转炉炼钢技术的发展

转炉炼钢技术的发展

现代钢铁生产工艺和节能新技术的应用作为钢铁生产的一个重要步骤，钢钢合金是减少企业的生产成本和提高产品质量的决定性因素。目前,转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法,而中国相对便宜的劳动力,紧缺的废钢资源以及昂贵的电价等又进一步促进了我国转炉炼钢技术的发展[1~2]。20世纪中期,氧气转炉炼钢法的诞生不仅推动了炼钢技术的进步,而且在其后的发展过程中也带动了高炉大型化、连铸及炉外精炼技术的发展,奠定了现代钢铁生产工艺的基础[3~9]。进入21世纪以来,钢铁工业的发展面临着严峻挑战,钢铁产能过剩,导致钢材价格下降,残酷的市场竞争将使一些落后的钢铁厂倒闭,同时钢铁工业的发展也受到资源、环境等因素的限制,原、燃料涨价也不断压缩钢铁厂的利润空间。面对挑战,钢铁企业必须努力发展高效生产工艺,降低生产经营成本,提高产品质量并大力推广清洁生产工艺和节能新技术,只有这样才可能在激烈的市场竞争中立于不败之地。本文总结了我国转炉炼钢的发展现状,分析了近年来转炉炼钢工业的技术创新以及目前仍存在的一些问题,并对我国转炉技术今后一段时期的发展提出了建议。1路桥精炼的发展现状1.1转炉钢产量增长缓慢由于我国废钢资源短缺,电力缺乏,电价偏高,因此电炉钢的产量增长受到一定程度的制约,平炉钢的淘汰和生铁资源的充裕也给转炉钢产量的增长提供了良好条件,因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。2000年我国转炉钢产量不足1.1亿吨,2010年约为5.49亿吨。目前我国转炉钢所占的比例约为88%,远高于电炉钢,转炉炼钢法在我国炼钢生产中占据绝对主导地位。1.2国内现有的转炉数量及供给侧n“十五”后期和“十一五”期间,为满足生产需求,我国新建了一大批转炉,产能迅速扩大。从技术装备水平来看,我国转炉大型化取得了较快进展,技术装备水平也不断提高,少数大中型转炉已达国际先进水平。据统计,2007年全国重点大中型钢铁企业共有转炉405座。从数量上来看,我国现有转炉中以80吨~199吨的转炉数量最多,而200吨及以上的转炉数量最少,我国仍然保有一定数量的30吨以下的转炉,因此淘汰落后产能任务艰巨。目前,我国100吨及以上转炉的产能约占全部转炉产能的一半。据不完全统计,2009年新投产转炉中100吨及以上转炉的产能占80%以上,随着国家不断加大淘汰落后产能的力度,我国转炉将进一步朝着大型化的方向迈进。1.3配套改革方案随着转炉技术装备的不断进步和过程控制水平的逐步提高,近年来我国重点统计钢铁企业转炉炼钢的钢铁料消耗和工序能耗不断下降,多数大中型转炉具备实现负能炼钢的装备条件,但仍须优化降罩控制、加强能源管理,少数先进钢铁企业已实现转炉-连铸全工序负能炼钢。但总体来看,我国转炉炼钢物料消耗和能源消耗与国际先进水平相比仍有较大差距,因此应大力推广高效长寿复吹、干法除尘等先进技术,重视节能环保和物料的综合利用,力争实现新的突破。1.4硫装置和二次精制装置为提高钢材质量且扩大冶炼钢种,原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置和二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂大多配置了铁水脱硫装置,并根据冶炼钢种的要求配置了相应的炉外精炼装置,一般多采用LF精炼,有些转炉炼钢厂还配置了VD精炼装置,从而为高附加值钢种的生产提供了有利条件。1.5管理管理信息系统大、中型转炉炼钢厂普遍采用了基础自动化和过程计算机控制系统,有些转炉炼钢厂还设置了管理计算机系统。另外,一些大型的转炉炼钢厂还增设了副枪装置或炉气自动分析仪来作为分析检测手段,实现了计算机动态模型控制,提高了转炉炼钢吹炼终点的命中率,使得转炉作业指标得以改善。2中国路桥制造技术的进步近年来,国内转炉炼钢技术进步很快,这主要是由于以下先进技术的推广和应用。2.1转炉衬残砖质量下降的基本经验炉龄是转炉炼钢的重要技术指标。提高炉龄在降低生产成本的同时也提高了转炉生产效率。溅渣护炉的基本原理是利用高速氮气将成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面,形成溅渣层。溅渣层抑制了炉衬表层的氧化,减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。