从引进消化走向自主集成创新

中国科学E辑:技术科学2008年第38卷第9期:1378~1383从引进消化走向自主集成创新――武钢投产五十年的回顾张寿荣武汉钢铁集团公司,武汉430083E-mail:[e-mail];[e-mail]收稿日期:2008-05-22;接受日期:2008-07-21摘要武汉钢铁公司是新中国成立后我国新建的第一座钢铁联合企业.武钢是20世纪50年代前苏联援建156项工业项目之一.经过20世纪60年代的自行开发,80年代引进当时技术领先的1700mm轧机系统和消化吸收,以及90年代的自主集成创新,武钢已成为具有当代国际先进水平的大型钢铁联合企业.从技术层面讲,武钢50年的历史就是从技术引进,消化吸收,走向自主集成创新的发展史.关键词技术引进消化吸收自主集成创新1前言我国是世界昀早掌握冶铁技术的文明古国之一.秦汉时期就设立“铁官”.湖北大冶从宋朝起就是炼钢制造兵器的中心.1893年投产的汉阳铁厂是我国第一座钢铁联合企业.汉阳铁厂应当属于世界上建设昀早的钢铁联合企业之一.全世界第一座钢铁联合企业(integratedsteelworks)美钢联的南芝加哥厂1882年投产.德国的蒂森1890年投产.美国的伯利恒1891年投产.加拿大钢铁公司(Stelco)1895年投产.汉阳铁厂与日本的八幡属于同时投产的钢厂.汉阳铁厂投产当时引起世人注目.图1是1906年美国人参观时的照片,可见当时人气是兴旺的.由于政治腐败,汉阳铁厂以倒闭告终.汉阳铁厂的造轨厂是我国第一座产钢轨的工厂,抗战期间迁至重庆.图1美国商会参观汉阳铁厂高炉1378中国科学E辑:技术科学2008年第38卷第9期1379新中国成立后,第一个五年计划期间决定建设三个钢铁基地:鞍钢、武钢和包钢.鞍钢属于老厂扩建改造,武钢、包钢属于新建.武钢是新中国成立后我国新建投产的第一座钢铁联合企业.2引进消化苏联技术阶段半封建半殖民地的旧中国,工业十分落后.钢铁工业主要分布在日本占领下的东北.日本投降后,东北的鞍钢、本钢停产.华北、华东、西南地区有小型钢铁厂.1949年建国时,全国钢产量仅为15.8万吨.“一·五”期间计划建设的三个钢铁基地均属于当时苏联援建的“156项”的内容.由苏联提供设计、技术和主要设备.武钢设计规模为一期产钢150万吨,二期增加150万吨,昀终规模为300万吨.一期主要技术装备包括:4.3m焦炉4座,75m2烧结机4台,1386m3高炉2座,250t平炉2座,500t平炉4座,1150mm初轧机一套,650/800大型轧机一套和2800mm中板轧机一套.这些技术装备是当时苏联所能提供的昀新的技术,与当时我国的钢铁厂相比,技术上提高了一个台阶.武钢的生产技术骨干队伍是从鞍钢成建制调过来的,对从苏联引进的新技术装备不熟悉,必须组织学习和培训.当时的有利条件是,除设计图纸和资料外,苏联还提供了设备制造图纸.当时的冶金部、机械部组织了重大装备的国产化工作.到上世纪60年代初,“调整、充实、巩固、提高”之后,我国已具备了1000m3大型高炉全套设备、4.3m焦炉、500t平炉和1150mm初轧机的制造能力.在生产操作方面,由于受资金限制,武钢各生产厂不能按工序顺序要求建成投产.如:设计的高炉炉料是100%自熔性烧结矿,而烧结厂建设和投产比高炉晚一年多.一、二号高炉投产时不得不全部使用块矿开炉.炼钢厂平炉投产比高炉晚一年多.初轧厂比平炉又晚一年.投产进度与工艺流程要求不一致,使生产难以达到设计规定能力.武钢投产不久,大跃进、大办钢铁席卷全国.1961年开始,国家进行全面经济调整,武钢的生产规模压缩至一期工程设计能力的一半.1965年,国家经济形势好转,武钢开始提升生产水平.1966年上半年,武钢两座高炉达到设计一期的生产能力,从1958年9月13日一高炉点火时算起,武钢一期工程达产经历了7年半.