粒增强开发作为高温钛合金钛，钛合金的方向上的复合材料，这样的温度可提高到650℃以上[1， 27，29,31]。美国麦道公司采用快速凝固/粉末冶金技术戚成功开发出高纯度的钛的密度高，其在当前室温[26]用760℃同等强度钛合金的强度。
（2）钛，铝，钛系化合物。
用一般钛合金，钛，铝，钠 - 基化合物Ti3Al金属（α2）和TiAl金属（γ）金属间化合物的最大优点是具有良好的温度性能（最高温度为816和982℃），抗氧化能力相比，良好的抗蠕变性和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2）时，这些优点使得它在航空发动机和最具有竞争力的材料在将来飞机结构部件[26]。
目前，有两种Ti3Al金属基钛合金的Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14NB-＃V-0.5Mo钢开始批量生产在美国。其他最近的发展有Ti3Al金属基钛的Ti-24Al-11NB，Ti25Al-17Nb-1Mo钢和Ti-25AL-10NB-3V-1Mo钢等[29]。 TiAl金属（γ）在关注钛的Ti-（46-52）的Al-（1-10）M（原子数％），其中M是V，铬，锰，铌，锰，钼的基料组合物的范围和W为至少一种元素。最近，TiAl3钛基开始引起人们的注意，如Ti-65Al-10Ni系合金[1]。
（3）高强度和高韧性的β型钛合金。
β型钛合金最早是50年代中期由美国坩埚公司研制的B120VCA合金（钛-13V-11Cr-3Al的）。 β型钛合金具有良好的冷加工性，容易伪造，可按热轧，焊接，通过解决方案 - 获得较高的机械性能，良好的耐环境性和良好的强度和断裂韧性与老化。新型β型钛合金的高强度和高韧性最具代表性的有以下几种[26,30]：
Ti1023（TI-10V-2FE-＃人），合金常用于飞机结构件用的30CrMnSiA相当高强度结构钢的性能，优异的锻造性能
Ti153（TI-15V-3CR-3Al的-3SN），合金比纯商业，室温拉伸强度更好的耐老化达1000MPa的后上方的冷加工性
β21S（TI-15MO-3Al的-2.7Nb-0.2Si），一种新的抗氧化合金是钛金属所开发的美国公司的Timet段，超高强度钛合金，具有抗氧化性能好，耐，冷热加工性能，可制成箔0.064毫米厚度
日本钢管公司（NKK）成功的SP-700（的Ti-4.5Al-3V-2MO-2FE）钛，高强度合金，超塑延伸率可达2000％，和超塑性成形温度比发展TI-6AL-4V低140℃，可替代的Ti-6Al-4V合金超塑性成形 - 扩散连接（SPF / DB）技术制造各种航空零部件的
俄罗斯开发的BT-22（TI-5V-5MO-1CR-5Al合金），可达1105MPA以上
拉伸强度（4）耐钛合金。传统的钛合金具有在一定烷基燃烧条件的倾向，这大大限制了其应用。对于这样的情况下，各国纷纷推出了阻燃钛合金的研究，并取得了一定的突破。羌国研制的合金C（也称为的Ti-1720），50Ti-35V-的15Cr（质量分数）的名义成分，是一种持续燃烧不敏感的阻燃钛合金的，已用于F119发动机。 BTT-1和BTT-3阻燃俄罗斯钛开发，无论是钛铜铝合金，具有很好的热变形过程中的表现，这是提供复杂的零件[26]。
（5）医疗钛。
