攀钢半钢炼钢技术进步[1]

1、攀钢半钢炼钢技术进步摘 要：回顾了攀钢提钒炼钢厂投产四十年来在铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连铸和资源综合利用等方面所取得的技术进步，这些技术的进步为提高产品质量、开发生产高难度、高附加值产品以及节能降耗提供了有力的支撑；同时结合攀钢现有装备条件，展望了攀钢炼钢系统今后的发展方向和应开展的重点研究课题。关键词：炼钢；技术进步；资源综合利用；展望1 前言攀钢钒提钒炼钢厂是我国第一座自行设计、制造、建设的大型转炉炼钢厂，1965年春开工建设，1971年10月1日建成投产。经过二期、三期工程建设和技术改造，技术装备水平不断提高，生产规模逐渐扩大。现已具备年产钒渣25万吨、钢600万吨的生产能力，成

2、为我国西南地区最大的钢钒生产基地。本文回顾了攀钢炼钢厂投产四十年来炼钢生产技术的发展概况、工艺及装备的重要改进和重大工艺技术进步；展望了攀钢炼钢系统今后的发展方向，提出了今后为进一步推动生产技术进步应开展的重点研究课题。2 攀钢炼钢生产发展概述攀钢炼钢厂是国家“三线”建设的重点工程之一，在国内主要钢厂均采用平炉冶炼时，工程设计采用了当时先进的转炉模铸生产工艺流程，于1971年生产出第一炉钢。其后分别于1981和1997年开始进行二期和三期工程，在改造中大力采用铁水预处理、转炉提钒、LF、RH、连铸等先进的装备及生产工艺技术，淘汰雾化提钒、模铸等落后的设备与工艺，于2004年完成了“铁水预处理转

3、炉提钒转炉顶底复合吹炼炉外精炼连铸”的工艺组合优化，实现了全连铸生产，见表1。表1 炼钢系统主要设备及参数工序工艺装备主要参数和功能特点铁水预处理铁水脱硫装置5套Ca基和Mg基脱硫工艺；混合喷吹和复合喷吹。120t提钒转炉2座基础自动化。炼钢120t炼钢转炉5座基础自动化；顶底复吹； 2座具有副枪及炉气分析。钢水吹氩站5座吹氩强度可调；喂Al线和复合包芯线。精炼130t LF炉4座加热；成分微调；造渣精炼。130t RH真空3套脱气；去除夹杂；成分微调。连铸1#板坯连铸机全弧型2机2流，断面200mm×（7501350）mm。2#板坯连铸机直弧型单流铸机，断面200mm×（

4、9001350）mm，液压振动，漏钢预报，动态二冷。1#大方坯连铸机全弧型6机6流，断面280mm×380（325）mm，结晶器电磁搅拌，液压振动，动态二冷，凝固末端轻压下。2#大方坯连铸机全弧型4机4流，断面360mm×450mm，结晶器电磁搅拌、液压振动，动态二冷，凝固末端轻压下。 3#方圆坯连铸机全弧型6机6流，断面200mm×200mm，结晶器电磁搅拌、液压振动，动态二冷。 攀钢炼钢厂原设计3座120t转炉，年产钢150万吨，钒渣8.9万吨，通过二期技改（新建2座120t提钒转炉）和三期建设（增加2座120t炼钢转炉），钢产量和钒渣产量大幅度提高，2010

5、年炼钢产量、钒渣产量分别达到547万吨、25.4万吨，大大超过原设计产量，并于2004年5月实现了全连铸。攀钢投产以来历年钢产量、钒渣产量、连铸坯产量和连铸比的增长情况分别见图1图3。 图1 攀钢钢产量增长趋势图 图2 攀钢钒渣产量增长趋势图图3 连铸坯产量和连铸比增长趋势图鉴于攀钢厂区受地理条件的限制，难以进一步增大钢产量，同时为了不断满足用户需求，对生产品种不断拓展，积极开发生产高洁净度、高附加值产品，目前已从投产初期的30多个品种拓展到200多个品种。已能够批量生产优质家电用钢、耐候钢、高级别石油套管等高品质和高附加值产品，并在2006年率先在国内实现350km/h高速客运专线重轨钢的批

6、量生产，京津高速铁路用钢轨全部由攀钢提供，最高时速达到394km/h，至此形成高速轨、重轨、家电产品等品牌产品。2009年，攀钢又开发出电工钢、帘线钢、高级别石油管坯钢等高端产品，钢的洁净度有了进一步提高，P0.010%，S0.004%，H1.5×10-6，TO0.0011%，非金属夹杂A类、B类、D类1.0级，C类和Ds0.5级。攀钢2010年部分品种钢生产情况见图4。图4 攀钢炼钢厂2010年主要钢产品情况随着设备装备水平的提高，炼钢技术也得到不断进步，这不仅仅反映在产量上有了很大的提高，而且在品种、质量、节能降耗等方面也有了显著的进步，技术经济指标得到不断优化。近几年的主要技术

7、经济指标优化情况见图5。 图5 主要技术经济指标3 半钢炼钢的技术进步3.1 铁水预处理攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，攀钢采用高炉流程冶炼钒钛磁铁矿，生产含钒钛生铁。攀钢于1994年和1995年分别建成铁水脱硫车间和两座120t提钒转炉，从而形成了独具特色的含钒钛铁水二步预处理工艺。3.1.1 含钒钛铁水脱硫技术研究与实践攀钢含钒钛铁水的特点是含有一定量的V、Ti，但Si、Mn含量较低，而硫含量却较高，见表2。表2 攀钢含钒钛铁水成分及温度C/%Si/%Mn/%P/%S/%V/%Ti/%温度/ 4.104.50.120.20.10.250.040.080.040.1200.280.340