然而好景不长,1966年夏季开始的文化大革命,使武钢陷入停产半停产,武钢生产处于混乱状态.3自主发展阶段虽然前苏联为武钢提供的设计是当时苏联所能提供的昀新技术,然而由于当时技术水平的限制,留有许多未解决的技术难题.如:●大冶铁矿的选矿技术不过关,氧化矿精矿含铁量低,含铜量高,生铁含铜有时高达0.3%~0.5%,而不得不开发含铜钢;●烧结矿冷却技术不过关,烧坏运送皮带,被迫向烧结矿打水冷却,使烧结矿粉化,5mm部分有时高达20%~30%;●不设铁矿石混匀场,矿石用火车直供烧结机和高炉,成份波动大;张寿荣:从引进消化走向自主集成创新1380●高炉炉身寿命短,冷却器破损严重,不得不中修炉身砖衬;●平炉用煤气做燃料,冶炼周期长,炉顶寿命短.上世纪60年代初,前苏联中断了技术援助,撤回专家.武钢投产后出现的技术难题,包括设计遗留的技术难题,必须依靠自己的力量解决.尽管有文化大革命的干扰,仍取得显著效果.如:●改进大冶铁矿氧化矿浮选工艺,降低了铁精矿的铜含量,提高了铁含量,提高了铜精矿产量,解决了高炉生铁含铜高的问题;●弄清了武钢烧结矿布料反常的原因,为武钢高炉炉顶调剂提供了依据;●用带式冷却机取代冷却盘,解决了烧结矿冷却的难题,提高了入炉烧结矿质量;●实施烧结矿入炉前槽下过筛,改善炉料透气性,为提高高炉冶炼强度创造条件;●利用库存1513m3高炉主要设备,建成当时我国昀大的2516m3高炉(国内第一座2000m3以上高炉);●确立高氧化镁渣是武钢高炉的基本造渣制度;●采用风口喷吹技术,上世纪60年代进行喷沥青试验,以后改为喷重油,80年代改为喷煤粉;●开展高炉炉体破损调查和高炉长寿的探索;●进行高碱度烧结矿试验,将高碱度烧结矿配酸性块矿确立为武钢高炉炉料的基本结构;●将平炉由烧混合煤气改为重油平炉,缩短冶炼时间;●将大型轧机由650/800mm改为760/800mm,扩大产品范围.4引进消化国际先进技术阶段经过自主发展,武钢生产水平逐步提高,但技术层次上依然是国际20世纪五、六十年代水平.由于技术装备落后,上世纪六、七十年代,我国所需要的高质量的冷轧、热轧薄板,镀锌、镀锡板及冷轧硅钢全部依赖进口.国家决定引进国外先进装备,由国内生产,减少对国外的依赖.1974年国家决定引进一米七轧机系统并建在武钢.1700mm轧机系统包括:热轧带钢厂、冷轧带钢厂、冷轧硅钢片厂和连铸车间.1700mm轧机系统的产品是国家急需而当时又不能生产的.1978年部分生产线试车,1980年一米七轧机系统全部进入试生产,1981年接受国家验收.一米七轧机系统的建设,实质上是在武钢原有生产系统炼钢工序之后加了一个20世纪70年代国际先进水平的连铸和轧钢的后工序,见图2.图2一米七轧机建成时的武钢生产流程中国科学E辑:技术科学2008年第38卷第9期1381新系统与武钢老系统,在技术水平上差距大约20年.这一差距使一米七轧机系统投产后出现了一系列的“不适应”,其中昀重要的是前工序的半成品不适应新系统的要求.具体来讲,老厂炼的钢,不能满足一米七轧机系统要求.废品率高达10%,武钢生产极度被动.在困境中,武钢确定将掌握和发挥一米七轧机系统潜力为中心.一方面抓引进技术的消化、吸收和国产化,一方面抓老系统的技术改造(重点对前工序和能源介质系统的改造),加强职工教育培训和推行全面质量管理.重点技术进步项目有:●选矿采用细筛再磨工艺,磁选、浮选结合,降低精矿含硫量,提高含铁量;●大冶铁矿东露天扩帮工程,增加可采储量;●在工业港建设矿石混匀料场;●改进烧结机整粒系统,增加铺底料设施;●大修炉体损坏的焦炉;●改造平炉为吹氧平炉以适应冶炼低碳钢,并采用电除尘器改进平炉烟气除尘;●能源系统的改造,使电、水、煤气、空气、氧、氮、氩的质量满足一米七轧机的要求.在解决新、老系统“不适应”的同时,在一米七轧机引进技术的基础上进行了创新.重点创新内容有:●二炼钢厂转炉为LD转炉,为满足冶炼低碳钢需要,1984年自主开发顶底复合吹炼工艺;●转炉增设铁水预处理及钢水精炼工艺.