12 钢铁冶金分学科发展——炼钢

钢铁冶金分学科发展——炼钢包燕平DevelopmentofIronandSteelMetallurgy——SteelMakingBaoYanpingSincethebeginningofthisnewcentury,China’sironandsteelindustryhasbeendevelopedconstantlyandrapidly.Asforsteel-makingtechnology,someprogresshasbeenmadeinboththeoreticalinnovationandpracticeofproduction.Theupgradeoftheironandsteelproductshasbeenrealizedandmajorbreakthroughhasbeenachievedinstructuraladjustmentofproducts.Atthesametime,animportantresulthasbeenaccomplishedinenergysaving,emissionreductionandenvironmentalprotection.FurtherdevelopmentofironandsteeltechnologyisboundtocreategoodconditionsforstructuraloptimizationandsustainabledevelopmentofChina’sironandsteelindustry.Inthispaper,thedevelopmentandthemaintechnologicalachievementsofsteel-makingtechnologyinChinainpasttwoyearsaresystematicallysummarized.Thedeficiencyandgaponthecurrenttechnologyofsteel-makingsubjectinChinaareanalyzedbybeingcomparedwithoverseasadvancedtechnology.ThemaindevelopmentgoalsandoutlookofChina’ssteel-makingtechnologyinnewcenturyareputforward.TheproductiontechnologyintheprocessofLDsteelmaking,EAFsteelmaking,refiningandCCaresummarizedandanalyzedtorealizethehigh-effectivenessandcleannessofsteelmaking.Thesteel-makingprocessissystematicallyoptimizedbywayofresolvingandintegratingofmetallurgicalfunctionsofsteel-makingprocess.Anewrecyclablesteel-makingprocesstechnologyisformedandthelevelofChina’ssteel-makingtechnologywillbefurtherenhancedsoastorealizetheproductionofcleansteelwithhighefficiency,lowcostandcleanness.一、引言进入新世纪以来，我国钢铁工业得到持续快速发展，炼钢学科技术无论在理论创新与实践方面，还是在品种质量方面都取得重大进展，其中生产工艺优化理论与技术创新、节能降耗、污染物无害化与再资源化技术创新方面都取得了显著进展。以此为基础，炼钢工业所需的装备、相关材料与技术的自主开发、创新也取得了长足的进步。这是中国钢铁工业进入新世纪以来得以持续高速增长昀重要的支撑条件之一，也是中国炼钢学科技术快速迈向国际先进水平的重要标志。近两年来，炼钢科学技术的发展，可以归纳为高效化和洁净化两条主线。高效化包括：生产率和生产速率的提高，资源利用效率的提高，能量利用效率的提高等；洁净化包括：钢内部洁净度提高和炼钢生产对外部环境劣化影响的减少两方面。炼钢学科技术发展为钢铁行业的高效清洁生产奠定了良好的基础，是钢铁行业协调发展，优化环境的重要支撑条件。与先进钢铁生产国家相比，我国炼钢科技与生产，在某些方面仍存在着一些不足和差距，主要反映在：大型化的冶炼设备在整个行业中所在的比例，与国外仍有较大差距；炉外处理绝对量增长虽快，但铁水预处理比和钢水精炼比与先进钢铁生产国家仍差距较大；受供电与废钢、废钢代用原料供应的制约，我国电炉钢比例2008年不到10％，与世界发达国家接近40％相比，有一定差距；一些炼钢前沿技术的自主开发与产业化步伐也落后于先进钢铁生产国家（如薄带坯连铸直轧、半凝固加工、电磁冶金、连续炼钢等）。为了实现炼钢学科技术新的发展战略目标，必须认真回顾、总结近两年来我国炼钢科学技术发展所取得的成就，分析存在的不足和差距，研究今后炼钢技术的发展趋势和方向，不断创新，为完善和发展炼钢学科的理论和工艺做出贡献。二、炼钢学科技术的发展现状炼钢学科包括转炉炼钢、电炉炼钢、炉外精炼（铁水预处理与钢水二次精炼）、连铸以及炼钢流程的节能环保。炼钢科学技术的发展，可以归纳为高效化、洁净化两条主线，在大力发展高效化、洁净化过程中，实现炼钢生产过程的节能减排。近两年来，我国炼钢学科的理论和实际应用的技术水平已经发展到国际先进水平，满足了钢铁材料对钢成分、洁净度和连铸坯质量的要求。炼钢学科的理论和工艺的显著进展可以归纳为：（1）建立了洁净钢生产平台：近两年来，我国洁净钢的理论研究和生产实践非常活跃，中国金属学会和鞍钢等企业合作，先后召开了洁净钢生产的专题学术会议，国内各高校、研究单位和钢铁企业的技术人员发表了大量的学术论文，对洁净钢的理论与实践均进行了大量的研究，取得了一批突出成果。