我国炼钢-连铸技术发展和XXXX年展望

1我国炼钢-连铸技术发展和2010年展望殷瑞钰钢铁研究总院北京10081摘要：本文系统总结了2000年以来国内炼钢-连铸技术的发展和主要的技术成果，分析了目前炼钢-连铸生产技术的主要问题，并对2010年我国炼钢-连铸的技术发展方向进行了系统阐述。为了进一步提高国内炼钢-连铸的生产技术水平，必须确立21世纪新一代钢铁厂的新理念和新目标，通过对炼钢-连铸生产过程的系统优化、解析与集成，建立起高效、低成本洁净钢生产平台。讨论了洁净钢生产平台建设面临的主要技术问题、解决方法和具体措施。关键词：炼钢、连铸、炉外精炼、洁净钢、流程工程前言进入新世纪以来，我国钢铁生产持续发展，钢产量增加，许多企业的技术装备达到了国际水平，钢材品种与质量已接近或达到国际先进水平，上述事实说明我国钢铁工业的发展已经进入一个新的时代。今后几年，我国钢铁工业不但应在规模和质量等方面达到国际先进水平，而且在钢铁生产、工程设计、工艺与装备、节能减排、环保等方面的研究开发、生产运行都应走向国际前沿。为实现上述战略目标，必须认真回顾总结新世纪以来我国钢铁工业特别是炼钢-连铸生产技术发展的成就，分析存在的问题，研究今后炼钢-连铸技术的发展趋势和方向，不断创新，为完善和发展新一代炼钢工艺流程做出贡献。1．炼钢-连铸生产和技术的发展2000年以来，国内炼钢-连铸生产和技术取得明显的进步，主要表现在以下几个方面：1.1钢产量高速增长图1给出2000年以来国内钢铁产量增长趋势，粗钢产量从2000年1.285亿吨增长到2007年4.892亿吨，平均年增长率为18.2%。转炉是目前中国最主要的炼钢方法，转炉钢产量从20001080902000200120022003200420052006200701000020000300004000050000比例(%)产量(万吨)年份粗钢转炉钢电炉钢转炉钢比例电炉钢比例图12000年以来国内粗钢产量增长与生产结构的变化2年的1.058亿吨增长到2007年的4.4亿吨，平均年增长率为19.5%，高于国内粗钢产量增长速度。转炉钢比例相应从2000年的82.4%增长到90%左右。电炉也是目前国内主要炼钢方法，随着中国钢产量迅速增长，电炉钢比例在2003年以前缓慢增长，最高达17.6%；2004年以后，由于转炉钢的快速增长，电炉钢比例逐年降低，但电炉钢产量持续增长，和2000年相比电炉钢产量翻了一番。在国内钢产量迅速发展的同时，连铸比也不断增长。如图2所示，2000年全国连铸坯产量为1.096亿吨，连铸比85.3%；2007年全国连铸坯产量为4.74亿吨，连铸比96.95%。随着连铸比的提高，成材率也相应提高，平均达到了96.2%，说明连铸技术的进步为我国钢铁工业增产增效、节能减排做出了重要贡献。1.2技术经济指标不断优化国内炼钢-连铸生产技术的进步主要体现在各项技术经济指标不断优化。表1给出2003至2007年国内转炉、电炉和连铸的主要技术经济指标变化情况。表12003年以来国内大、中型钢铁企业炼钢-连铸技术经济平均指标变化20032004200520062007钢铁料消耗，kg/t1087.661091.621088.61085.91085日历作业率，%77.7583.8880.8283.9682.68转炉平均炉龄，炉46305218578568237921电耗，kWh/t403.29422385.2352.5328电极消耗，kg/t2.853.012.812.62.427电炉冶炼周期，min107.497.287.6103.276.2连铸比，%95.2297.5197.5198.5398.86日历作业率，%70.9974.1664.3479.8780.26连铸连浇炉数，炉/18.6420.0120.45/国内转炉炼钢技术进步主要体现在：完善溅渣护炉工艺，提高转炉炉龄；推广强化供氧技术，提高转炉作业率；推广长寿复吹工艺，进一步降低钢铁料消耗并提高以终点控制为核心的转炉自动化控制水平。