采用溅渣护炉工艺后,当炉衬残砖厚度侵蚀至500mm左右时,炉壁冷却与炉内钢渣对炉衬的导热基本实现了动态平衡。此时,炉衬与溅渣层的结合层很难被进一步熔损。在溅渣条件下炉衬基本为“零熔损”,即随炉龄增加,炉衬厚度基本保持不变。国内不少钢厂据此研发出了长寿转炉工艺,进而使转炉炉龄达到30000炉以上,炉役期和产钢量同步增长,耐火材料消耗和吨钢成本也相应降低。国内转炉溅渣护炉的基本经验可概括为以下几点:(1)根据冶炼钢种和生产工艺的不同,选择恰当的溅渣工艺;(2)提高氮气压力,优化溅渣工艺;(3)合理选择开始溅渣时机,实现炉衬的“零侵蚀”;(4)溅渣与补炉相结合,严格控制溅渣后转炉炉型;(5)加强烟罩水冷炉口等设备的维护及检修,延长其使用寿命。2.2炉渣表面材料技术的应用采用长寿转炉炼钢工艺后,转炉炉龄大幅提高,如何进一步延长炉底喷嘴寿命,在高炉龄条件下实现100%复吹,是全世界钢铁企业迫切需要解决的重大技术难题。美国发明了溅渣护炉工艺,但未能解决延长炉底喷嘴寿命的技术难题。炉龄大幅提高后,复吹比显著降低,最终导致放弃复吹工艺。日本和西欧各国为保证复吹效果,尚未大规模采用溅渣护炉技术。为解决这一难题,国内钢铁企业发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术,成功解决了复吹转炉炉底喷嘴长寿命的技术难题,使底吹喷枪寿命与转炉炉龄实现了同步,并保证复吹比达到100%,这是我国对国际钢铁生产技术发展的重大贡献。表1给出了炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较,由表1可见,炉渣蘑菇头以氧化物为主,体积大,透气性好。经水模实验证明,当气量相同时,由炉渣蘑菇头喷射出的小气泡搅拌熔池可使熔池的混匀时间缩短40%~50%。长寿复吹转炉技术的开发成功,对炼钢技术的发展有着深远的影响,不仅降低了转炉炼钢成本,提高了作业率,还改变了转炉操作制度,使我国炼钢厂均不再采用“三吹二”或“二吹一”的生产模式,实现了“三吹三”,提高了转炉生产效率。2.3提高转炉供氧强度近年来,国内各大钢企陆续开展了提高转炉生产效率,加大供氧强度,实现平稳吹炼的技术研究,并开发出一整套转炉高效冶炼技术,使转炉生产效率大幅提高。刘浏等统计了国内大、中、小型转炉生产效率。据分析,国内小型转炉的作业率和利用系数均高于大、中型转炉,平均冶炼周期为24.7min,最短可达23min,其主要原因是小转炉的辅助作业时间(如出钢兑铁时间)短,易于扩装。如图1所示,传统观点认为,提高转炉供氧强度受炉容比限制,但采用以下技术有利于进一步提高供氧强度,从而使转炉生产效率提高:(1)大幅减少渣量,对于少渣冶炼转炉由于渣量减少可大幅提高供氧强度;(2)优化改进氧枪结构,提高喷枪化渣速度,减少熔池喷溅和避免产生大量FeO粉尘是大幅提高供氧强度的关键;(3)采用底吹强搅拌工艺,促进初渣熔化,实现渣钢反应平衡,是提高熔池供氧强度的重要基础;(4)采用计算机终点动态控制技术,实现不倒炉出钢及提高出钢口寿命,缩短出钢时间,进而缩短转炉辅助作业时间,也是提高转炉生产效率的重要技术措施。3未来的发展趋势包括3.1转炉渣回收工艺我国钢铁产量迅猛增长必然会受到资源、能源及环境的制约。研发各种节铁技术,将会缓解国内铁矿资源紧张的现象。转炉采用少渣冶炼工艺可大幅提高铁水收得率,降低生产成本,获得良好的经济效益。表2给出了转炉渣量与铁损的关系。少渣冶炼技术应包括更广泛的内容:(1)炼铁原料结构优化,降Si提Fe,提高入炉矿石品位;(2)高炉低Si冶炼;(3)转炉少渣冶炼。3.2转炉钢板终点控制的技术措施终点控制是炼钢操作的技术关键。目前,国内钢铁企业多采用人工经验控制,无法满足洁净钢和高品质钢种生产的质量要求。因此,尽快采取措施提高炼钢终点的控制精度和命中率已成为当前国内炼钢生产中迫切需要解决的技术问题。提高转炉炼钢终点控制水平的技术关键主要有以下两点:(1)优化复吹工艺,促进钢渣平衡,稳定终点操作;(2)采用终点动态控制技术,根据炉内反馈信息来实现对炼钢终点的精确控制。3.3环保与综合利用钢铁生产的技术进步必须与环境协调发展。就转炉炼钢厂而言,必须采用各种综合节能技术,实现“负能”炼钢。为消除对大气环境的污染,必须进一步做好烟尘处理,积极采用干法除尘技术,节约水资源。必须采用各种环保与综合利用措施,将炼钢厂建设成为无污染、零排放与生态平衡的绿色工厂。主要技术措施:(l)采用铁水脱硅工艺,减少炉渣生成量;(2)精炼渣、炼钢炉渣回收,资源循环利