8、.120.2012501340攀钢含钒钛铁水其物理性质的最大特点是熔化性温度偏高，粘度也较大。铁水中Ti、V对粘度、熔化性温度及凝固点温度的影响见图6图8。 图6 不同含钛量时铁水粘度与温度的关系 图7铁水熔化性温度、凝固点与含钛量的关系从图6图8可看出，含钒钛铁水粘度、熔化性温度及凝固点随铁水中V、Ti的增加而增加。含钒钛铁水的这些性质，在一定程度上恶化了脱硫反应动力学条件。V、Ti对脱硫热力学的影响主要表现在它们能降低S的活度。1 图8铁水熔化性温度、凝固点与含钒量的关系攀钢自1978年开始研究含钒铁水喷粉法脱硫工艺，1987年在炼铁3#高炉建成脱硫站，1992年6月建成现有的、部两套顶喷

9、粉脱硫装置，设计脱硫能力229.6万ta，2003年脱硫处理量达到400万吨。2004年12月建成1套美国ESM公司的脱硫装置（部脱硫），设计年处理铁水100万吨，2007年、2008年又建成、部脱硫，合计脱硫能力达600万吨。攀钢脱硫工艺采用混合喷吹和复合喷吹两种方式，相关技术指标见表3。攀钢采用喷粉脱硫工艺，可使铁水中S由0.04%0.10%下降到0.01%，甚至0.005%以下。表3 攀钢铁水脱硫技术指标铁水量/t脱硫剂配比/%脱硫剂单耗/ kg.（tFe）-1脱硫效果/%温降/工艺特点S0Sf140ADM-410.590.0600.015828320301525常规脱硫、混喷140Ca

10、O+MgMg 0.8CaO 3.50.060.09851015复喷3.1.2 铁水提钒工艺技术研究铁水提钒是通过选择性氧化将铁水中的钒氧化分离而进入渣相的冶金过程。攀钢炼钢投产后，先是采用雾化提钒工艺，后来为了提高提钒处理能力和钒渣、半钢质量，于1995年建成投产两座120t提钒转炉，淘汰了雾化提钒工艺。两座120t提钒转炉年设计产标准钒渣11万t，2010年产量达25.4万吨。通过多年的试验研究和生产实践，攀钢掌握了转炉提钒的工艺操作，并形成了特有的工艺技术，见表4、表5。转炉提钒具有生产率高、钒氧化率高、钒收得率高等优点，铁水V由0.31%下降到0.036%，钒渣中(V2O5)达16.57

11、%，V氧化率88.4%，V回收率达80.1%。表4 攀钢转炉提钒主要指标半钢质量钒渣成分钒氧化率%钒回收率%C/%V/%T终/ V2O5 /%CaO/%TFe/%3.613.023.980.0360.0100.05613681350143116.5713.4620.512.080.475.625.7620.239.388.479.194.280.1表5 攀钢转炉提钒工艺技术工艺技术技术特点渣态调整工艺技术渣中适量的SiO2可改善钒渣流动性，加快钒的氧化，稳定钒尖晶石，同时可降低钒渣中的金属铁。多炉出钒渣及挡渣出半钢技术促进钒尖晶石的长大，减少钒渣的流失，提高钒渣回收率。铁矿石作冷却剂的工艺技术

12、采用铁矿石代替复合球作冷却剂，降低实物钒渣的产渣率，提高钒渣 V2O5含量及降低渣中MFe。专用提钒氧枪提钒供氧工艺专用339氧枪配合“低-高-低”枪位控制，取得了良好的吹钒效果。提高提钒转炉炉龄技术攀钢提钒转炉炉龄控制在7000炉以上，国内外同行业提钒转炉炉龄一般在20003000炉。深吹半钢开炉工艺半钢温度控制在14501520，半钢碳控制在2.0%以上，避免了钒渣（CaO）超标。3.2 转炉炼钢攀钢高炉使用钒钛磁铁矿冶炼，高炉炉温控制较低，脱硫能力差，生产的钒钛铁水含硫高，一般达到0.060.10%，同时，为了保证钒资源的有效利用，在炼钢之前进行了提钒处理。含钒铁水经脱硫提钒后获得的半钢

13、碳含量为3.2%3.8%，温度13201380，硅、锰发热成渣元素含量均为痕迹，与普通铁水相比，半钢呈现出“三低一高”的特点：碳低、温低、发热元素低、硫高，给炼钢的品种开发带来了极大困难。3.2.1 半钢炼钢造渣工艺技术研究攀钢炼钢主要采用提钒之后的半钢，半钢中Si、Mn等成渣、发热元素含量很低甚至微量，因此必须通过外加含SiO2的酸性材料来保证形成具有相应功能的炉渣，而外加材料的熔化需要一定的时间和热量。因此，半钢炼钢成渣的热力学条件和动力学条件均比普通铁水炼钢时依靠Si、Mn氧化成渣的条件差，初期渣形成困难，炼钢热源不足，终点氧化性高。攀钢在投产初期先后试用过的酸性造渣材料有河砂、火砖块、

14、辉绿岩、玄武岩等，通过综合对比，由于火砖块能解决使用河砂炉口粘结严重，处理困难，辉绿岩、玄武岩降温严重等问题，并且来源方便，因此在投产初期一直使用火砖块。19781979年间，针对用火砖块造渣对炉龄、粘枪、喷溅的影响不能满足生产要求的问题，攀钢同北钢院合作，对半钢冶炼过程和终渣作了大量岩相鉴定、分析、测试。结果是：与首钢终点渣相比熔点低100左右（我厂终点渣熔点1250左右），由于渣中Al2O3高，在渣中钒、钛氧化物的作用下炉衬侵蚀严重。为了解决以上问题，攀钢于1980年9月采用荷花池安山岩（结晶水少）进行了代替火砖块试验，1981年上半年取消了火砖块造渣，正式采用酸性材料安山岩，助熔剂为锰矿