钛无毒，高，重量轻，强度大，具有优异的生物相容性，是理想的医用金属材料，可以用作植入物的人体植入等。目前，在医疗领域仍然被广泛使用的Ti-6AL-4V ELI合金。但后者会析出极少量钒和铝离子，降低其适应性和细胞可能对人体造成危害，这个问题已经在医学界引起广泛关注。强国家早在80年代中期在20世纪开始发展非铝，无钒，具有生物相容性的钛合金，这是用于骨科手术。日本，英国也做了很多的研究工作，取得了一些新的进展。例如，日本已开发了具有优异的生物相容性，其中的Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd的Ti-15Zr-4NB-ATA-0.2Pd-0.200.05N的Ti-15SN-4NB，一系列α+β钛合金2TA-0.2Pd和Ti-15SN-4NB-2TA-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度，疲劳强度和耐腐蚀性能均优于钛6Al-4V ELI。与α+β钛合金，β钛合金具有更高的强度几乎水，更好的性能和冲击韧性，更适于作为植入人体的植入物相比较。在美国，有五种β钛合金被推荐到医疗领域，即TMZFTM（TI-12MO-^的Zr-2FE）的Ti-13NB-13Zr，Timetal 21SRx（TI-15MO-2.5Nb-0.2 SI），Tiadyne 1610（TI-16NB-9.5Hf）和Ti-15MO。预计在不久的将来，弹性和良好的成形性和钛鲁医学领域的耐腐蚀性这样的高强度，低模量有可能取代目前广泛使用的Ti-6AL-4V ELI合金[28,32]。
这些高性能的套管的共同特点是：它们具有高强度和足够的韧性，例如NKK公司NKV-150为例，最低屈服强度为150kSi（1050MPa），0℃夏比冲击力大于110J，FATT50为-20℃。又如新日铁NT-95SSS在最低屈服强度达到95kSi时，临界应力达到90%SMYS。当然，对钢的化学成分、力学性能、冶金质量和钢管尺寸精度都有严格的要求。
国外生产锅炉管的企业集中化程度较高，如德国V&M、日本住友金属、意大利达尔明等，都有很多生产线，生产钢管的规格范围很宽，从小到大，甚至从碳钢到不锈钢管都能生产，可以说品种、规格齐全。
表2 锅炉用钢管新材料牌号与标准对照表
牌号 2%Cr钢 9%Cr钢 12%Cr钢 18%Cr－8Ni,25%Cr-20Ni不锈钢
标准 T22,P22 T91,T92 X20CrMoV121 T122,P122 TP304H TP347H TP347HFG SUPER304H HR3C
国外火电发展在50年代是向超临界点（压力22.129 MPa，温度374.15℃）和90年代向超超临界点（例如：压力24.2MPa，温度600℃）方向发展，因此，高压锅炉钢管的材料在研制新型耐热钢，有两个体系，一个是铁素体系，一个是奥氏体系，合金化方面有很大的进展。
平炉钢：包括碳素钢和低合金钢.按炉衬材料不同又分酸性和碱性平炉钢两种.
转炉钢：包括碳素钢和低合金钢.按吹氧位置不同又分底吹、侧吹和氧气顶吹转炉钢三种.
电炉钢：主要是合金钢.按电炉种类不同又分电弧炉钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢和电渣炉钢四种.
沸腾钢、镇静钢和半镇静钢：按脱氧程度和浇注制度不同区分.
2、按化学成分分类：
碳素钢：是铁和碳的合金.据中除铁和碳之外,含有硅、锰、磷和硫等元素.按含碳量不同可分 为低碳(C0.60%)钢三类.碳含量小于0.04%的钢称工业纯铁.
普通低合金钢：在低碳普碳钢的基础上加入少量合金元素（如硅、钙、钛、铌、硼和稀土元素等,其总量不超过3%）.而获得较好综合性能的钢种.
合金钢：是含有一种或多种 适量合金元素的钢种,具有良好和特殊性能.按合金元素总含量不同可分为低合金（总量10%）钢三类.
3、按用途分类：
结构钢：按用途不同分建造用钢和机械用钢两类.建造用钢用于建造锅炉、船舶、桥梁、厂房和其他建筑物.机械用钢用于制造机器或机械零件.
工具钢：用于制造各种工具的高碳钢和中碳钢,包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等.
