我国转炉炼钢技术发展现状与趋势

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我国转炉炼钢技术发展现状与趋势

　　十年来，我国转炉炼钢生产流程工艺与装备技术的进步幅度是明显的。而未来，这种生产流程结构不尽合理的现象亦会逐步改变。
　　近年来，我国转炉钢产量占粗钢总产量的比例日益增强，2003年我国转炉钢比为82.4%，到2013年这一比例已增至93%，而近十年来，世界转炉钢与电炉钢比例基本保持在7:3的平均水平，我国与之相比转炉钢比过高。未来我国这种钢铁生产流程结构不尽合理的现象会随着我国资源条件、市场需求变化和绿色低碳环境的需求而逐步改变。相比较而言，近十年来，我国转炉生产流程工艺与装备技术的进步幅度更加明显。
　　1、转炉炼钢技术发展现状
　　目前，转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法，其钢产量占世界钢总产量的65%以上。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，而随着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。2905年我国转炉钢产量为3.14亿吨，到2013年提高到7.65亿吨。随着转炉钢产量的增加，转炉炼钢生产工艺技术也得到迅速发展。转炉炼钢技术进步主要体现在以下几个方面。
　　1.1、转炉装备日趋大型化
　　2001年我国100吨以上大型转炉只有30座，产能为3602万吨。至2013年增长到345座，产能超过5.08亿吨，13年间大型转炉的生产能力增长了14倍。其中300吨转炉从3座增加到11座，产能从678万吨增长到2759万吨以上。
　　从数量上来看，我国现有转炉中以100-199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67.5%。随着淘汰落后产能力度的加大，我国转炉将进一步朝着大型化方向发展。
　　1.2、转炉生产工艺进一步优化
　　提高钢材洁净度是21世纪钢材质量发展的重大技术方向。为提高钢材质量且扩大冶炼钢种，我国大、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Ⅵ）精炼装置，从而为高附加值钢种的生产提供了有利条件。
　　我国自主设计建设的京唐公司300吨转炉采用了国际上最先进的脱磷炉与脱碳炉分工、联合生产的工艺，京唐公司是国际上最早采用这一先进工艺的300吨转炉大型炼钢厂。经过近两年的技术攻关，脱磷炉生产周期28min，脱碳炉32min；单炉班产炉数从7-8炉次提高至16炉次，转炉生产效率提高1倍，出钢温度平均降低20℃。铁水“三脱”预处理比例达到90%；月平均转炉终点[P]为0.006%，P+S]为150×10-6；和炉外精炼相匹配可稳定生产[P+S50×10-6的高洁净钢。石灰总消耗量从传统流程的50kg/t，下降到24.3kg/t，炼钢总渣量由110kg/t下降到的47kg/t，钢铁料消耗降低9.lkg/t，比传统转炉炼钢成本降低37.39元／t钢，标志着我国大型转炉炼钢技术已接近国际领先水平。
　　与此同时，国内一些钢铁企业也在积极尝试顶底复吹转炉双渣、留渣工艺的探索试验，追求低成本、高效化、稳定性生产洁净钢水的目标，以解决钢铁企业不具备脱磷炉与脱碳炉分跨布置联合炼钢的问题。
　　由于炼钢生产结构的优化完善，钢材洁净度生产水平大幅度提高，也使转炉钢的生产品种逐步扩大，许多市场需要的高品质钢，如高速铁路用钢轨钢，汽车用IF钢、先进高强度钢板、高牌号取向和无取向电工钢板，高强度造船板、桥梁板和容器板及X80级油气输送管线钢，高品质轴承、齿轮和非调质钢，高强钢丝如帘线钢、弹簧钢丝等产品，都已在转炉钢厂稳定生产，成为近几年钢铁产品结构优化的主要基础。
　　1.3、转炉全自动吹炼技术迅速发展
　　随着转炉大型化全自动吹炼技术在国内迅速推广，大于100吨转炉采用以副枪为基础的动态控制技术，小于100吨转炉则采用投掷式测头与烟气分析（或两者相结合）的方式，进行冶炼终点的动态控制，有的已实现“一键式”控制不倒炉出钢的自动炼钢。随着国内转炉全自动吹炼技术的推广与完善，不倒炉出钢比例和自动化炼钢水平有了大幅度提高，一批先进转炉终点控制精度（[C]为±0.02%，温度为±12℃）的双命中率可达80%-93%，转炉生产率大大提高，消耗降低的效果十分明显。
　　1.4、“负能”炼钢技术取得重大进展
　　2005年以后，我国转炉炼钢厂高度重视“负能”炼钢技术，实现“负能”炼钢的钢厂日益增多。特别是100吨以上的大、中型转炉，95%以上的转炉都实现了转炉工序“负能炼钢”。回收转炉煤气和蒸汽是实现转炉冶炼能耗“负值”的主要手段。
　　我国“负能炼钢”技术的迅速发展得益于以下三方面：
　　一是炼钢工艺结构的优化。随着国内新建100吨以上大、中型转炉的增多，配备了煤气、蒸汽回收与余热发电等设施，为“负能炼钢”打下设备基础；二是“负能炼钢”工艺不断完善，多数钢厂已掌握“负能炼钢”的基本工艺；三是2005年，国家统计局将电力折算系数调整为电热当量值（即1kWh=0.1229kg）替换原来沿用的电煤耗等价值（即1kWh=0.404kg）。炼钢能耗统计值降低，利于实现“负能炼钢”。重点企业转炉煤气吨钢回收量由2010年的平均81m3/t提高到2014年的106m3/t。近几年，我国转炉蒸汽回收量有很大提高，但蒸汽回收量和压力差别较大；先进的回收量已达到100kg/t以上、压力可达2.5-4MPa，用于钢水真空处理、发电或并入蒸汽管网。
　　1.5、转炉使用寿命进一步提高
　　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。国内钢厂据此研发出了长寿转炉生产工艺，进而使转炉炉龄

