新世纪炼钢科技进步回顾与“十二五”展望

1、新世纪炼钢科技进步回顾与“十二五”展望殷瑞钰2012-08-14 新世纪炼钢科技进步促进了炼钢生产十年持续的高速增长，推动了整个钢铁工业的科技进步。十年来，炼钢关键共性技术的开发取得了重大进展，最主要的有高效率、低成本生产洁净钢系统技术和节能减排优化技术等六大方面。“十二五”期间，炼钢科技创新总趋势仍然是推动实现高效、低耗、优质、少排的绿色炼钢生产总体目标，着力加快推进包括转炉预脱磷在内的新铁水“三脱”洁净钢优化工艺的应用；提高能源利用、转化和回收利用水平；大力发展各钢种高效恒速连铸装备与技术；提高智能化炼钢水平；强化炼钢连铸前沿技术的研发。 1 新世纪以来中国炼钢科技进步的回顾 20世纪90

2、年代中国钢铁工业主要开发的6项关键共性技术，对推动整个行业朝高效、节能、优质、低排的绿色生产方向发展。6项技术中炼钢就占两项，而且连铸技术是这6项技术中起引领和核心作用的技术，至今，仍发挥着引领和核心作用。这充分说明了炼钢技术创新对行业技术进步的重要性。21世纪炼钢生产关键共性技术的开发继续取得重大成就，初步总结为以下六个方面。 1.1 高效率、低成本洁净钢生产系统技术取得重大突破 这是新世纪以来，我国炼钢生产技术创新中重要的关键共性技术成果。回顾这个技术近十年的发展，最突出的成果有两个方面，即伴随新一代钢铁制造流程理念的工程化，以“一包到底”、高温高效铁水脱硫技术和转炉铁水预脱磷为特征的新一

3、代铁水“三脱”和少渣炼钢工艺取得突破性进展；恒速高效连铸技术引领高效率、低成本洁净钢生产系统技术全面发展。这些技术体现了从高炉出铁至连铸机高温有序出坯这一区段中，动态-有序、协同-连续地运行，从而形成了高效率、低成本洁净钢生产“平台”技术。应该指出这一系统技术主要不是为了生产低磷钢和超低磷钢，核心是为实现洁净钢生产的高效率和低成本。 1）以“一包到底”高温高效铁水脱硫技术和转炉铁水预脱磷为特征的新一代铁水“三脱”和少渣炼钢工艺取得突破性进展。 这一技术进展最显著的发展即是新一代钢铁流程在首钢京唐钢铁公司首次实现产业化，而转炉炼钢厂采用铁水包多功能化技术（铁水包从炼铁厂接铁准确称重运输到炼钢厂进

4、行KR预脱硫将脱硫后铁水兑入脱磷转炉脱磷脱硅空包快速返回高炉接铁，俗称“一包到底”）和脱碳转炉少渣炼钢的全新工艺技术。这一技术的特点在于动态-有序，即从功能序看，先高温、高活度状态脱硫，然后进行转炉热力学、动力学条件优化进行脱硅-脱磷。随后在渣-铁充分分离的条件下，再在炼钢转炉中进行脱碳、升温并回收高热值煤气，使脱S、脱Si/P、脱C、升温都在各自优化的热力学-动力学条件下高效有序地进行。 两年来的实践证明，与传统工艺相比，新工艺缩短冶炼周期6-9min，减少渣料消耗1/3以上，脱碳转炉可稳定生产S+P15010-6的优质钢水，并明显降低生产成本（已考虑增加脱磷炉建设的投资、人员、维修费用和减