特殊钢：具有特殊的物理和化学性能的特殊用途钢类,包括不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金和磁性材料等.
常用冶炼方法
1、转炉炼钢：
一种不需外加热源、主要以液态生铁为原料的炼钢方法.其主要特点是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分,如碳、锰、硅、磷等与送入炉内的氧气进行化学反应所产生的热量作冶炼热源来炼钢.炉料除铁水外,还有造渣料（石灰、石英、萤石等）；为了调整温度,还可加入废钢以及少量的冷生铁和矿石等.转炉按炉衬耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）；按气体吹入炉内的部分分为底吹顶吹和侧吹；按所采用的气体分为空气转炉和氧气转炉.酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷,须用优质生铁,因而应用范围受到限制.碱性转炉适于用高磷生铁炼钢,曾在西欧获得较大发展.空气吹炼的转炉钢,因其含氮量高,且所用的原料有局限性,又不能多配废钢,未在世界范围内得到推广.1952年氧气顶吹转炉问世,现已成为世界上的主要炼钢方法.在氧气顶吹转炉炼钢法的基础上,为吹炼高磷生铁,又出现了喷吹石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法.随氧气底吹的风嘴技术的发展成功,1967年德国和法国分别建成氧气底吹转炉.1971年美国引进此项技术后又发展了底吹氧气喷石灰粉转炉,用于吹炼含磷生铁.1975年法国和卢森堡又开发成功顶底复合吹炼的转炉炼钢法.
2、氧气顶吹转炉炼钢：
用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法,或称LD法；在美国通常称BOF法,也称BOP法.它是现代炼钢的主要方法.炉子是一个直立的坩埚状容器,用直立的水冷氧枪从顶部插入炉内供氧.炉身可倾动.炉料通常为铁水、废钢和造渣材料；也可加入少量冷生铁和铁矿石.通过氧枪从熔池上面向下吹入高压的纯氧（含O299.5％以上）,氧化去除铁水中的硅、锰、碳和磷等元素,并通过造渣进行脱磷和脱硫.各种元素氧化所产生的热量,加热了熔池的液态金属,使钢水达到现定的化学成分和温度.它主要用于冶炼非合金钢和低合金钢；但通过精炼手段,也可用于冶炼不锈钢等合金钢.
3、氧气底吹转炉炼钢：
通过转炉底部的氧气喷嘴把氧气吹入炉内熔池,使铁水冶炼成钢的转炉炼钢方法.其特点是；炉子的高度与直径比较小；炉底较平并能快速拆卸和更换；用风嘴、分配器系统和炉身上的供氧系统代替氧气顶吹转炉的氧枪系统.由于吹炼平稳、喷溅少、烟尘量少、渣中氧化铁含量低,因此氧气底吹转炉的金属收得率比氧气顶吹转炉的高1％～2％；采用粉状造渣料,由于颗粒细、比表面大,增大了反应界面,因此成渣快,有利于脱硫和脱磷.此法特别适用于吹炼中磷生铁,因此在西欧用得最广.
4、连续炼钢：
不分炉次地将原料（铁水、废钢）从炉子一端不断地加入,将成品（钢水）从炉子的另一端不断地流出的炼钢方法.连续炼钢工艺的设想早在19世纪就已出现.由于这种工艺具有设备小、工艺过程简单而且稳定等潜在优越性,几十年来许多国家都作了各种各样方法的大量试验,其中主要有槽式法、喷雾法和泡沫法三类,但迄今为止都尚未投入工业化生产.
5、混合炼钢：
用一个炉子炼钢、另一个电炉炼还原渣或还原渣与合金,然后在一定的高度下进行冲混的炼钢方法.用此法处理平炉、转炉及电炉所炼钢水,可提高钢的质量.冲混可增加渣、钢间的接触面积,加速化学反应以及脱氧、脱硫,并有吸附和聚合气体及夹杂物的作用,从而提高钢的纯结度和质量.
