钢冶炼现状以及发展动向.doc

钢冶炼现状及发展动向以钢铁企业为例摘要：以国内三大钢铁厂（宝钢、武钢、鞍钢）为对象，整理了各厂的钢冶炼工艺现状，包括各厂家工艺流程，设备情况，能耗情况以及技术创新等;并结合现今流行的工业先进理念分析未来动向。关键词：炼钢 工艺现状 发展动向据2014年最新数据显示，中国的钢铁产量目前已占据全球产量的45%。但是，我国钢铁企业的存在传统产品过剩、高附加值产品供不应求以及钢铁产品竞争力不足的问题。钢企技术装备水平低，结构不合理。炼钢设备中，转炉落后产能占目前转炉的12%；电炉约有1000万吨属于落后生产能力，占电炉能力的34%。然而，与此同时，钢铁行业的整合治理效果并不明显，最终导致了钢铁行业一边在淘汰产能，另一边却在加速扩大产能的现象。因此，对国内几家较大钢铁企业进行工艺研究，有利于深入分析钢铁企业的现有问题，对其它相对落后企业有借鉴意义。1 宝钢技术 宝钢股份炼钢厂一炼钢分厂目前有 300 t 转炉3座，LF炉2 座，RH炉3座，CAS 位1座，1机2流的铸机3台。生产的工艺流程如下:高炉高水兑铁车转炉二次精炼连铸。 1 工艺流程之铁水预处理采用炉外脱硫工艺可以使铁水硫含量降到超低含量，减轻高炉的脱硫负担，且能保 证炼钢吃精料，降低转炉炼钢的生产成本，有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。1 宝钢一炼钢铁水预处理目前有混铁车脱硫工位和铁水包脱硫工位，其工艺流程如图 2所示。宝钢从日本新日铁引进混铁车直插顶喷（倒 T 型双孔直插枪）脱硫工艺技术，简称TDS（Torpedo Car Desulphurization）脱硫法，脱硫粉剂为钙基系,目前脱硫处理比约为 99%，宝钢一炼钢鱼雷罐车脱硫站内有两条线（S1线和S2 线），其中S1线的A、B枪喷吹CaC2基复合 脱硫剂，S2线的A枪喷吹CaO基复合脱硫剂，B枪喷吹CaC2粉脱硫剂，载气均为 N2。 图1.1 宝钢炼钢厂生产流程 图1.2 铁水预处理工艺流程图由于 TDS 脱硫无法满足超低硫钢种的要求，为了开发出高质量、高附加值的钢种，保证在激烈的市场 竞争中立于不败之地，必须将入炉硫降到更低。2004 年根据宝钢股份公司发展需要，为 适应品种拓展、品质提高的要求，炼钢厂再次从 ESM 公司引进铁水坑双枪混喷（Mg钝化 CaO）粉技术。宝钢从2002 年开始对转炉脱磷脱碳双联 工艺技术( BP) 的自主研究。宝钢炼钢厂3座 300 t复吹转炉的双联法设备配置和工艺布置与传统转炉炼钢车间基本一致。每座转炉均具有脱磷和脱碳功能，可采用双联法冶炼，亦可进行常规冶炼，切换灵活，目前采用 BP 工艺已经开发了帘线钢、抗 HIC的管线钢、IF 钢、2Cr13不锈钢、S135 钻杆钢之类高难度、高附加值产品。 2 工艺流程之转炉相关技术宝钢一炼钢于 1990 年 6 月改为顶底复吹转炉，采用弱搅拌型式，底部吹入 N2和 Ar，N2、Ar 在吹炼过程中进行切换.采用顶底复吹后Mn回收率约增加 5，脱P、S 率提高 25；出钢后回 P 比顶吹转炉低1010420104。 2.1 转炉负能炼钢在转炉冶炼 过程中，把转炉冶炼中产生的炉气净化处理后回收利用，回收的能量( 煤气和蒸汽) 大于消耗的能量，使转炉工序能耗( kg 标煤/t 钢) 成为负值，即为负能炼钢。2能源回收转炉吹炼法或法回收与净化煤气柜煤气加压机管网(煤气混合站)用户。转炉在吹炼时会产生大量的高温和高浓度的一氧化碳烟气,但是烟气中还含有大量高浓度金属粉尘,因此必须对高温的烟气进行冷却以便除尘及回收煤气,与此同时在烟气冷却过程中还可以利用余热回收系统回收烟气余热生成的蒸汽,供生产和生活使用。3 宝钢股份一炼钢厂和二炼钢厂分别采用了湿法除尘(OG)和干法除尘(LT)进行烟气回收,其中一炼钢厂的300吨转炉湿法装置由日本NSC承担设计并提供成套设备,二炼钢厂的250吨转炉干法系统先后分别引进鲁奇和澳钢联的干法电除尘装置。 