15、，后又于1985年采用石英砂取代安山岩2。随着铁水预脱硫、活性石灰造渣技术的实施及品种结构的变化，转炉炼钢工艺出现了新的特点和问题，主要表现在：渣量减少，脱磷难度增加；活性石灰较普通石灰熔解速度快，前期冶炼的炉渣碱度偏高，前期成渣时间晚、过程冶炼炉渣返干和终点钢渣理化性能差；造渣辅助材料种类多，缺少足够的高位料仓来满足生产优化要求。针对以上问题和技术难点，于1998开始进行了复合造渣剂试验研究，通过采取活性石灰造渣、多组元造渣工艺、降低炉渣碱度、适量留渣操作等措施，攀钢传统的半钢炼钢工艺得到了改进和完善，取得了良好的效果：（1）缩短了初期渣形成时间。初期渣的形成时间由原来的6.1min缩短至4

16、.5min，提前12min，冶炼过程顺行，石灰消耗降低58kg/t钢，并取消了萤石的使用。（2）有效抑制了终点钢、渣的氧化性。终点钢水氧活度平均降低(100300)×10-6，终渣TFe平均降低3%6%。（3）提高了冶炼过程的脱磷效果。造渣工艺优化后的渣、钢间的(P)/P分配比由原来的45.41提高到50.16，提高了4.753。铁水脱硫能力的增加和活性石灰、复合造渣剂的推广应用，攀钢基本上实现了少渣炼钢，并取得了较好的冶金效果，见表6。表6 少渣炼钢的冶金效果渣料消耗/kg.t钢-1冶金效果活性石灰复合造渣剂高镁石灰脱磷率/%磷分配比脱硫率/%硫分配比252815172426829

17、047651240573.2.2 半钢炼钢高效供氧技术研究投产初期，攀钢炼钢氧枪采用的是拉瓦尔单孔喷头和3孔喷头，3孔喷头又分为高压和低压二种，即336和338。从应用情况看，3孔喷枪使用效果不理想，主要体现在：（1）供氧量低，纯吹氧时间长，尽管出钢量仅为100吨左右，但纯吹氧时间却长达2223min；（2）喷溅、粘枪率仍然较严重，分别达到20%、15%；（3）化渣能力不强。鉴于3孔氧枪的缺点，攀钢于1974年对4孔氧枪喷头进行了研究，通过增加喷孔数量，适当缩小喉口直径和出口直径，扩大喷孔与氧枪中心线的夹角，采用0.850.90MPa较低的工作氧压，基本解决了半钢炼钢化渣困难的问题，冶炼过程的

18、喷溅、粘枪现象也有较大改善。在435型氧枪喷头取得较好冶金效果的基础上，攀钢根据原有的氧枪枪体条件，设计了535型氧枪喷头。与435型喷头相比较，535型喷头增加了1个中孔，在缓和周边孔所造成的负压影响的同时，也使喉口面积增加了8.16%，氧气流量达到20000Nm3/h，同时将周边孔的夹角增加到13度，以增强氧枪的化渣能力。采用535型氧枪喷头后，由于喷孔夹角增大，半钢炼钢初期渣形成困难的问题得到了较好解决，供氧量的提高使供氧时间缩短12min。2004年，随着攀钢全连铸工艺的实现，对转炉冶炼周期提出了更高的要求，因此，对535型氧枪喷头再次进行了优化改进，取消原535型喷头中孔，改为周边5

19、孔布置，喷孔夹角由13度改为15度，供氧流量由原20000Nm3/h提高到23000 Nm3/h4。同时，利用新转炉建设的有利条件，采用了高供氧强度设计，氧枪喷头直接使用536型，供氧流量达到30000Nm3/h。攀钢供氧相关参数见表7。表7 攀钢氧枪喷头工艺参数喷头型式单孔336338433435535535-15536工艺参数喉口直径/mm36.538.033.435.035.035.036.0喷孔夹角/度881010131516供氧强度/Nm3.(min.t)-12.922.921.792.502.502.783.194.17供氧时间/min2222.522.319.820.119.08

20、16.4112.813.2.3 顶底复合吹炼技术的改进及优化攀钢于1984年起就进行了转炉顶底复合吹炼技术的研究，1985年10月，在1#炉进行了顶底复合吹炼试验，并逐步推广至2#、3#炉，供气强度0.02Nm3/min.t。为适应冷轧钢种和低碳钢日益增多的需要，攀钢于1996年科技立项，在炼钢转炉基础自动化改造的同时对复吹供气系统进行了改进，1#、2#、3#转炉分别于1997年1月、6月、7月改造完毕。底吹采用定向多微管型供气元件，供气强度由原0.02Nm3/min.t提高到0.030.06Nm3/min.t5。随着转炉溅渣护炉技术的应用，转炉炉龄得到了大幅度提高，而复吹寿命仍然较短，复吹炉

21、龄与转炉炉龄不同步的问题日益突出。2005年炼钢转炉炉龄达到7000多炉，而复吹炉龄只有2000炉左右，加之复吹供气系统设备陈旧、供气不稳定，造成复吹透气砖堵塞，转炉复吹的冶金效果得不到充分体现，严重影响了炼钢的技术经济指标。2007年，攀钢借鉴国内外复吹炉龄同步实现的研究方向，结合攀钢半钢炼钢的实际困难，通过采用更新复吹系统硬件设施，在优化冶炼操作工艺、炉渣结构的条件下，重点研究炉体和透气砖的维护，同时对透气砖的供气强度、底部供气模式等工艺进行优化，提高透气元件的基础炉龄，以及开发透气砖的在线热更换技术，达到提高复吹比的目的。优化改进后透气砖的供气强度可达0.08Nm3/min.t，并取得了