20年来电炉生产技术发生重大变化：采用大型高功率和超高功率电炉淘汰60657075808590951002000200120022003200420052006200701000020000300004000050000连铸比,成材率/%产量/万吨年连铸坯产量连铸比成材率图22000年后连铸坯产量、连铸比、成材率的变化3大批30吨以下小型电炉；建设电炉-精炼-连铸-连轧现代化短流程生产线，采用优化配料与供电制度，强化供氧提高化学能输入量和部分电炉采用热装铁水等新工艺技术，达到降低冶炼电耗，缩短冶炼周期，实现多炉连浇。在此基础上，实现电炉生产多元化，形成电炉-普钢长材、电炉-特殊钢长材、电炉-无缝钢管、电炉-中厚板和电炉-薄板坯连铸连轧等多种生产线，完善了电炉钢产品结构，扩大了生产品种。20世纪90年代，国内连铸基本以小方坯连铸为主，至2007年已建成板坯连铸机（宽度700mm以上）175台，237流；薄（中）板坯连铸机17台，18流；方坯和矩形坯连铸机（150150mm）437台，1323流；小方坯连铸机305台，1027流；圆坯连铸机48台，173流。全国总计连铸机996台，2806流，年生产能力达到4.743亿吨。应该看到新世纪以来，我国连铸呈继续快速发展的态势，而且自主开发的能力进一步提高。随着国内炼钢-连铸技术的进步和技术经济指标的优化，获得明显经济效益：据2007年国内93家大中型企业的统计，年利润达1479.82亿元，比上年同期增长49.78%。1.3建立现代化炼钢生产流程2000年以后国内钢铁企业重点开展钢铁生产流程与工艺结构的优化，基本建立起现代化炼钢生产工艺流程：转炉流程：铁水脱硫预处理→转炉复合吹炼→二次精炼→全连铸；电炉流程：大型超高功率电炉（兑铁水）冶炼→二次精炼→全连铸。近几年铁水脱硫预处理技术在国内广泛应用，主要采用KR法石灰脱硫和喷吹法脱硫（包括CaO、CaC2喷吹，纯Mg喷吹和Mg+CaO喷吹）等方法。铁水预处理的装备能力逐年提高，至2007年铁水脱硫比已接近50%，宝钢、武钢、鞍钢等大型钢铁公司已基本实现100%铁水预处理。表2给出目前国内常用的几种铁水脱硫工艺技术的比较，说明国内铁水脱硫预处理工艺已经积累了比较丰富的经验，为钢厂合理选择铁水脱硫预处理工艺提供了广泛的空间。表2各种脱硫方法的技术比较脱硫工艺石灰、CaC2脱硫Mg脱硫脱硫方法KR脱硫喷粉脱硫纯Mg混合脱硫剂CaO粉CaO+CaC2MgMg+CaO4终点[S](%)0.001~0.0020.004~0.0080.003~0.0060.003~0.008处理时间(min)8~1523~2810~1510~15处理温降(℃)25~3030~358~1210~15脱硫剂消耗(kg/t)6~84(CaC2)~12(CaO)0.5~1.01.5~2.0综合处理成本(元/t)[1]17.2165.03(CaC2)19.3425.18为提高转炉生产效率和扩大洁净钢生产比例，国内大多数转炉炼钢厂综合采用铁水预处理、复合吹炼、强化供氧、终点动态控制和溅渣护炉等成套先进工艺技术，较大幅度提高转炉的生产效率，降低生产成本，提高钢水的洁净度。2000年以前国内电炉技术进步的重点是采用大型超高功率电炉淘汰小型电炉，如2000年我国电炉座数已从1600多座减少到179座，其中50吨以上的大、中型电炉占全国电炉钢产量61%。2000年以后国内电炉厂综合采用铁水热装、废钢预热、优化配料供电和供氧等先进技术，获得明显的效果。如表3所示，电炉采用铁水热装工艺冶炼电耗平均降低约67kwh/t钢，减少电极消耗35%，缩短冶炼周期10min。国内已有16座60~150吨电炉采用铁水热装工艺，其单位公称吨的生产率超过了8000吨/吨·年。