根据炼钢产能规模,宝钢转炉煤气系统目前共有4座8万3威金斯型煤气柜。1992年,在没有国内外经验可借鉴的情况下,宝钢开发了转炉煤气柜双柜并列运行技术。 能源节约 经过了技术改造以后，宝钢将风机的速度运行模式进行了转变(改造后二次除尘的参数运行参数较为合理）实施此项技术改造以后，吨钢能耗节约了0.7kg标煤。2.2 转炉长寿技术 溅渣护炉 溅渣护炉的基本原理,是在转炉出完钢后加入调渣剂,使其中的MgO与炉渣产生化学反应,生成一系列高熔点物质,被通过氧枪系统喷出的高压氮气喷溅到炉衬的大部分区域或指定区域,粘附于炉衬内壁逐渐冷凝成固态的坚固保护渣层,并成为可消耗的耐材李小明等:转炉溅渣护炉技术的发展及现状层。转炉冶炼时,保护层可减轻高温气流及炉渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷,以维护炉衬、提高炉龄并降低耐材包括喷补料等消耗。 溅渣护炉是美国LTV钢公司于1991年开发出的一项转炉炉衬维护新技术。宝钢于1997年2月在炼钢厂1号转炉上开始溅渣护炉试验。宝钢在开发溅渣护炉技术过程中,对于溅渣材料的种类与配比、合理的炉渣MgO含量、溅渣用喷头的设计和喷吹参数的控制、溅渣操作对吹炼过程冶金反应的影响、溅渣层与炉衬的结合及侵蚀机理等都进行了研究。 图2.1 OG法工艺流程图 图2.2 LT法的工艺流程2.3 转炉自动控制 转炉炼钢过程控制模型是全自动炼钢 的关键技术,是集自动控制、冶金机理、生产工艺、数学建模、人工智能、数字仿真、计算机等多种技术于一体的高难度复杂技术。 宝钢根据炼钢生产特点,运用冶金机理、 统计回归、神经元网络、人工智能等多种方法,结合宝 钢生产实践经验,研发了常规炉用兑磷炉脱碳炉三套过程控制模型。4 在转炉吹炼后期,转炉动态模型根据转炉总装人量、吹炼过程中副枪测定的温度和结 晶碳浓度等信息计算出达到吹止钢水目标温度和目标碳浓度所需追加的吹氧量及冷却材投人量,并预报吹炼终点碳温信息 。 2.4 钢渣处理宝钢是以钢铁为主业的大型现代化钢铁联合企业,在生产过程中涉及大量的二次资源的回收利用,其中,钢渣的综合利用一直是宝钢研究的命题之一。5处理工艺 热闷法 钢渣热闷罐法处理工艺为:大块钢渣倒入闷罐内,盖上罐盖。间断地向热渣喷水,使罐内产生大量蒸汽,与钢渣产生复杂的物理化学反应,使钢渣产生淬裂。钢渣由于含有游离氧化钙,遇水后会消解成氢氧化钙,发生体积膨胀,使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经闷解后,一般粉化效果都能达到60%80%. 浅盘法工艺 为日本新日铁公司开发。宝钢的浅盘工艺引自新日铁。流动性较好的、渣通过渣罐运送至渣处理间,把渣倒入渣盘中,静置35,喷水2,停3,如此重复4次,钢渣表面温度下降至500左右。然后将浅盘中凝固并破碎的钢渣倾倒在排渣车上,运送到二次冷却站进行第二次喷水冷却,喷水4,耗水量为0.083/,钢渣温度下降至200左右。再将钢渣倒入水池内进行第三次冷却,冷却时间约30,耗水量0.043/,钢渣至此温度降至5070 ,随后输送至粒铁回收线。 滚筒法 滚筒法处理工艺是宝钢在购买俄罗斯专利技术的基础上,经过消化吸收和创新后,于1998年首次进行了工业化应用。生产实践表明,该装置具有流程短、投资少、环保、处理成本低以及钢渣稳定性好等优点。 用途 钢渣二次利用最便捷的途径是作为高炉、转炉原料,在钢铁厂自行循环使用。此外,钢渣还可用于道路工程、建材原料、钢渣肥料及填坑造地等。 宝钢股份厂区滩涂围堰地钢铁余料资源化综合加工中心项目结合国内外先进技术和成熟工艺，产品定位为返钢铁生产为主的冶金原辅料和社会化利用的建材产品二大产品系列，实现宝钢固废综合利用产业全面升级。