6、复合吹炼转炉炼钢：
在顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的基础上,综合两者的优点并克服两者的缺点而发展起来的新炼钢方法,即在原有顶吹转炉底部吹入不同气体,以改善熔池搅拌.目前,世界上大多数国家用这种炼钢法,并发展了多种类型的复吹转炉炼钢技术,常见的如英国钢公司开发的以空气+N2或Ar2作底吹气体、以N2作冷却气体的熔池搅拌复吹转炉炼钢法——BSC——BAP法,德国克勒克纳——马克斯冶金厂开发的用天然保护底枪、从底部向熔池分别喷入煤和氧的KMS法、日本川崎钢铁公司开发的将占总氧量30%的氧气混合石灰粉一道从炉底吹入熔池的K——BOP法以及新日本钢铁公司开发的将占总氧量10%——20%的氧气从底部吹入,并用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴的LD——OB法等.
7、顶吹氧气平炉炼钢：
从50年代中期开始,在平炉生产中采用1～5支水冷氧枪由炉顶插入熔炼室,直接向熔池吹氧的炼钢方法.该法改善了熔池反应的动力学条件,使碳氧反应的热效应由原来的吸热变为放热,并改善了热工条件；生产率大幅度地得到提高.
8、电弧炉炼钢：
利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的一种炼钢方法.炼钢用三相交流电弧炉是最常见的直接加热电弧炉.炼钢过程中,由于炉内无可燃气体,可根据工艺要求,形成氧化性或还原性气氛和条件,故可以用于冶炼优质非合金钢和合金钢.按电炉每吨炉容量的大小,可将电弧炉分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉.电弧炉炼钢向高功率、超高功率发展的目的是为了缩短冶炼时间、降低电耗、提高生产率、降低成本.随着高功率和超高功率电炉的出现,电弧炉已成为熔化器,一切精炼工艺都在精炼装置内进行.近十年来直流电弧炉由于电极消耗低、电压波动小和噪音小而得到迅速发展,可用于冶炼优质钢和铁合金.
9、STB法：
原文为Sumitomo Top and Bottom blowing process,由日本住友金属公司开发的顶底复吹转炉炼钢法.该法综合了氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法两者的优点.用于吹炼低碳钢,脱磷效果好且成本下降显著.所用的底吹气体为O2、CO2、N2等.在STB法基础上又开发了从顶部喷吹粉末的STB—P法,进一步改善了高碳钢的脱磷条件,并用于精炼不锈钢.
10、RH法：
又称循环法真空处理.由德国Ruhrstahl/Heraeus二公司共同开发.真空室下方装有两个导管,插入钢水,抽真空后钢水上升至一定高度,再在上升管吹入惰性气体Ar、Ar上升带动钢液进入真空室接受真空处理,随后经另一导管流回钢包.真空室上装有加合金的加料系统.此法已成为大容量钢包（＞80t）的钢水主要真空处理方法.
11、RH—OB：
RH吹氧法.是在真空循环脱气（RH）法中加上吹氧操作（Oxygen Blowing）来升温.用于精炼不锈钢,是利用减压下可优先进行脱碳反应；用于精炼普通钢则可减轻转炉负荷.也可采用加铝升温.
12、OBM—S法：
原文为Oxygen Bottom Maxhutte—Scarp,由德国Maxhutte-Klockner厂发明的以天然气或丙烷作底吹氧枪冷却介质的氧气底吹转炉炼钢法.OBM—S是在OBM氧气底吹转炉的炉帽上安装侧吹氧枪,底部氧枪吹煤气、天然气预热废钢,从而达到增加废钢比的目的.