5、少煤气回收量、废钢比的影响）。脱碳炉渣部分返回脱磷炉利用，其余全部留渣利用，脱碳炉终点C、T双命中自动炼钢率90%，充分显示了这一全新工艺高效、优质、低耗、低成本的优势。 目前京唐钢铁公司炼钢厂300t脱碳转炉最短冶炼周期可达25min；脱磷炉、脱碳炉石灰总加入量25kg/t；脱碳炉总渣量约35-40kg/t，其中包括留渣量10-15kg/t；钢铁料消耗也大幅度下降。该厂采用这一全新工艺炼钢的比例已超过80%，正朝设计100%的比例靠近。京唐公司炼钢厂的脱磷炉尚有改进的余地，与日本和歌山厂相比，时间节奏、脱磷效率还有差距。 近些年来，我国一些转炉炼钢厂也在现有工厂布置条件下，大力推行铁水包多功

6、能化和高温高活度脱硫，并研发铁水不同形式的“三脱”预处理工艺和少渣炼钢的新工艺，取得了大幅度减少渣料消耗、降低生产成本的明显效果，钢水质量全面提高，这一发展趋势已引起广泛的关注。 2）恒速高效连铸技术引领高效率、低成本洁净钢生产系统技术全面发展。 在钢种和铸坯断面确定的条件下，连铸以恒定拉速进行高效、稳定生产的系统技术是近5年来高效连铸技术研发取得的重要成果。应该强调的是，这是炼钢厂生产过程动态-有序-协同-连续运行之源。以连铸为中心的生产运行原则依然存在。 毫无疑问，无论从理论上还是实践上，各钢厂都已认识到连铸过程恒定拉速是确保生产稳定、铸坯质量优良的关键工艺技术，是按照“以连铸为中心、炼钢

7、为基础、设备为保证”连铸生产技术方针组织连铸生产必须抓好的重点工作。 2006年投产的首钢迁钢公司炼钢厂的两台板坯连铸机，通过不断的改进、优化、创新，走到了行业的前列。自2008年以来，恒拉速率年均保持在97%以上，并创造过连续37个月两台板坯铸机1000万t钢无漏钢的纪录，大幅提高了生产效率并取得了巨大的经济效益。 唐钢二钢轧厂的产品是建筑用棒/线，经过铁水包炉炉扒渣、转炉快速吹炼、钢水包快速周转、低温出钢（1650）、钢水包全程吹Ar、高效恒拉速小方坯连铸等技术的有效集成，实现了从铁水扒渣开始到连铸出坯（过程时间约65min）的高效、低成本洁净钢生产过程。该厂在第二棒材生产线上实现了100

8、%的连铸坯高温直接装炉，铸坯装炉温度都在810以上。 上述实践证明了高效恒速连铸实际上就是引导钢厂实践高效率、低成本洁净钢生产最核心的内涵。现在不仅是首钢迁钢、宝钢、武钢等一大批板材作业线积极推行高效率、低成本洁净钢生产“平台”技术，而且不少长材厂也都正在按照高效率、低成本洁净钢生产系统技术的科学内涵，结合本厂的情况，加强以满足恒拉速高效连铸技术要求为目标的洁净钢生产系统技术的攻关，取得了较好效果。有些厂已经实现年均恒拉速率85%-90%的高水平生产。 作为新世纪炼钢技术进步普适性的重要方向，高效率、低成本洁净钢生产集成性“平台”技术已成为体现新一代钢铁生产流程优越性的重要特征之一，并在以上两

9、方面对推动炼钢厂的科技进步发挥引导性作用。 1.2 高品质钢生产工艺技术已成为产品结构优化、新品种开发的保障条件 十年来，中国钢铁企业在高品质钢炼钢连铸工艺技术方面取得了突破性进展。例如，生产优质汽车钢板所需要的超低碳、超低氮钢生产技术，X80/70和抗酸性能管线钢所需要的极低硫钢冶炼技术，液化天然气储罐钢板用极低磷钢冶炼技术，易拉罐用薄板非金属夹杂物控制技术，轴承、齿轮、弹簧等特殊钢超低氧精炼和非金属夹杂物控制技术，子午线轮胎用帘线钢夹杂物塑性化控制技术，取向电工钢化学成分精确控制技术等。这些工艺技术除在高端钢材生产中发挥了关键作用之外，还带动了钢铁产品整体质量水平的提高。 中国钢铁企业在高