实现了钢渣、含铁尘泥的100%综合利用，年回收金属料56.4万吨以上，回收铁素量超过56万吨以上，固废返生产利用率由2012年的28.8%提高到30%以上，改变了原滩涂固废处置场简单堆放状况，实现了直接产品化处置及产业功能升级，最终完成资源利用和环境保护同步提升。3 精炼3.1RH精炼通过 R H 装备引进、自主技术改造 、自主新建工程实践 , 宝钢不但提高了R H 装备技术集成和自主创新能力而且完全掌握了 RH 成套关键设备的设计和制造技术 ，目前已形成具有自主知识产权的装备系列化设计和制造能力。6 RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应，合金直接加入钢水之中，收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低，夹杂物少，钢水纯净度高;还可以用顶枪进行化学升温的温度调整，为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水，以利于连铸生产的多炉连浇。3.2 LF精炼LF作为最简便、有效的二次精炼设施之一,广泛应用于各转炉和电炉钢厂。在宝山钢铁股份有限公司宝钢分公司第二炼钢厂(以下简称宝钢二炼钢)挖潜改造工程中,新建一座300t的LF。该300t LF整套工艺和设备由中冶京诚工程技术有限公司(北京钢铁设计研究总院)总集成。由于其主电系统目前国内尚缺乏设计和制造经验,特别是容量为45MVA的冶炼变压器等需从国外引进,其余工艺设备均由国内设计和制造。7 该300t LF的主要冶金及设备功能如下: (1)具有对钢液升温和保温的功能; (2)具有对钢液脱氧、脱硫的功能; (3)具有合金化和微调钢液成分的功能; (4)具有较高的生产率,能有效调节转炉、RH和连铸机之间的生产节奏,保证连铸机实现多炉连浇的功能; (5)具有吹氩搅拌、均匀成分和温度的功能;具有对钢水进行喂丝,深脱氧、深脱硫、改变夹杂物形态的功能; (7)具有防止钢水增N的功能; (8)具有自动测温、取样的功能;3.3 CAS精炼宝钢在原CAS装置上开发钢包(加铝) 吹氧升温技术,确立了 C A S一O B 工艺。 此工艺在钢包开发实施是必要的,它减轻RHO B的负担,减少了回炉钢液,效果良好并具有一定的经济效益。8 进行CAS处理时，首先用氩气喷吹，在钢水表面形成一个无渣的区域，然后将隔离罩插人钢水罩住该无渣区，以使加人的合金与炉渣隔离，也使钢液与大气隔离，从而减小合金损失，稳定合金收得率。 CAS法的基本功能有:均匀钢水成分和温度;调整钢水成分和温度(废钢降温);提高合金收得率(特别是铝);净化钢水、去除夹杂物。 4钢产量及能耗状况 图4.1 宝钢粗钢产量 图4.2宝钢能耗及环境影响 图4.3宝钢资源回收 绿色制造是指在钢铁生产的过程中，通过采取各类管理和技术措施，最大限度地节省能源、降低消耗，减少排放，在实现良好经济效益的同时实现清洁生产，与所在环境和谐共存。 2013年，宝钢结合新一轮发展规划，积极推进环境经营，推进绿色制造。与2012年相比，宝钢集团实现同比节能量38.8万吨标煤；与年度目标相比，二氧化硫减排量7018吨，下降19.9%；COD（化学需氧量）减排量463吨，下降23.1%；氮氧化物减排量6749吨，下降9.7%。固废资源综合利用率96.92%，与2012年相比提高0.87%。2 武钢技术 武钢本部厂区坐落在湖北省武汉市东郊、长江南岸，占地面积21.17平方公里。武钢拥有矿山采掘、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢及物流、配套公辅设施等一整套先进的钢铁生产工艺设备，并联合重组鄂钢、柳钢、昆钢后，成为生产规模近4000万吨的大型企业集团，居世界钢铁行业第四位。 武钢四炼钢：320t 混铁车倒罐站2 座，双工位铁水罐脱硫站2座，180t转炉2座，吹氩站 2 座，旋转电极式LF 1座，在线RH 2 套。 