22、较好的冶金效果：（1）在终点钢水相同C含量的条件下，复吹炉次的终渣（TFe）含量降低25%。（2）在终点钢水C0.03%0.05%范围内，复吹炉次相同碳含量条件下钢水终点钢水氧活度降低(80150)×10-6，终点钢水C%.O%积为0.00256。（3）合金Mn收得率提高25%，Si收得率提高35%。（4）透气砖在线热更换技术的应用，实现了透气转与炉龄的同步。3.2.4 半钢炼钢脱氧工艺技术的研究1990年，随着攀钢喂线技术投入使用，脱氧工艺逐步形成了较为特殊的SiC或P1脱氧剂（CaC2为基体）预脱氧、Si、Mn脱氧合金化、喂铝线终脱氧方式。与其它一些钢厂的脱氧工艺相比较，攀钢脱氧

23、工艺的主要特点在于预脱氧环节，国内外预脱氧的脱氧剂普遍采用金属型预脱氧剂，而攀钢则采用非金属型的预脱氧剂，该工艺在提高合金元素收得率、降低生产成本上有其独特优势。Pl和SiC脱氧剂都属于非金属脱氧剂，攀钢从1990年开始研究用于转炉钢水的预脱氧，首先在连铸钢种上应用，后来逐步推广到攀钢大部分的钢种上（低碳铝镇静钢、普碳钢、车轴钢、重轨钢等）。攀钢采用Pl和SiC预脱氧制度确实使钢液的氧活度降低到了较低水平，对提高钢水质量、新产品的开发以及解决钢水浇注变流起了很大作用，也使攀钢的Si、Mn回收率（与国内相同的钢种相比）分别提高了约5个百分点，Al 的回收率也有所提高，但在应用过程中也存在一些问题

24、：（1）Pl脱氧剂易受潮发生粉化，影响脱氧效果的稳定。（2）SiC脱氧产物是酸性SiO2，降低了钢渣的碱度，易使钢水回硫、回磷。（3）Pl脱氧剂有增碳现象，对某些低碳钢不适用6。20世纪90年代末期，金属型复合脱氧剂得到了广泛使用。金属型复合脱氧剂的脱氧能力强，反应迅速，脱氧形成的复合夹杂物易于上浮。采用金属型脱氧剂，能够简化脱氧工艺，实现机械加入，减轻工人劳动强度。复合脱氧的机理在于脱氧产物为复合产物，其活度比单一元素的脱氧产物活度低，因而降低与之平衡的含氧量，即若有两个或两个以上脱氧元素存在，会提高它们单独存在时的脱氧能力，因此出现了铝锰铁、铝硅铁、铝铁、硅铝钡等多种复合脱氧剂。攀钢从19

25、98年开始在连铸低碳铝镇静钢上进行铝锰铁试验并推广应用，结果证明：用铝锰铁脱氧合金化生产低碳铝镇静钢，脱氧效果好，在出钢过程随钢流加入8kg/t的FeMnAl合金，可把钢中氧降低至很低的水平，氧脱出率达96.8%；简化了脱氧合金化工艺，能稳定控制钢中酸溶铝、锰的回收率，锰的回收率达86%，酸溶铝的回收率20.6236.5%，有利于提高钢种炼成率；使用FeMnAl脱氧，解决了非金属预脱氧剂生产低碳铝镇静钢在多炉连浇时大包、中包水口发生堵塞变流的问题，对提高连铸坯品质具有较好效果。攀钢于2001年在重轨、低合金钢等钢种上采用了硅钙钡脱氧剂，取得了较好的使用效果：在BaCaSi加入量为1.52.0

26、kg/t情况下，钢中Si、Mn控制正常，收得率分别达到89%、95%；钢中氧能降至较低水平，重轨钢氧活度小于20×10-6，低合金钢氧活度小于25×10-6，钢渣TFe从11.323.34%降低至2.764.67%7。为进一步降低生产成本，2007年进行了铝铁代替铝锰铁试验，试验结果表明：工艺顺行，铝铁合金不增碳，锰收得率平均为88.23%，铝收得率平均为21.43%，脱氧合金化成本较铝锰铁有较大幅度降低。随着用户对钢质量的要求越来越高，对钢渣的脱氧和改性被提到很重要的位置。未经处理的钢包渣（FeO+MnO）含量在8%15%，且碱度较低。国内外的大量研究结果表明，当渣中（F

27、eO+MnO）超过3%时，对钢的纯净度和性能有不良影响，因此，进入20世纪80年代中期，一些大钢厂纷纷采用钢渣脱氧和改性技术，这样做的目的除减少对钢水的污染外，还能有利于吸附夹杂，同时也是冶炼低硫钢的条件。2006年以来，攀钢通过开展钢包渣改质、LF炉精炼造渣以及钢包吹氩控制等为核心的工艺技术研究，钢包渣的氧化性得到了大幅度降低，同时脱硫率得到了显著提高，见表8。表8 钢包渣改性效果/钢包渣组成脱硫效果CaOSiO2FeO+MnO转炉终点成品范围46.8259.6610.1021.780.942.720.00650.0120.00210.0047平均值52.8215.571.750.0080.