10、品质钢材炼钢连铸技术方面的突破，彻底改变了以往高端钢材基本依赖进口的局面，国产优质钢材大量用于建筑、能源、交通、汽车、家电和机械制造等基础设施建设和制造业，为国民经济快速发展作出了重要贡献。 1.3 炼钢生产节能减排优化技术进一步发展并推广 炼钢厂生产过程中，存在诸多节能减排、清洁生产的机会。例如：在铁水输送过程中的节能（如淘汰混铁炉、鱼雷罐车改为“一包到底”）；炼钢炉生产过程中以副产煤气、蒸汽为特征的能源转换再利用；以及连铸出坯过程高温铸坯与下工序热衔接大幅度节能等都在钢铁流程节能减排中占有重要位置。除了上面提到的洁净钢生产系统技术使炼钢生产大幅度降耗减排以外，在炼钢生产能源高效转换和回收利

11、用方面，新世纪以来也取得重大进步。以下举例说明。 1）铁水包多功能化。 该工艺较鱼雷罐运铁工艺可以减少铁水温降30-50，又可以实现高温、高活度状态下的铁水脱硫，还可以实现铁水量的准确控制等。这些都直接、间接地有利于节能减排。 2）转炉“负能炼钢”水平进一步提高。 近5年来，重点统计企业炼钢厂转炉煤气和蒸汽回收的水平几乎提高了50%以上，分别从2005年的54Nm3/t和36kg/t提高到2010年的81Nm3/t和67kg/t。参加2007-2011年“国家重点大型能耗钢铁生产设备节能降耗对标竞赛”的100t以上转炉，95%以上都实现了转炉工序“负能炼钢”。一批转炉可高水平回收100Nm3/

12、t煤气和80kg/t蒸汽。值得关注的是，从2004年开始在国内迅速发展起来的转炉干法除尘装备和技术，对转炉炼钢生产进一步节能减排具有重大推动作用。目前这一技术已基本立足于国内。 3）电炉炼钢综合优化用能、余热回收利用技术在新世纪以来有了较大进展。 一是，合理供电系统技术的研发与推广应用；二是，集束氧枪技术在提高供氧强度与氧气利用效率方面的优势；三是，电炉烟罩汽化冷却余热回收供VD蒸汽或发电技术。它们使电炉生产能耗大幅度降低，并提高了电炉生产效率。 4）连铸坯热装热送技术扩大应用，提高了热送温度和直接热装比。 连铸坯热送热装技术已从简单利用铸坯物理热，实现节能降成本的目标，到形成无缺陷连铸坯高效

13、连铸各钢种铸坯热送及合理热装温度优化加热制度和轧钢工艺的系统技术。新世纪以来，主要进步有四个方面：一是，注意优化连铸机与轧机的对应匹配关系；二是，关注了总图布置紧凑优化，缩短了铸坯输送时间，铸坯热送比、直接热装比大大提高；三是，热装温度不断提高，系统节能效果更佳；四是，特殊钢、热轧薄板等生产过程中可热送钢种范围不断扩大。除唐钢二钢轧小方坯连铸机和棒材连轧机之间，铸坯100%按炉逐根直接装炉，热装温度810以上之外，宝钢宁波钢铁公司、首钢迁钢等一批企业连铸板坯热装比已超过65%，直装温度700。应该看到连铸坯热送、热装是一项集成技术，技术含量很高、节能潜力很大。 5）钢渣高效综合处理与回收利用取