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　　2、我国转炉炼钢发展存在的问题
　　1)我国小型转炉目前还有相当大的比例，与精炼、连铸的匹配关系还有待优化。
　　2)转炉炼钢原料质量有待提高。我国转炉炼钢用石灰的含硫量比较高，许多钢厂达0.06%甚至更高，这不仅影响转炉钢的性能，而且冶炼过程中产生的二氧化硫对环境也会造成严重污染。
　　3)我国转炉炼钢自动化控制水平，特别是动态控制水平需要进一步提升。目前，欧洲大部分钢铁企业转炉炼钢生产都实现了快速出钢，即大部分炉次终点不倒炉、不取样而直接出钢。国内企业的控制水平与先进指标还有一定差距。
　　4)我国转炉炼钢技术发展不平衡。无论是自动炼钢水平、同样炉龄复吹条件下的碳氧积水平、煤气蒸汽回收量、对精炼工艺掌握的深度还是供氧强度与冶炼周期等主要技术经济指标，先进与落后的钢厂差距较大。
　　5)我国转炉炼钢终点钢水氧含量普遍偏高，这大大增加了高品质钢冶炼的难度。高效率低成本的转炉脱[Si]和[P]工艺还未能全面推广。我国先进企业全新流程在原料消耗与生产效率上与国外先进企业还有一定差距。
　　今后，我国钢铁企业还要进一步增强环保意识，进一步做好炼钢节水、节能和生态环境保护等工作。

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　　3、转炉炼钢技术发展趋势
　　从国内外氧气转炉炼钢科技创新的发展趋势来看，以下几个方面值得重点关注。
　　3.1、节能环保技术的发展
　　钢铁生产的技术进步必须与环境协调发展。重点研发各种工艺条件下优化“负能炼钢”的工艺与装备技术，必须采用各种综合节能技术，实现“负能炼钢”。虽然转炉炼钢是当代钢铁生产中耗能最少，且是唯一可以实现总能耗为“负值”的工序，但进一步降低工序能耗和物耗，更加高效地实现能源转换和回收，更加有效地利用二次能源，开发低温余热回收利用新途径等许多问题还要进行深入研究和优化。主要思路有：
　　1)流程优化应成为炼钢厂进一步节能的重点
　　流程优化主要体现在紧凑、高效、自控三个方面。流程功能的解析、优化重组，实现转炉炼钢生产的紧凑化，即工序时间的最小化、衔接最优化，这是最有效的节能措施；高效化是转炉炼钢节能的重要措施；自动化是转炉炼钢节能的重要保证。
　　2)优化节能技术提高炼钢能源转换效率
　　烟气能量的高效转换及回收利用；连铸坯热送热装是衔接炼钢、轧钢两大工序的重要节能措施；炉渣余热回收和利用；冷却水余热回收利用技术是转炉炼钢厂进一步提高能源转换与利用效率的难题。
　　3)进一步挖掘炼钢工序的节能潜力
　　加大全过程保温措施是转炉钢厂节能的重要基础；以稳定的工艺操作，实现全厂低温制度的运行，有效地节能降耗；在全钢铁企业能源高效转换利用和构建能量流网络以及优化的总体思路下，研究转炉炼钢厂进一步节能降耗的新措施。
　　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。回收能源介质的高效利用都有许多项目需要认真研发。努力将炼钢厂建设成为无污染、零排放的绿色工厂。
　　3.2、吹炼终点动态控制技术
　　终点控制是炼钢操作的技术关键。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关键技术主要有以下两点。
　　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。
　　3.3转炉高效吹炼工艺
　　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。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得到提高。
　　1)提高我国转炉底吹搅拌强度，优化底吹搅拌工艺，保证全炉役内底吹效果，并结合该工艺进行转炉长寿技术研究；
　　2)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；
　　3)优化改进氧枪结构，加快研发集束氧枪在转炉中应用、CO2和高比例CaCO3在转炉生产中的应用等全新工艺与装备，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。