28、00343.2.5 半钢冶炼热补偿技术的研究攀钢由于特殊的工艺，转炉炼钢的主要原料是提钒后的半钢。由于半钢的碳含量和温度低，S、P偏高，炼钢时常因热量不足造成多次补吹，且较多炉次是以终点“烧铁”来达到足够的出钢温度，造成终点钢水氧活度高，渣中TFe高，对冶炼钢种和转炉炉龄造成不利影响。因此，为了弥补半钢热量的不足，攀钢在转炉炼钢热补偿技术方面开展了大量的工作，先后使用过焦炭、无烟煤、碳化硅等提温材料。转炉使用焦炭、无烟煤均可提高温度3040/t，但硫含量高，易使钢液回硫。转炉使用碳化硅可提高温度3040/t，由于考虑到碳化硅加入后将使碱度降低，影响硫、磷的去除，所以，规定了碳化硅加入量每炉不超

29、过1t。而在提钒出半钢时使用的半钢增碳剂虽可提高半钢碳含量0.06%，对半钢炼钢热源不足也起到了一定的缓解作用，但其针对性不强，且成本偏高。针对以上提温材料存在的不足，2000年提出了炼钢转炉加发热值较高、对钢渣成分没有影响的类石墨进行热补偿的技术。经典型试验和现场扩大使用取得了较好的效果，使用结果表明：（1）炼钢转炉加类石墨补充热源的技术具有简单、方便，效果显著等优点；（2）可补偿半钢炼钢的热源不足。当吹炼前加入1t类石墨时，吹炼终点可补偿温度40.7；（3）可改变炉渣组成，降低终渣FeO含量，从而提高钢质量8。3.2.6 半钢炼钢炉龄攻关攀钢半钢冶炼所得的炉渣与普通铁水冶炼的炉渣相比，渣中

30、含有25%的钒钛氧化物。钒钛氧化物的存在，影响了炉渣的熔化性能：钒钛转炉渣和普通转炉渣相比，熔化性温度偏低，钒钛转炉渣熔化性温度始终徘徊在12801370区间，根据实验室实测的结果，普通转炉终渣V2O5含量每增加1%，熔化性温度平均要下降27左右，不仅如此，含V、Ti转炉终渣与普通转炉渣相比，熔化曲线表现出明显的差异，其全熔化性温度比普通转炉渣低得多，初熔和全熔温度区间很小，这些给炉龄的提高带来了很大困难。投产初期，转炉是用鞍山生产的小镁砖砌筑的炉衬，只炼了42炉，因衬砖蚀损严重不能继续使用。后在炉衬车间建成后采用焦油白云石砖砌筑炉衬，但由于不烧焦油白云石砖含杂质高、体积密度低，以及炼钢造渣制

31、度尚处于摸索阶段等原因，所以转炉炉龄一直很低。1978年以前，炉龄始终在102150炉之间波动。而后从制砖工艺改进、转炉炉型改进、造渣制度优化等方面开展技术攻关，到1984年，最高炉龄已达662炉。19801985年，炼钢转炉平均炉龄一直徘徊在500炉左右。1987年开始实施技术攻关，先后经过4个阶段的攻关试验，通过改变炉衬砖大小、材质、砌筑方式、炉底形状和优化炼钢操作一系列措施，转炉炉龄由1990年的平均700炉提高到1995年的1113炉，实现了炉龄的翻番。随着溅渣护炉技术的出现，攀钢于1997年开始进行粘渣试验、98年实施吹氮溅渣，并开展“炉渣性能与状态调节技术开发”、“溅渣层的形成及蚀

32、损机理研究”、“冶炼与溅渣结合技术的开发”等科研项目攻关，通过控制炉渣碱度3.04.0，TFe含量12%20% ，MgO含量10%13%9，使炉龄得到逐步提高，耐火材料消耗也得到进一步降低，见表9。表9 攀钢近年来的转炉炉龄及耐火材料消耗时 间199619981999200120022004200620082010炉龄/炉平均1217165518396238803185435331*75647719最高15282213259273541004893058999101119396耐材消耗/kg.(t钢)-14.242.992.651.971.781.691.791.721.70 *注：2006年

33、有2个炉役因设备改造提前停炉 3.2.7 炼钢转炉基础自动化改造及炼钢模型开发攀钢炼钢转炉设备中，机械、结构件仍采用20世纪60年代设计的结构形式；倾动和氧枪的电气传动于1994年改造为可控硅系统。转炉炼钢基础自动化改造于1996年开始，1998年基本完成，实现了氧枪的自动控制，倾动系统的操作监控，渣料的自动称量及自动振料控制，过程参数的实时数据采集及操作实现全CRT显示的计算机化。2007年，在6#、7#转炉投产后开展了冶炼及终点控制技术研究，建立了以炉气分析结果为基础的转炉碳预报模型，该模型的建立为不倒炉炼钢提供了基础，炉气分析系统投运率达99%以上，副枪投运率达75%以上。2008年，为

34、使副枪、炉气分析、二级模型投运能够稳定的投入使用，成立专项工作小组，针对设计缺陷开展改进及维护工作。到2010年，炉气分析系统投运率达90%以上，副枪投运率达到96.7%，不倒炉炼钢率达到96.2%，副枪正常炉次的不倒炉炼钢率达到99.70%，二级模型投运率达到82.58%。同时，由攀研院、炼钢厂、攀钢信息工程公司共同研究，自主开发了适合于半钢炼钢特点的静态、动态控制模型，从运行结果看，与生产实际比较吻合，目前，使用该模型的温度命中率是89.71%，碳命中率是81.67%，碳温双命中率是73.72%。10个碳以下模型命中率：温度命中率是90.29%，碳命中率是83.71%，碳温双命中率是79.