13、NK—CB法：
原文为NKK Combined Blowing System,由日本钢管公司于1973年建立的顶底复吹转炉炼钢法,即在顶吹的同时,从炉底吹入少量气体（Ar,CO2,N2）,以加强钢渣的搅拌,并控制钢水中的CO分压.该法采用多孔砖喷嘴,用于炼低碳钢可降低成本；用于炼高碳钢则有利于脱磷.该法应与铁水预处理工艺结合起来
14、MVOD：
在VAD法的设备上增设水冷氧枪,使之在真空下可吹氧脱碳的方法,由于真空下脱碳为放热反应,可省去VAD法的真空加热措施.操作过程与VOD法相同.
15、LF法：
原文为Ladle Furnace,是1971年日本特殊钢公司（大同钢特殊钢公司）开发的钢包炉精炼法.其设备和工艺由氩气搅拌、埋弧加热和合金加料系统组合而成.这种工艺的优点是：能精确地控制钢水化学成分和温度；降低夹杂物含量；合金元素收得率高.LF炉已成为炼钢炉与连铸机之间不可缺少的一种炉外精炼设备.
16、LD炼钢法：
1952年奥钢联林茨（Linz）厂与奥地利阿尔卑斯矿冶公司多纳维茨（Donawitz）厂最早在工业上开发成功的氧气顶吹转炉炼钢法,并以该两厂的第一个字母而命名.该法问世后在全世界范围迅速得到推广.美国称此法为BOF或BOP法,即Basic Oxygen Furnace 或Process 的简称.详见氧气顶吹, 转炉.
17、LD—OTB法：
原文为LD—Oxgyen Top an Bottom Process,由日本神户制钢公司加古川厂开发的顶底复合吹炼转炉炼钢工艺.其特点是使用了专门的底吹单环缝形喷嘴（SA喷嘴）,因而底吹气体能控制在很宽的范围内.底部吹入惰性气体.
18、LD—HC法：
原文为LD—Hainaut Saubre CRM,系比利时开发的用于吹炼高磷铁水的顶底复合吹炼转炉炼钢法,即LD+底吹氧,用碳氢化合物保护喷嘴.
19、LD-AC法：
原文为LD - Arbed - Centre National,法国钢铁研究所开发的顶吹氧气喷石灰粉炼钢法,用于吹炼高磷铁水.
20、KS法：
原文Klockner Steelmaking,系采用100%固体料操作的底部喷煤粉氧气转炉炼钢工艺.底吹氧比率为60%～100%.
21、K—ES法：
将底吹气体技术、二次燃烧技术和喷煤粉技术结合起来的电弧炉炼钢法,它是由日本东京炼钢公司和德国Kiokner公司共同开发的技术,可以以煤代电.
22、FINKL—VAD法：
电弧加热钢包脱气法或称真空电弧脱气法.其特点是在真空室的盖上增设有电弧加热装置,并在真空下用氩气搅拌.该法的脱气效果稳定,而且能脱硫、脱碳和加入大量合金.设备主要由真空室、电弧加热系统、合金加料装置、抽真空系统及液压系统组成.
23、DH法：
德国Dortmund Horder联合冶金公司开发的一种真空处理装置.内衬耐火材料的真空室,下部装上有耐火衬的导管插入钢包,真空室或钢包周期性地放下与提升,使一部分钢水进入真空室,处理后返回钢包.上部有加合金料装置和真空加热保温装置.目前已不再建造这种设备.
24、CLU法：
一种不锈钢的精炼方法.其原理与AOD法相同,物点是采用水蒸气代替氩气.该方法是法国Creusot-Loire公司和瑞典Uddeholm公司共同研制成功的,并于1973年正式投入生产.水蒸气与钢液接触后分解为H2和O2；H2使CO分压降低.同时,该分解反应为吸热反应,因而可抑制钢液温度上升.但铬的氧化烧损比AOD法的严重.
25、CAS法：
原文为Composition adjustment by sealed argonbubbling,是在氩气密封下进行合金成分微调的炉外精炼方法.该法由钢包底部吹氩,将渣排开后,下降浸渍罩,继续吹氩,然后加合金微调成分.其优点是可精确控制成分,且合金收得率高.