14、得新进展。 我国钢渣处理技术的开发和应用卓有成效。主要立足于高生产效率的全量处理；重点关注余钢全量回收和确保处理后游离CaO含量2%，使钢渣可安全、稳定地得到利用；开始关注钢渣余热回收利用和钢渣细粉制备与利用的技术装备研发。由于炼钢工艺改进，冶炼渣量和终渣含铁量减少使铁资源的浪费减少。我国钢渣回收利用率十年来大幅度提高。应当指出的是，国内钢厂确实是利用了钢渣（有的钢厂还消化了遗留下来的钢渣山），可以说在资源化的同时未对环境造成新污染。 6）其他节能减排技术的进展。 主要包括：降低整个钢厂工艺运行温度损失（如唐钢、水钢炼钢厂三座转炉只用10个钢水包快速周转，钢包保温和优化冶炼工艺，降低出钢温度到

15、1630-1650）；炼钢尘泥回收利用并分离回收锌、钛等有用元素（包括钢厂尘泥直接回收利用）；CO2减排与在炼钢厂生产中的利用技术研发和应用等。 1.4 炼钢自动控制智能化生产技术成为炼钢生产技术进步的重要特征 新世纪以来，重点统计钢铁企业自动控制炼钢技术逐步推广，并与全厂的综合自动控制系统有效衔接。主要特点如下。 1）转炉冶炼过程和终点控制技术水平大幅度提高，转炉全自动控制炼钢（俗称“一键式炼钢”）技术全面优化和推广应用。目前120t以上转炉以副枪动态（或副枪+炉气分析）终点控制C、T目标双命中，不倒炉出钢率可达90%以上，有的企业稳定在93%-95%的高水平。小于120t转炉采用投掷式终点

16、测头或炉气分析控制，不倒炉出钢率也可达85%-90%。转炉副枪控制系统技术和炉气分析技术也打破了完全依赖进口的局面，实现了自主开发、再创新与应用。计算机自动控制技术对转炉生产的高效、降低消耗具有重要价值。 2）电炉供电优化自控（含电极自控）技术、动态功率补偿技术与终点C、T双命中自动炼钢技术等调控技术也取得了新的成效。 3）RH、AOD、VD、VOD和LF等精炼装置的终点自控技术的开发已进入工程化应用阶段。 4）连铸工艺质量控制、预报、计算机全过程自动控制技术提高到了新水平。 钢包下渣检测控制、连铸中间包加热与恒温控制（包括中间包连续测温）、粘结性漏钢预报与控制、结晶器液面检测控制、电磁搅拌与

17、电磁控制、凝固终端模型预测（直接测定）与动态轻压下控制、铸坯质量预报与控制等核心装备和技术研发的国产化取得重大进展，提高了连铸生产过程自动控制的水平，也推动了炼钢厂全厂生产过程自动化的进展。 1.5 炼钢装备与使用材料国产化的技术进步已成为支撑炼钢生产优化发展的基础 炼钢用工艺装备和使用的相关材料基本上实现了以引进消化吸收再创新为主，并过渡到自主研发创新的转折阶段。以下列举一些最重要的技术。 1）RH成套装备和工艺技术。 新世纪以来，由于冷轧薄板等高品质钢的需求大幅度增长，对RH真空处理装置的需求增加。在已积累了20多年RH生产技术经验和近十年备件的制作供应经验的基础上，我国自主设计制造和应用

18、的RH装备工艺技术的步伐大大加快了。世纪之初，已有国内独资和合资的工程公司参与了国内迅速增长的RH市场竞争。2004年宝钢股份一炼钢实现RH工艺装备国产化，这是重大突破。2007年以后，国产RH装备技术快速发展，并在国内市场上占据了主导地位。国产RH装置和工艺不仅具有显著的价格优势，还具有多项独特的创新（如以卷扬升降钢包代替液压顶升，并使平面布置更加紧凑，新型六维可自动控制的上升下降管喷补装置以及首台机械真空泵驱动的RH等）。同时，逐步开发出适用于不同钢种真空精炼的技术，优化了RH有针对性的使用功能，并降低了投资。 国产RH装备和技术国产化的重要意义在于，高品质钢生产的迅速增长，并且改善了备件