35、71%；转炉直接出钢比例为32.18%。3.3 炉外精炼攀钢通过不断的技术改造，从1993年建设第一座130tLF炉，1997年建成投产第一套130tRH装置，发展到目前拥有4座130t LF炉，具有钢水加热、成分微调、造渣精炼功能，年处理钢水600万吨能力和3套130t RH真空装置，具有钢水脱气；去除夹杂；成分微调功能，年处理钢水300万吨能力的水平，设备装备水平有了大幅度提高。攀钢全连铸投产后，为了稳定、高效地向连铸提供合格的钢水，开展了钢水精炼脱氧技术、钢水精炼夹杂控制技术、钢水精炼脱硫技术等研究，通过合理分配LF和RH的冶金功能，优化LF和RH的精炼工艺，使精炼工序的作用得以充分发挥

36、，钢水温度、成分控制的稳定性以及钢质纯净度得到进一步的提高。3.3.1 纯净钢生产工艺技术研究纯净钢生产是20世纪90年代以来炼钢技术发展的核心之一。一般认为，只有成品钢中P、S、O、N、H总含量<100ppm才可称为纯净钢。攀钢含钒铁水必须经过提钒预处理，在提高钢水纯净度方面所面临的难点及工艺的复杂程度远大于国内外其他厂家。攀钢经近30年的生产建设，工艺技术装备水平有了较大的提高，具备脱硫预处理、转炉顶底复吹提钒、转炉顶底复吹炼钢、LF、RH精炼炉及板坯连铸机等钢水生产工艺设施与装备，并相继开发了炉外预处理脱磷及炉后精炼等新工艺，初步具备进一步提高钢水纯净度的条件。攀钢从1998年开始

37、加大了开发纯净钢生产工艺研究的力度，在短短的两年里，建立起纯净钢生产工艺流程及各工序控制目标：铁水深脱硫（脱硫后铁水S<30ppm）预处理脱磷（入炼钢转炉P<100ppm）炼钢转炉深脱磷（终点P<20ppm）钢包渣改性处理LF炉钢水加热RH钢水深脱硫、脱氧、脱氢连铸保护浇注。2001年已将钢水纯净度P、S、O、N、H含量从300500ppm降到80ppm左右10，在此基础上成功实现IF钢等家电用钢的批量生产。3.3.2 高速重轨钢生产工艺技术研究连铸工艺生产重轨钢是冶金技术的重大进步，它可以显著提高钢的成材率，改善重轨的表面质量、内部质量和重轨在高速、重载线路上的使用性能。为

38、此，攀钢在2003年9月新建了大方坯连铸重轨钢生产线，淘汰了原有的模铸生产工艺，为高速重轨钢的开发创造了有利条件。2006年攀钢加大了高速轨的开发力度，通过开展钢包底部吹氩参数优化、钢包渣组成控制、硫化物夹杂物的钙处理变性等技术的研究，提高了B、C、D类夹杂的合格率，改善了在钢中S0.008%，Als0.004%条件下A类夹杂的组成和分布形态，满足了350km/h高洁净钢轨技术标准要求，为攀钢在国内率先实现350km/h高速轨的批量生产奠定了技术基础。（1）钢中TO降低钢中TO主要从两方面开展工作：一是通过在出钢过程和精炼过程加入精炼渣将钢包渣组成控制在适宜的范围内；二是根据高洁净度钢轨钢的精

39、炼需求，对原吹氩模式进行了优化，建立了精炼过程的吹氢模式，促进钢渣界面反应去除钢中夹杂物，提高钢水洁净度。通过采取以上措施，精炼后的TO去除率提高到48%左右，使得钢轨TO降至15×10-6以下，钢轨B、C、D三类夹杂物评级同时1.0级的合格率提高20%以上11。（2）夹杂物控制在优化钢包底部吹氩参数和钢包渣组成控制技术基础上，采用了钙处理夹杂变性技术，通过改变A类夹杂组成来改变其在钢轨中的分布形态，以此降低A类夹杂的评级级别。钢液经钙处理后，A类夹杂合格率达到100%，同时，并未造成其它非金属夹杂物评级升高。钙处理后铸坯金相检验结果见图9。 图9 钙处理后铸坯中夹杂分布形态 图10

40、 钙处理后钢轨夹杂金相照片由图9可见，钙处理后，铸坯中夹杂形态产生了较大的变化，由枝晶状、扇形状转变为点、球状，铸坯轧制后，钢轨金相面上夹杂的分布较为弥散，夹杂条数少和总长度短，见图10（夹杂条数15，夹杂总长度280µm）11。3.3.3 转炉流程生产38CrMoAl高铝钢技术研究38CrMoAl钢由于Al含量较高（Al=0.7%1.1%），在连铸过程中容易导致水口的堵塞，因此需要对钢中 Al2O3夹杂物进行形态控制，保证钢水的可浇性。攀钢为进一步优化产品结构，实施“做精钢铁”的发展战略，从2007年开始进行38CrMoAl钢转炉精炼连铸生产工艺技术开发，重点在精炼渣及其造渣制度、

41、钢水成分及其控制、水口堵塞防范和连铸坯表面质量控制等方面开展了一系列研究。通过综合应用上述技术措施，攀钢在国内率先打通了38CrMoAl高铝钢的转炉精炼连铸生产工艺流程，顺利实现了38CrMoAl钢的多炉连浇生产，采用的精炼技术能够降低钢中夹杂物总量。38CrMoAl铸坯TOI<0.0015%，S<0.004%，轧材的低倍及夹杂检验结果见表1012。表10 轧材检验结果/级低倍检验夹杂检验一般疏松中心疏松一般点状边缘点状ABCD1.01.51.0无1.51.5无1.0由表10可见，轧材低倍检验未见高铝钢易产生的边缘点状偏析，夹杂种类主要为B类夹杂，未发现C类夹杂，A、D类夹杂较少，

42、完全满足用户的质量要求。3.3.4 钢帘线等高品质硬线钢生产工艺技术研究钢帘线作为增强材料能够大大提高橡胶制品的强度和弹性，广泛应用于汽车轮胎以及传输皮带等工业领域，但由于帘线钢对夹杂物、残余元素和成分偏析的要求非常高，国内只有宝钢、武钢等少数钢厂能够生产，而生产高端帘线使用的坯料90%为进口。为确保攀成钢高线品种开发，攀钢钒于2008年立项开展帘线钢开发研究，2009年完成了实验室研究，2010年进行了冶炼工业试验。针对帘线钢在攀钢生产中存在的技术难点，通过采取铁水预处理深脱硫、转炉应用低磷钢冶炼技术、精炼夹杂物塑性化控制、连铸低过热度恒速浇注等措施，确保了帘线钢生产的稳定顺行，实现了帘线钢