表3国内大型电炉全废钢与兑铁水冶炼工艺的技术经济指标比较统计工厂数/个吨位/MVA生产工艺铁水比%电耗kwh/t氧耗M3/t电极消耗kg/t冶炼周期min450~120全废钢+预热0334.2536.592.5757.001050~150废钢+铁水20-30267.3243.241.6747.391.4钢材洁净度与品种质量的进步表42007年国内二次精炼设备能力总汇（不包括吹Ar）为了满足市场对洁净钢生产的需求，国内钢厂普遍重视二次精炼工艺，完善二次精炼设施。国内大、中型骨干企业钢水二次精炼的比例从2000年不足20%迅速增长到2007年64%。表4给出2007年国内各种二次精炼设备的台数和公称吨位总计（不包括吹Ar在内）。随着精炼设备的增长，二次精炼工艺技术也取得明显的进步，形成了以挡渣精炼种类台数/台总公称吨位/吨RH619040AOD431712VOD271475LF29523440VD322510CAS-OB162190合计474403675出钢、合成渣洗、炉渣改质、白渣精炼和喂线与钢中夹杂物形态控制、钢水温度、成分精确控制以及真空脱碳、脱气、夹杂物上浮分离等核心技术为基础的二次精炼工艺技术，能满足不同类型产品的批量生产，达到超低氧、超低碳和超低硫等高品质洁净钢的质量要求。二次精炼技术的发展使国内钢材的洁净度得到显著的提高：15年前国内绝大多数转炉厂生产的钢水洁净度（(S+P+T.O+N+H)）波动在300~35010-6，目前国内多数钢厂已可以大批量生产钢水洁净度≤25010-6的洁净钢，宝钢、武钢、鞍钢和首钢等大型钢铁企业生产的部分钢种洁净度可以达到≤10010-6。从表5可以看出，国内生产的典型高附加值产品的洁净度已达到国际先进水平。表5国内某些高质量要求洁净钢达到的水平(10-6)钢种[C][N][S][P]T[O][H]夹杂物其它IF钢202030100202d20m高强度汽车板5050100302d20m管线钢(X80)501080201轴承钢(GCr15)50100101.5d10m[Ti]≤30帘线钢4030100302d10m无Al2O3夹杂高速铁路钢轨4030100151.5d20m[Al]40电工钢(35W230)242010100152d20m不锈钢(409L)507010150302d20m钢材洁净度的大幅度提高导致我国钢铁工业产品结构发生了重大改变。如表6所示，近几年国内典型高品质钢种的生产比例迅速增长，不仅给钢铁企业带来更大的经济效益，而且有力的支持了国家经济建设。表62000~2006年典型高品质钢种增长率钢种铁道用钢大型型钢特厚板中厚板冷轧薄板镀层板冷轧电工钢板无缝管2000年产量/万吨158360761668495328644152006年产量/万吨3349173288214260516253301484增长率/%111.4154.7331.6392.4426.3395.4415.6257.61.5节能环保技术的发展年份综合能耗转炉电炉200092028.88265.59200187628.03230.09200281524.01228.94200378023.56213.73表7国内炼钢工序能耗变化(kgce/t钢)6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。如表7所示，2000年以来随着国内节能环保技术的发展，吨钢综合能耗和电炉工序能耗逐年降低。和国际先进水平（日本转炉工序能耗为-6kgce/t）相比仍有较大差距，说明国内转炉工序尚有较大的节能空间。实现负能炼钢的核心是要解决转炉煤气、蒸汽的回收和有效利用问题。转炉煤气含硫低、热值高，适用于生产高品质石灰；而采用大型转炉蒸汽用于RH或VD炉等真空处理设备也具有较大的经济效益。这些应是今后技术改造中应提倡的节能环保技术。目前国内转炉绝大多数采用OG法除尘工艺，基本解决了转炉烟尘对环境的严重污染。今后要进一步发展半干法或干法转炉除尘工艺，达到节水、节能和保护环境的目标。近几年，太钢、包钢等钢厂推广采用转炉干法除尘