1 脱硫脱磷工艺 脱硫 武钢二、四炼钢采用的是KR机械搅拌脱硫,三炼钢采用的是混铁车(又称鱼雷罐)和铁水罐喷吹脱硫。 武钢通过对K工艺优化和技术改进：温降降低5.4脱硫剂单耗降低1.55kg/t扒渣时间减少1.2min；铁损降低了0.74/罐；每年节支效益显著!9 2 负能炼钢 武钢四炼钢厂转炉工序主要耗能设备有：座200t顶底复吹转炉、2台钢包吹氩搅拌系统、1套钢包炉电极加热系统，以及转炉工序前的铁水预处理和配套设施。 降罩到位与炉口微差压调控并行，提高回收 煤气的品质。加强转炉标准化操作，实施高效冶炼。优化煤气回收工艺，减少和消除柜前氧高报警。 此外，专门制定相应的煤气烘烤制度，优 化钢包的热周转模型，加快红热罐的周转速度，使煤气吨钢消耗降低。控制动态过程的吹氧量；推进“一键炼钢”技术，提高了终点双命中率。针对国内外炼钢终点控制现状及存在问题，开发了基于炉口火焰信息的转炉炼钢终点预报系统。通过光强采集模块和图像采集模块，实现了光 强和图像的实时采集和分析，得到的特征信息的曲线 基本符合吹炼过程中经验炼钢依据的变化规律。10 3 复吹转炉 复吹转炉是炼钢生产中脱磷的重要设备。但对于冶炼磷含量较高的铁水来说，复吹转炉仍存在着渣量大、冶炼操作不稳定、喷溅严重、炉衬寿命短和终点命中率低的缺点，且给冶炼低磷及超 低磷钢种带来很大困难。转炉留渣操作就是解决此问题的一种冶炼工艺。在吹炼前期快速形成温度不高、氧化性强的熔渣，留下上炉高碱度高氧化性的炉渣供下炉前期造渣使用，倒炉出渣后在同一炉内进行少渣脱碳冶炼。 留渣操作属于钙质成渣操作，但其脱磷的动力学和热力学条件明显优于传统不留渣操作.11 4 溅渣护炉 二炼钢厂溅渣系统主要包括如下设备: 400 m3氮气储气调峰球罐 ; 氮气输送管线 ,控制调解仪表及阀门;PL C控制系统和CO ROS操作系统; 炼钢与溅渣共用同一支氧枪 ,喉口直径35. 48 mm ,出口直径 45 mm ,出口马赫数为 1. 95; 专用氧枪刮渣器; 防止氮氧混掺安全装置。根据武钢炉渣特点 ,制定溅渣护炉炉渣控制原则MgO8 % 12%、碱度 3 4、TFe 13%20 % 。 制定了溅渣喷吹参数并开发出“三步法”枪位操作模式。发了底吹喷嘴维护和畅通技术。 炉役初期在底吹喷嘴出口迅速形成蘑菇头 ,炉役中期严格控制炉底形状和蘑菇头大小 ,发现堵塞时采用弱氧化性气体复通。 由于残渣层基体的保护作用 ,减少了炉渣对炉衬的侵蚀 ,提高了炉龄。5自动控制总体上说,转炉全自动炼钢控制系统分成两大部分,即二级机系统和基础自动化系统。二级机系统完成对生产过程的控制和模型的自学习,基础自动化则根据二级机的要求,控制本系统中的设备按指令顺序动作,同时将生产过程中的相关数据按二级机的要求传到二级机。 5.1全自动转炉流程 6 固体废弃物综合利用 努力推进冶金废渣高附加值利用和废钢循环利用。年产180万吨矿渣微粉项目建成投产，武钢矿渣微粉项目总体达到年产300万吨能力，每年可加工利用约340万吨高炉渣，减排二氧化碳265万吨，该项目生产用途广泛的新型绿色建材产品，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。 通过钢渣复合料在道路路面上推广使用、铸余渣冷热态再循环等技术的实施，实现了钢渣等固废减量化。 年可加工利用约340万吨高炉渣，减排二氧化碳265万吨，该项目生产用途广泛的新型绿色建材产品，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。通过钢渣复合料在道路路面上推广使用、铸余渣冷热态再循环等技术的实施，实现了钢渣等固废减量化。 图6.1综合利用流程图 7 能耗及污染 图7.1污染排放图 图7.2能耗图三 鞍钢技术 鞍钢与攀钢于2010年5月联合重组为鞍钢集团公司。2011年名列世界500强第462名。目前，鞍钢集团具备钢铁产能3860万吨。 