43、的批量生产，并取得了较好的效果：帘线钢成品常规成分及残余元素均满足钢种要求，其中，钢中Ti、Al控制到了10ppm和20ppm以内；通过对钢包渣组成的控制，钢包渣碱度和Al2O3含量均符合将钢中夹杂物控制在塑性区范围内的要求；轧材方钢中N、H、O含量、非金属夹杂物和低倍评级均满足控制要求，见表11。表11 轧材检验结果项目TO/10-6N/10-6H/10-6低倍检验/级夹杂物/级一般疏松中心疏松中心偏析A类B类C类D类控制要求206021.01.51.01.51.0检验平均19.346.41.20.870.750.251.30.750.750.5范围16.624.146531.01.40.5

44、1.00.51.00.00.51.01.50.51.00.51.00.50.53.3.5 电工钢生产工艺技术研究电工钢是一种国内市场紧缺、生产技术难度大的功能性金属材料。由于硫化物在钢中呈现第二相，影响钢的晶粒细化，阻碍晶粒长大，从而严重影响电工钢磁性，因此，硫含量的控制是电工钢冶炼的关键，要求电工钢硫含量越低越好。对于电工钢这类弱脱氧钢来说，由于钢水中的氧活度很高，钢水精炼过程不具备脱硫的热力学条件。攀钢由于受铁水硫高，以及转炉冶炼和精炼过程钢水回硫的影响，在钢中硫含量的稳定控制方面存在较大的困难。为此，2009年攀钢开展了一系列的探索研究，建立起“铁水深脱硫、转炉控制回硫、钢包渣改性、RH

45、补充脱硫”的工艺路线。为实现弱脱氧电工钢的RH脱硫，攀钢采取了以下措施：（1）钢包渣改性，确保（FeO+MnO）含量控制在15%以内；（2）选用脱硫效率高的CaO-Al2O3-CaF2渣系；（3）合理选择脱硫时机，钢中氧活度越高，脱硫效率越低，脱硫剂的加入一般选在钢水脱氧、合金化后进行。通过采取钢包渣改性、合理控制RH脱硫剂的加入时间等措施，攀钢实现了低硫电工钢的批量生产。电工钢RH脱硫前后硫含量的变化情况见表12，转炉冶炼至RH各工序钢中硫含量的变化情况见图11。表12 RH脱硫前后硫含量变化情况/LF出站RH脱硫前RH脱硫后成品范围0.0060.0090.00580.00880.00280

46、.00670.00310.0068平均值0.00780.00760.00580.0057图11 转炉冶炼至RH各工序钢中硫含量变化情况由表12及图11可见，采取钢包渣改性、合理控制RH脱硫剂的加入时间等措施后，RH脱硫率可达到20%左右，从转炉终点至成品钢水中的硫含量均有不同程度的下降，成品S能控制在0.006%左右。3.4 连铸攀钢1#板坯连铸机于1993年10月建成投产，实现了攀钢连铸“零”的突破。为进一步提升产品的市场竞争力，攀钢经过二期和三期全连铸工程的建设，已拥有1台1350mm双流板坯连铸机、1台1350mm单流板坯连铸机及1台6流方坯连铸机、1台4流方坯连铸机、1台6流方圆坯连铸

47、机。其中，1#大方坯连铸机的装备达到国际先进水平，开辟了重轨钢高效化生产的有效途径；2#方坯和3#方圆坯的建成投产，为公司合理利用有限资源、及时调整产品结构、经济生产高附加值产品提供了强力支撑和保证。3.4.1 1#板坯连铸高效化技术研究攀钢1#板坯连铸机设计产能100万吨，为满足公司做大热轧的要求，19961998年期间开展了“板坯连铸高效化技术研究”。项目研究从提高钢水质量、低过热度恒温浇铸工艺、高拉速结晶器关键技术、高效连铸二冷技术、高拉速连铸保护渣及空心颗粒制造技术、自动控制和检测系统技术等方面进行高效化技术攻关。通过高效化技术的应用，铸机拉速由0.70.9m/min提高到1.8m/m

48、in，铸机作业率由78%提高到91%，铸机年产能力由设计的100万吨提高到2002年的205万吨，铸坯表面无缺陷率由75%提高到95%以上。高效化攻关取得的主要工艺技术成果有：（1）摸清了钢水中夹杂物的主要来源，并在此基础上形成了精炼渣+中包覆盖剂+上下挡墙的中间包冶金技术。使低碳铝镇静钢中包内Al2O3夹杂物上浮率达6585.20%，大颗粒夹杂含量减少5.78mg/10kg，铸坯 TO 含量为1022ppm，和高效化之前相比，TO降低22%，大颗粒夹杂含量降低4倍。（2）高效连铸铸坯冷却技术。建立了攀钢铸机的二冷传热计算数学模型，对铸机的工艺参数进行了较系统的分析，获得了喷嘴水流密度分布特性

49、和二冷区平均损热系数的关系式，为进一步研究二冷传热和设计合理的二冷工艺制度打下了基础。多次开展了1.21.8m/min铸坯凝固终点、二冷铸坯表面温度和1.41.8m/min高拉速测试应用，以及5个钢种的高温力学性能检验。并进行了相应SOP表修改和高拉速应用试验优化冷却制度，获得了在1.8m/min高拉速条件下凝固终点（约25m），铸坯温度分布（出坯温970980）等重要参数，编制了四组新的SOP水表和建立了1.8m/min高拉速冷却制度并在生产中推广应用。（3）低过热度恒温浇注技术。根据中间包热平衡测定，优化大包、中包保温技术，使中间包钢水平均温降速度由0.91/min降至0.6/min。通过