引进KR脱硫装置,使铁水含硫降至0.005%以下.引进RH脱氧装置,使[H]脱至4ppm以下,[C]脱至30ppm以下;●二炼钢厂1985年实现全连铸(原设计连铸比80%),是国内第一座全连铸炼钢厂.同时实现连铸坯热送热装;●硅钢工艺改进.原引进专利,取向硅钢为模铸,1984年改为全连铸.硅钢品种自行开发专利未引进的品种;●开发引进品种以外的国内需求的新钢种;●炼钢、连铸所需耐火材料的国产化.1985年,武钢钢、铁年生产能力和一米七轧机系统各厂均达到设计水平.1986年全面超设计产量水平.到1986年上半年武钢上缴利税已相当于国家对一米七轧机系统的全部投资.由于国际钢铁工业技术发展很快,一米七轧机系统属于上世纪七十年代的先进水平.尽管努力追赶,仍落后于国际先进水平.1992年武钢决定第二次引进硅钢专利.1996年建设成的三炼钢厂和其后的二热轧厂和二冷轧厂,均引进了国外新开发的技术.5走向自主集成创新在一米七轧机系统超设计能力后,国家决定将武钢的规模由年产钢、铁各400万吨扩大到年产钢、铁各700万吨.当时有两种做法可选:将已有装备摆积木式的叠加或是采用昀先进的技术装备.昀后的决策是建3200m3高炉一座和250t转炉钢厂一座.三炼钢厂属于利用外资项目.3200m3高炉则采用引进国际有关炼铁的单项先进技术,由武钢自行集成.该高炉采用的单项技术有无钟炉顶、内燃式热风炉陶瓷燃烧器、软水全密闭循环系统、环形出铁场、炉顶余张寿荣:从引进消化走向自主集成创新1382压煤气发电(TRT)、高炉煤气干法除尘、炉前电除尘、炉渣炉前粒化装置(INBA)、电动交流变频鼓风机、高炉炉况监控计算机系统等.上述技术中,炉前电除尘是武钢自行开发的,其他则是从6个国家的8家公司引进的.设计的目标是年产铁量224万吨,一代利用系数2.0t/m3,一代炉龄寿命10~12年,焦比450kg/tFe,喷煤比100~120kg/tFe.这些指标在当时属于国际先进水平.该高炉(现为五号高炉)于1991年10月19日点火投产,投产后的实践证明,武钢的自主集成是成功的.3200m3高炉投产带动了武钢炼铁系统的技术改造.工业港供烧结厂与炼铁厂的矿石全部改为皮带机运输.焦化厂开始建设6m高的焦炉,该焦炉是在引进日本的6m焦炉的基础上国产化的.建设440m2烧结机,该烧结机是在引进日本的450m2烧结机的基础上国产化的.对4座90m2烧结机进行改造,改为360m2烧结机一台.这些改造项目的完成,使炼铁前工序出现了新面貌.在3200m3高炉引进技术集成取得预期效果的基础上,在武钢1996年以后大修的高炉上这些技术得到推广.1996年四号高炉大修,采用这些技术,使高炉面貌焕然一新.2000年一号高炉大修,采用这些技术,并加以改进,取消了炉身砌砖,炉身采用铜冷却壁,使高炉长寿水平进一步提高,并将高炉容积由原来的1386m3扩大为2200m3,取得良好效果.一号高炉大修投产不久,3200m3高炉投产10年,未曾中修(连喷补也未有过),炉体仍十分完好,当时估计,一代寿命有可能超过15年.综合分析研究后认为:将已掌握的先进技术综合运用,大胆改进,将其集成起来,就有可能创造出具有武钢特色的一代寿命(不中修)20年以上.一代每立方米容积产铁量14000t以上,一代(按日历时间)容积利用系数2.0t/m3·d以上既长寿又高产的大型高炉.以这个目标为方向,利用武钢规模扩大到钢1500万吨/年的机会,建设了七号高炉.除原已采用的技术外,七号高炉采用烧结矿分级入炉,炉身全部不砌砖,炉缸盛铁渣区改用铸铜冷却壁,炉底厚度减薄至2800mm,炉缸炭砖壁厚减至1000~1200mm.为缩短大修施工工期,增设实施模块安装的装置.七号高炉的预期目标是一代炉龄寿命(不中修)超过20年,大修(工期60天以内)后即可恢复正常生产的高效率高炉,符合钢铁工业可持续发展大方向的大型高炉.为检验自主集成的效果,2007年七号高炉进行了强化