19、供应和低成本优势，是中国钢铁产品结构优化的重要基础。现在RH真空装置在产品专线化生产的前提下，已分别形成了适用于冷轧薄板、中厚板、无缝管、硅钢、重轨、合金钢棒材等参数优化的装备系列。据不完全统计，国内已建成和即将建成的RH设备已超过80台。在新建的RH中，已出现了采用机械真空泵系统的重钢设计方案。 2）连铸装备技术有了新进展。 中冶京诚工程公司设计制造并在兴澄特钢公司投产了可生产?00mm铸坯的铸机。在投产2年多后，通过设备改造与工艺研发，在这台铸机上生产出了?000mm的特大圆坯，在生产优质碳钢和合金钢特大圆坯供机械等行业特殊需要的管材、锻件等坯料供应方面发挥了作用。 2010年我国自主设计

20、制造的厚度370mm、宽1800mm的特厚板坯连铸机在兴澄特钢公司投产，并迅速实现稳产各类高品质铸坯的目标。2011年新余钢铁公司国产厚420mm、宽2400mm的特厚板坯连铸机也相应投入生产。自主设计制造生产的360mm480mm的特大矩形坯合金钢连铸机配备了液压振动、结晶器电磁搅拌、凝固末端轻压下等一系列先进工艺和装备，达到了国际先进水平。连铸装备（从小方坯到大方坯、大矩形坯、特大圆坯、板坯铸机，连铸用电磁搅拌技术与装备）和连铸用保护渣与耐火材料，大多都已立足国内，促进了连铸生产持续高速增长。 3）其他主要装备与材料技术。 除了上述重要的炼钢装备和使用材料以外，还有200t以上的大型电炉成

21、套装备技术、200t以上转炉炉壳料、长寿命结构的炉壳等都基本达到国际先进水平。包括RH上升管、下降管用的无铬环保型耐火材料和炼钢连铸用耐火材料的重复使用技术等，均有新进展。 1.6 近终型连铸连轧流程系统技术迅速达到国际先进水平 近终形连铸连轧工艺属钢铁生产的前沿和先进技术。我国虽然产业化起步晚了10年，但发展速度却是世界上最快的。现在，不仅总产量及单条生产线产量已居世界第一，而且在热轧高强薄板生产2mm薄规格产品的比例和冷轧基料产品开发等方面都有明显的进步和优势，在半无头轧制技术等开发方面迅速达到了国际先进水平。新世纪以来，宝钢坚持薄带铸轧技术与装备的研发和试生产，并在品种试验、工艺、装备等

22、方面取得了初步进展。 以上是新世纪以来中国炼钢技术创新取得的一批关键共性技术成果。还有一些可能对炼钢生产工艺产生较大影响的技术创新也正在引起人们广泛的关注（如转炉滑动水口出钢口技术；CO2在氧枪、底吹、精炼和连铸中的应用；超高拉速连铸系统技术等）。继续加强炼钢关键共性技术的开发，应当是我们共同关心的任务。 2 贯彻钢铁工业“十二五”发展规划炼钢科技进步的趋势和主要目标任务 2.1“十二五”炼钢科技进步的主要趋势 1）以高效恒速连铸引领的高效率、低成本洁净钢生产系统技术的不断优化和推广应用，将继续成为“十二五”炼钢科技进步具有普适性的发展方向，这也是当前企业提高竞争力，形成成本核心战略十分关键的问题。 高效恒速连铸技术中除了把握住恒速这个关键外，在提高拉速向国际先进水平靠近上还应加大力度；而新一代铁水“三脱”预处理技术应在一些板带以及高级管材和棒材生产企业中深入研究开发，加快推广应用；大力提高真空精炼比例是大幅度提高高品质钢种的质量和生产能力的重点；努力提高吹氩喂线工艺的规范化及进一步创新则是一项重要的基础任务。在发展这些基本技术的同时要重视发挥包括改进钢厂平面图在内