26、CAS—OB法：
原文为Compositon adjustment by sealed argon bubbling with oxygen blowing,是在CAS设备上增设吹氧枪的炉外精炼方法.降可微调合金成分外,它还可加铝并吹氧升温（化学热法）,升温速度为5～13℃/分.这种方法可使钢水温度精确地控制在±3℃,从而有利于配合连铸生产.
27、ASEA-SKF法：
瑞典开发的一种钢包精炼法.它采用低频电磁搅拌,在常压下进行电弧加热,在钢包中造渣精炼,在另一工位真空除气,并设有氧枪,可在减压下吹氧脱碳.为了提高精炼效果,它还可在钢包底部通过多孔砖吹氩搅拌,并能加入合金调整钢液成分.
28、AOD法：
氩氧脱碳法和简称,原文为Argon-Oxygen Decarburisation,是冶炼低碳不锈钢的主要精炼法.1964年由美国碳化物公司研制成功,1968年用于实际生产.其冶金原理是用Ar稀释CO,使其分压降低,达到真空的效果,从而使碳脱到很低的水平.AOD炉体和传动装置与转炉相类似,风眼安放在接近炉底的侧壁上,向炉内吹入的是Ar+O2混合气体,原料为初炼炉熔化的钢水.吹炼过程分为氧化期、还原期、精炼期.它已成为不锈钢的主要生产工艺.
特殊冶金法
包括电渣重熔、真空冶金、等离子冶金、电子束熔炼、区域熔炼等多种炼钢方法的总称.某些高新技术或特殊用途要求特高纯度的钢,若用普通炼钢方法加炉外精炼达不到要求时,则可采用特殊冶金方法炼制.
电渣重熔：将冶炼好的钢铸造或锻压成为电极,通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺,也称ESR.它的热源来自熔渣电阻热,重熔时自耗电极浸入熔渣中,电流通过电离后的熔渣,使熔渣升温达到比被熔自耗电极熔点高得多的温度.插入熔渣中的自耗电极端头熔化后形成熔滴,并靠自重穿越渣池,得到渣洗精炼而后在减少空气污染的情况下进入金属熔池.钢锭与结晶器壁之间形成薄的渣皮,既减缓了径向冷却,也改善了成品钢锭表面质量,借助结晶器底部水冷,凝固成轴向结晶倾向和偏析少的重熔钢锭,改善了热加工塑性.
等离子冶金：以等离子流为热源的冶金过程,即利用等离子枪将电能转变为定向等离子射流中的热能.等离子射流具有电弧稳定、热量高度集中、可达到非常高的温度等特点.有的等离子枪的工作温度高达5000～20000℃.等离子枪可用惰性气体（Ar）、还原性气体（H2）等为介质,以达到不同的冶金目的.等离子炉可用于熔炼高熔点金属和活泼金属以及金属或合金的提纯.等离子体技术也已用于钢铁厂废尘处理和铁合金生产工艺.
喷射冶金：为加速液体金属与物料的物理化学反应,用气体喷射的方法把粉末物料送入液体金属,完成冶金反应的工艺,亦称喷粉冶金.该工艺广泛用于铁水予处理和钢包精炼,以达到脱硫、脱氧、成分微调、使夹杂物变性的目的.此工艺的反应速度快,物料利用率高.
区域熔炼：1952年W.G.Pfann提出的一种利用液固相中杂质元素溶解度不同的特点提炼金属的工艺.其操作原理是：设一个均匀的固态金属棒中有一小段金属被熔化成液体,那么,若这一小段液态区域自左向右缓慢移动,则每移动一次,杂质都会重新分布,其效果就相当于把杂质驱赶到右端.经过多次这样的重复,左端金属便可达到很高的纯度.