1 脱磷 通过转炉(双渣法)脱磷生产试验*总结并掌握供氧制度+造渣制度+温度制度等对终点磷含量的影响*找到转炉脱磷的主要影响因素*为制定低磷钢冶炼工艺提供技术支持。铁水中其他元素的存在会不同程度地影响脱磷效果碳硅会降低磷的溶解度!并提高它的活度系数锰会与磷形成磷化物!从而降低磷的活度!但硅锰的存在会与磷争夺氧!从而抑制磷的氧化同时低温条件也有利于脱磷)但从动力学角度看!低温又会增大渣的黏度!降低渣的流动性!反而阻碍磷的脱除因此!最有效的脱磷条件是在一个最佳的铁水成分范围及温度范围内进行。 2 钢渣处理 鞍钢已拥有一条由德国引进、 国内最先进的240 万 t/ a 钢渣磁选加工线 ;一条由德国引进 、 具有世界一流水平的 60 万 t/a 矿渣粉生产线和 45 万t/ a 水泥生产线 ;年处理钢渣 230 万 t 、 铁渣近 100万t 、 水渣480 万 t , 产值3 亿多元。 钢渣热闷处理工艺研究施进行热闷处理。具体做法是将进厂的钢罐采用热该项技术研究的方案是:在露天条件下 , 采用多点均匀打水、 自然闷渣和延长陈化时间等技术措施进行热闷处理泼法翻往渣道, 一条渣道一般分为 8 个区进行循环作业。一个区域翻满冶金渣后进行多点连续打水(7 天)、 自然热闷, 随后用电铲进行降坡 (将闷完的冶金渣进行倒垛), 最后再经过 7 天的钢渣陈化过程。12 3 尘泥回收含铁尘泥是钢铁生产各工序除尘系统中排出的以铁为主要成份的粉尘和泥浆的统称。这些尘泥含铁较高 ,有的含碳也相当高 ,是宝贵的二次资源。如果废弃, 不仅浪费资源 ,还会造成环境污染 。通过以上分析可知, 鞍钢各种含铁尘泥的化学成分、粒度 、水分、黏度各不相同 ,尤其是转炉污泥和轧钢铁鳞黏度大 ,难以混匀 ,不宜直接用于烧结配料。为克服瓦斯泥硬度大、转炉污泥与轧钢铁鳞黏度大不易混匀 、以及各种含铁废料成分波动大等缺点, 鞍钢首先采用大型机械搅拌混匀设备, 根据各种废料的化学成分 , 按一定比例混合;在各种含铁废料初步混匀后 , 再采用强力混合机进一步混匀。各种废料经处理后形成一种物化性能相对稳定的含铁原料 ,称为“混料” , 混料直接参与烧结配料 。为保证烧结矿品位及冶金性能,目前混料最高配比为 13%,处理系统日处理能力为 2 200 t ,其工艺流程见图 。134 污水处理 一般将排至企 业外部的一种或多种工序的综合排水称为钢铁企 业总排水。 钢铁企业总排水具有排水量大、含有多 种污染物且污染负荷大等特点。 按照源头分类，总 排水主要来源于生产工艺过程用水、 设备与产品冷却水、烟气洗涤和场地冲洗等，但 70的废水还 是源于冷却用水。 国内外对钢厂废水处理主要采 用混凝、沉淀等方法。 鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢厂采用新型涡凹 气浮 （CAF）+改进的机械加速澄清为主体工艺的 污水处理系统。 生产污水处理系统设置了粗、 细格栅和污水 调节池等预处理设施， 主体工艺段采用2 套 CAF 气浮池和 2 座机械加速澄清池。工艺末端设置了8 台高效纤维束过滤器，对水中的残余悬浮物、 胶体等进行去除。该系统设计最高处理水量为1 500 m3/h，。 污水经过 CAF系统处理后，SS的去除率 在 90左右，油的去除率最大可达 81%，对于非溶 解性COD的去除率在 50%左右。 在机械加速澄清 工艺段中，澄清池对悬浮物的去除率为81，对油类有 41的去除率。CAF 在投加浮选剂时， 污水在 CAF的停 留时间为 30 min 以上处理效果最佳。澄清出水经过纤维束过滤器后，出水浊度通常在 5 NTU 以下，SS 可达到 3 mg/L 以下。14 互联网+钢铁 随着市场经济逐渐进入互联网经济时代，传统线下产业或多或少都感受到电商之风；买衣服、吃饭、旅游、打车，甚至是看病都进入了电商化时代，作为传统的国民经济支柱产业的钢铁，没有理由不电商化。相反的是，作为最笨重的