以宝钢、鞍钢、武钢、太钢等为代表的企业建成了洁净钢生产平台，满足了高质量汽车板、高等级管线钢、取向硅钢、高质量不锈钢等高附加值钢对钢的洁净度要求，使我国钢铁产品水平档次有了突破性提高。（2）炼钢装备的高效化取得显著进展：我国两年来，在炼钢生产高效化方面取得了显著进展，一些重大冶金技术与装备已基本立足国内，达到或超过国际先进水平。例如KR铁水脱硫技术在脱硫剂减量化、搅拌棒长寿、处理效率等方面已处于世界领先水平；RH真空精炼技术和装备是二次冶金中水平昀高、难度昀大的，2003年前几乎全部引进，发展也很慢，但2004年开始有了较快发展，并且国产技术和装备迅速占据主导地位。现有59台RH装备，2007~2008年就新建25台，而国产RH18台占72%，快速RH多功能真空精练技术研究也已取得新成果。（3）炼钢生产过程中的节能减排技术发展迅速：近年来，国内钢铁企业高度重视节能减排工作，研究开发和应用各种先进的节能环保技术。我国炼钢过程中节能环保技术的新进展，主要表现在：国内主要的转炉炼钢厂实现了负能炼钢；我国自主研究开发的转炉渣闷渣处理和滚筒法或轮淬法炉渣连续处理等新工艺，实现了炼钢渣和烟尘实现回收与循环利用；马钢、包钢等企业试验采用15~20kg/t钢的转炉渣作为石灰的替代品返回转炉使用也取得一定成效；部分转炉炼钢厂实现干法除尘，基本解决了转炉烟尘对环境的严重污染，达到节水、节能和保护环境的目标，如太钢、包钢等钢厂推广采用转炉干法除尘新工艺获得了明显的效益。如表1所示[1]。表1国内投产的转炉干法除尘技术经济指标工厂投产时间除尘水耗t/t除尘电耗kWh/t煤气回收Nm3/t蒸汽回收kg/t作业率%太钢2006.80.011.610383100包钢2006.90.053.548521100宝钢2006.90.011.25100.2770.23100莱芜2004.70.012.9576.1727.7296（4）现代化炼钢生产流程的建立—京唐钢铁公司两年来，经过对新一代可循环钢铁流程工艺技术有关理论的深入研究和实践，具有新一代可循环钢铁流程特点的京唐钢铁公司。2009年二季度将全面投产。其中在炼钢技术上的成果主要有：z是一个以简捷的流程网络，具有动态、有序、连续、紧凑的运行特点，实现铁水全“三脱”；z铁水罐多功能化：实现取消鱼雷罐车运输、多罐倒包等环节，节省倒罐站建设，减少系统温降，节能高效；z工艺设计上专用脱磷脱硅转炉与脱碳转炉分跨布置，互相衔接，高效、低耗；z脱碳转炉干法除尘，回收煤气和蒸汽指标先进、节能减排；z快速RH真空精炼和高效连铸技术水平世界一流。快速RH精炼在终点[C]≤15ppm条件下，周期将达25min，2个处理工位和3个待机位的新设计；≥2m/min的高连铸铸速。（一）转炉炼钢技术氧气转炉冶炼是我国主要炼钢方法，转炉钢产量从2000年的1.058亿吨增长到2008年的5.0048亿吨，转炉钢比例2008年达90%以上。我国转炉炼钢的技术水平已经接近、部分达到了国际先进水平，各项技术经济指标进步显著，表2给出了2003年至2007年国内转炉的主要技术经济指标变化情况[1]。表2近五年国内大中型冶金企业转炉的主要技术经济指标变化2003年2004年2005年2006年2007年钢铁料消耗，kg/t1087.661091.621088.61085.91085日历作业率，%77.7583.8880.8283.9682.68平均炉龄，炉46305218578568237921我国转炉炼钢技术进步主要体现在[2]：（1）转炉溅渣护炉和长寿复吹技术。采用溅渣护炉技术以来，炉龄发生了质的飞跃，昀高炉龄已达3万炉以上。在转炉溅渣长寿条件下，实现全炉役保证100％复吹的技术是我国自主研究开发的先进技术，目前国内近200座转炉上采用了该项新工艺技术，获得良好的冶金效果和经济效益[3][4]。（2）转炉高效吹炼工艺技术。为了提高转炉的生产效率，不少转炉将供氧强度从传统的3.2~3.5Nm3/(t·min)提高到3.6~4.4Nm3/(t·min)，缩短了冶炼周期，加快转炉生产节奏，提高转炉生产效率。（3）全自动转炉炼钢与终点控制技术。宝钢、武钢、迁钢等大型转炉采用副枪终点动态控制技术取得良好的应用效果：转炉全自动吹炼控制成功率达到90%，碳温双命中率达到93%，补吹率降到5%以下，不倒炉直接出钢比例达到95%以上，达到国际先进水平[5]。（4）转炉负能炼钢技术。宝钢、武钢、太钢等10余家钢厂转炉炼钢工序实现了负能炼钢。（二）电弧炉炼钢技术电弧炉炼钢是我国一种重要的炼钢方法，虽然近两年来电炉钢所占比例在我国不断下降，但是电炉钢产量持续增长，2008年和2000年相比电炉钢产量翻了一番。近几年来，我国电炉炼钢的各项技术经济指标不断优化，表3给出了2003年至2007年国内电炉的主要技术经济指标变化情况[1]。表3近五年国内大中型冶金企业电炉的主要技术经济指标变化2003年2004年2005年2006年2007年电耗，kWh/t403.29422385.2352.5328电极消耗，kg/t2.853.012.812.62.427冶炼周期，min107.497.287.6103.276.2近年来电弧炉炼钢技术的发展，可以归纳为以下几个方面[6~9]：（1）电气运行合理化数模控制技术。电弧炉炉容量不断增加，相应的电炉变压器容量、电弧功率、吨钢所承受的功率级别都大大提高，加之辅助能源的应用，炉料结构的多样化，特别是精炼操作移至炉外，使电弧炉炼钢的功能逐渐简化为“高效熔化”，所有这些都促使对电弧炉炼钢过程的合理电气运行予以新的认识，并产生了相应的技术。（2）强化供电技术和多元化的能量利用技术。在电弧炉电气运行合理化的基础上实现电能输入的昀大化，为降低电(能)耗、提高能量输入强度、缩短冶炼周期，多种形式的能量利用技术被采用，如氧碳枪、二次燃烧、炉壁烧嘴等。（3）加强环保措施。三级除尘、综合利用电炉粉尘、炉渣再利用等已成