50、过程工序温降的调研，建立了流程温度节奏控制标准并推广，为高拉速生产创造了有利条件，降低出钢温度10，中包过热度由原来35降低到25左右。（4）高效连铸保护渣技术。针对攀钢连铸钢水特点利用攀西资源研究开发了普碳钢、低合金钢、稀土钢等系列保护渣，并在生产中推广应用，完全满足1.8m/min高拉速工艺的要求，铸坯表面质量良好，普碳钢、低合金钢等钢种铸坯表面无清理率达90%以上。3.4.2 2#板坯辊列优化布置研究2#板坯连铸机机型为直弧型连铸机，为实现扇形段的快速更换和各段共用互换，减少备件等，采用16段辊子及辊间距完全相同的设计，投产后在生产中出现以下问题，严重影响了全连铸生产的正常进行：（1）浇

51、注低合金钢时结晶器液面出现周期性大幅度波动，特别是当拉速v=0.80.9m/min时，波动最大可达30mm，致使该钢种无法浇铸。（2）因结晶器液面异常波动，造成铸坯表面严重结疤、接痕，影响铸坯表面质量，严重时导致漏钢事故。（3）因结晶器液面波动导致浇铸过程中漏钢预报报警、降速和停机频繁，浇注周期长，最终造成钢水温低浇钢中断及大量钢水回炉。为解决上述问题，2008年攀钢与中国重型机械研究院共同研究，对2#板坯连铸机扇形段1段、2段进行改造，采用非等间距排列方式来破坏坯壳挤压的周期性，使液芯的容积变化在扇形段之间有所补偿，从而改善结晶器的液面波动。2010年改造后扇形段投入使用，浇铸过程结晶器液位

52、基本稳定，液位波动值在±4mm以内，且大多数情况液位波动值在±3mm。基本消除了改造前存在的结晶器液位异常波动问题，完全满足板坯连铸工艺对结晶器液位波动值±5mm的技术要求。与此同时，还开展了相关的连铸工艺优化试验，生产的铸坯内部质量良好，内部缺陷评级均在1.0 级以内，铸坯宽面表面质量良好，表面纵裂、皮下网裂等表面质量缺陷得到改善。3.4.3 动态轻压下和结晶器电磁搅拌技术研究与优化1#方坯连铸采用奥钢联开发的SMART/ASTC动态轻压下系统，经过轻压下参数优化研究，确定了重轨钢等钢种的压下工艺参数，改善了铸坯中心偏析。通过对比分析电磁搅拌电流在250500A

53、范围内对高、中、低碳钢铸坯内部质量的影响，优化了重轨钢等钢种的电磁搅拌参数，确定了大方坯连铸典型钢种的电磁搅拌工艺制度。这些技术的综合应用在高速重轨钢生产中发挥了显著作用：（1）铸坯表面质量良好，可以不经清理直接轧制。（2）铸坯内部质量较好，没有发现内部裂纹，中心偏析和中心疏松在1.5级以下。（3）铸坯所轧钢轨质量较好，表面和内部质量指标满足时速350km/h高速钢轨要求。3.4.4方圆坯连铸工艺及质量控制技术研究攀钢3#方圆坯连铸机是完全立足于国内力量，自行设计、自行制造、自行安装和调试的方坯/圆坯兼用连铸机，除铸机辊列布置、二冷系统设计及喷嘴布置与结构、选型难度大外，同时提高方坯和圆坯表面

54、质量和内部质量的技术难度也较大。2009年攀钢钒、攀研院、中国重型机械研究院与重庆大学一道，结合3#方圆坯连铸机品种结构特点，进行了以下技术研究：（1）开展了中间包和结晶器钢液流场、温度场、夹杂物上浮运行轨迹的水模实验和数值模拟研究，设计合理的中间包内型结构和浸入式水口结构及相关的工艺操作参数；（2）开展了结晶器电磁搅拌条件下结晶器内电磁场、钢液流场、温度场和坯壳应力场的数值模拟研究，设计合理的结晶器电磁搅拌器结构和相应的电磁搅拌工艺制度；（3）开展了方圆坯连铸过程凝固传热数值模拟仿真，设计合理的二冷区辊列布置、二冷区长度、喷嘴布置与结构及连铸二冷控制制度；（4）开发高性能的连铸结晶器保护渣，

55、研究应用适应3#方圆坯典型钢种特性和结晶器振动参数、铸机拉速等工艺参数的连铸保护渣；（5）制定合理的钢液过程温度控制制度，实现连铸钢液中包温度与拉速的合理匹配。通过以上技术研究，开发形成了方坯、圆坯连铸生产和质量控制的成套工艺技术，为铸机顺利投产及快速实现达产达效，提高弹簧钢、轴承钢、齿轮钢、合金结构钢、优碳钢等典型钢种的铸坯表面质量和内部质量，调整型材品种结构提供了重要的技术支撑。投产后，铸机拉速稳定控制在1.3m/min1.7m/min之间，方圆坯表面质量和内部质量良好。2010年方圆铸坯质量及低倍组织检验结果见表13、图12、图13。表13 2010方圆坯低倍检验结果断面钢种内 部 缺 陷 评 级 /级中心疏松中心偏析中心缩孔中心裂纹中间裂纹角部内裂方坯20#50#(n=253)0.51.01.0(100%)01.01.0(100%)01.01.0(100%)01.51.0(96%)01.01.0(100%)01.01.0(100%)20CrMnTi、40Cr (n=317)0.51.51.0(98%)00.50.5(100%)01.51