真空冶金：在低于0.1MPa至超高真空条件下[133.3×（＜760～10-12）Pa]进行的冶金过程,包括金属及合金的提炼、冶炼、重熔、精炼、成形和热处理.目的主要在于：①减少金属受气相的污染；②降低溶解于金属中的气体或易挥发的杂质含量；③促进有气态产物的化学反应；④避免由耐火材料容器带来的污染.以适应高性能金属材料及新型金属材料的需要.随着生产电热材料、电工合金、软磁合金以及高温镍基合金等高性能和新型金属材料的需要,发展了各种真空熔炼方法,主要有真空电阻熔炼、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼及电渣重熔等.
真空电弧熔炼：在真空（10-2～10-1Pa）下借助电弧供热重熔金属和合金的工艺,也称VAR法.其过程是：以水冷铜坩埚为正极,被熔自耗电极接在经滑动密封进入炉体的假电极上为负极,输入低压直流电流在电极与坩埚底之间引弧,借助电弧供热重熔金属和合金.伴随自耗电极的熔化,通过控制电极的下降速度,将自耗电极重熔为成分均匀、组织致密、纯净度高和偏析少的重熔钢锭.它不仅用于重熔活性金属和耐热难熔金属,而且也用于重熔使用要求较严格的高温合金和特殊钢.
真空电子束熔炼：在较高真空（133.3×10-4～133.3×10-8Pa)下用电子枪发射电子束,轰击被熔炼物料（作为阳极）,使之熔化并滴入水冷铜结晶器凝固成锭的熔炼方法.锭由机械装置连续抽出.此法可以调节能量分布,控制熔化速度.电子束重熔材料的纯净度比其他真空熔炼法的更高.它适于熔炼钨、钼等金属及其合金、高级合金钢、高温合金和超纯金属.
真空电阻熔炼：在真空下以电流通过导体所产生的热为热源的熔炼方法.一般采取间接加热,由电热体把热能传给炉中物料.根据需要,电阻炉内的气氛可以是惰性或保护性的.真空电阻炉可设计成熔炼炉或热处理炉.
真空感应熔炼：在真空下利用感应电热效应熔炼金属和合金的工艺.按炉料和容量选择电源频率.它有高频（＞104Hz）和中频（50～104Hz）以及工频（50或60Hz）两类.感应炉又分有芯（闭槽式）和无芯（坩埚式）两大类.前者电热效率高,功率因数高,但要有起熔体,熔炼温度低,适用于单一品种的连续熔炼；后者熔炼温度高,电热效率低,适于特殊钢和镍基合金等的熔炼.真空感应熔炼在高温合金、高强度钢和超高强度钢等生产中得到广泛应用.
炼钢工艺过程
造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作.目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属.例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣,以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下,并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小.
出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作.如用单渣法冶炼时,氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时,原来的氧化渣必须彻底放出,以防回磷等.
熔池搅拌：向金属熔池供应能量,使金属液和熔渣产生运动,以改善冶金反应的动力学条件.熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现.
电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化,促进冶金反应过程的目的.采用底吹工艺可缩短冶炼时间,降低电耗,改善脱磷、脱硫操作,提高钢中残锰量,提高金属和合金收得率.并能使钢水成分、温度更均匀,从而改善钢质量,降低成本,提高生产率.
熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言.电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期.熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温,并造好熔化期的炉渣.
氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期,通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段.也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的.氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温.脱碳是氧化期的一项重要操作工艺.为了保证钢的纯净度,要求脱碳量大于0.2％左右.随着炉外精炼技术的发展,电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行.
精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物,经化学反应选入气相或排、浮入渣中,使之从钢液中排除的工艺操作期.
还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中,通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期.其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度.目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期.
炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金.炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行.初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化.精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等.将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本.炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类.按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等.
钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌.它使钢液成分和温度均匀化,并能促进冶金反应.多数冶金反应过程是相界面反应,反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节.钢液在静止状态下,其冶金反应速度很慢,如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟.钢液在静止状态下,夹杂物靠上浮除去,排除速度较慢；搅拌钢液时,夹杂物的除去速度按指数规律递增,并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关.
钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂,如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法.它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能.
钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称.其特点是精炼时间短（约10～30分钟）,精炼任务单一,没有补偿钢水温度降低的加热装置,工艺操作简单,设备投资少.它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置.如真空循环脱气法（RH、DH）,钢包真空吹氩法（Gazid）,钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类.
钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称.其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟）,具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置,适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼.真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等,均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）.
惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体,这种气体本身不参与冶金反应,但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零）,具有“气洗”作用.炉外精炼法生产不锈钢的原理,就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系.用惰性气体加氧进行精炼脱碳,可以降低碳氧反应中CO分压,在较低温度的条件下,碳含量降低而铬不被氧化.
预合金化：向钢液加入一种或几种合金元素,使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化.多数情况下脱氧和合金化是同时进行的,加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧,转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收,起合金化作用.在脱氧操作未全部完成前,与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化.
成分控制：保证成品钢成分全部符合标准要求的操作.成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节,但重点是合金化时对合金元素成分的控制.对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下,按中、下限控制.
增硅：吹炼终点时,钢液中含硅量极低.为达到各钢号对硅含量的要求,必须以合金料形式加入一定量的硅.它除了用作脱氧剂消耗部分外,还使钢液中的硅增加.增硅量要经过准确计算,不可超过吹炼钢种所允许的范围.
终点控制：氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制.终点控制有增碳法和拉碳法两种方法.
出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作.出钢时要注意防止熔渣流入钢包.用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中.
在碳钢管或低合金钢管内壁复合不锈钢、高镍合金钢等组成复合管，可用来输送含有高腐蚀性的气体或液体。其中含有高浓度CO：、Cl的，可复合双相不锈钢；含有高浓度的H。S，可复合带抑制荆耐蚀碳钢、高合金钢；如果是高温、高浓度H S．要复合高镍合金，它是奥氏体系的低强度材料。日本NKK公司通过uOE工艺开发制造的Cu—Ni合金复合管具有优良的耐海水— —腐蚀性和可焊性 广泛用于海水淡化系统的海水引入管等。复合层金属含Nil0 或30 。在海洋输送管道中使用的NKK公司研制的625台金．是管线用复台层合金当中耐蚀性摄好的高镍合金。
2 加热炉用管
在石油精炼时处于常压分馏装置上的钢管，在有环烷烃酸腐蚀的同时，还有氯离子的应力腐蚀，所以必须采用复台管。但是这类管材处于高温工作状态，要注意其脱碳行为以及受热发生永久性变形行为
3 造纸等用回收锅炉管
一般的璇钢、低台金钢管不耐蚀，可使用部分外复合钢管，因为内复合或纯不锈钢管可能会发生应力腐蚀裂纹。
4 高温高压用锅炉管
为了防止碱、硫酸盐和钒化物的腐蚀，在耐热不锈锕的外壁再复台一层高铬钢。
5 化工用管
化工容器大量使用各类复合钢板，各种容器的水口也必须使用复合材料，此外连接这些水口的管路也多见用复合钢管。
6 水管
在蓄水池等设施上使用的水管为大直径钢管，为了配合水泥的膨胀系数，管道大多使用碳钢与不锈钢的复合材料。
7 输浆料用耐磨管
以耐磨高碳钢与普碳钢甩浇铸法制成复合卷材，再利用电阻焊接制成包复钢管。可用
普碳钢为焊料进行焊接 】。
8 原子能发电用复合管
以纯锆为内层，话锡合金为外层的衬套复合管，用于原子能发电装置。这种复合管具有高耐蚀性，并能提高轻水炉燃料寿命“”
9 海上石油钻井平台配管
靠近高波涛的海上石油钻井平台上的不锈钢配管，在冬季海风侵袭下，往往发生应力腐蚀裂纹而造成设备事故．石油公司针对这一问题而采取的措施是将不锈钢管换成复合管。
