steelmaking学科发展报告.ppt

(2013年5月完成)炼钢学科进展2024/5/21 周二11.炼钢学科发展概况2.主要研究方向3.主要工艺技术进展4.本学科国内外研究比较主要内容22024/5/21 周二炼钢学科在上世纪5090年代间发展很快；近年来热力学领域研究进展：高Al、高Mn钢液（高强汽车钢板用钢）组元活度；渣-钢-炉衬-夹杂物间反应等。近年来动力学领域研究进展：炼钢反应宏观动力学研究进展放慢；炼钢、连铸过程流体流动、传热、化学反应等基本可用数学模型加以描述并计算求解，在实际生产过程自动控制中也得到了广泛的采用。炼钢学科发展更多表现在与材料加工、信息、环境等学科交叉、融合和应用方面。1、炼钢学科发展概况32024/5/21 周二（1）极低含量条件下钢液中杂质组元的行为与去除方法钢液中相关杂质去除反应的动力学限制性环节；炉渣和耐火材料与钢液中S、O等作用及影响；真空、喷吹、电磁等强混合搅拌方法作用；超高洁净钢的保护浇铸和中间包冶金。（2）钢中非金属夹杂物控制研究微小夹杂物行为（碰撞、聚合、上浮等）；炉渣OAlCa夹杂物间作用研究；TiN类夹杂物（析出物）的行为及控制研究；非金属夹杂物塑性化工艺方法研究；有益夹杂物成分、析出温度、形态、分布控制研究；高Al、高Mn钢中非金属夹杂物研究等。2、主要研究方向42024/5/21 周二（3）高速、强冷、外力场作用条件下连续铸钢工艺技术高速、强冷条件下缺陷形成机理及防止对策研究；高速连铸结晶器内钢水、保护渣、气泡运动特征与控制；钢凝固过程电磁作用研究；凝固过程大变形量压下研究。（4）薄板坯、薄带坯近终形连铸工艺技术研究薄板坯连铸结晶器钢水流动控制；薄板坯连铸结晶器内坯壳应力应变；薄板坯连铸连轧过程组织变化及碳氮化物析出研究；薄带连铸铸坯缺陷成因及防止对策等。主要研究方向52024/5/21 周二（5）炼钢工艺、过程、系统的模拟及优化冶金反应过程的模拟和仿真；炼钢单元与反应器的数值模拟及优化设计；冶金工程数学模型和仿真；炼钢流程解析与集成。（6）CO2资源化利用于炼钢的基础与技术研究炼钢过程CO2氧化反应界面动力学、反应工程学理论；CO2在炼钢中应用的相应工程技术问题；CO2在炼钢中利用的投资、成本与效益等有关经济问题。主要研究方向62024/5/21 周二3、主要工艺技术进展近年来炼钢工艺技术进步的特点：-更加注重提高生产效率，降低成本，提高产品质量，减少对环境污染。发展较快的炼钢工艺技术：-KR铁水脱硫预处理技术，转炉脱磷预处理技术，“留渣+双渣”转炉炼钢工艺技术，氧气转炉炼钢全自动控制技术，RH真空精炼工艺技术，恒拉速连铸技术，板坯高拉速技术，以“高炉铁水一罐到底 转炉脱磷 转炉脱碳 RH精炼 高速连铸”为特点新一代炼钢流程等。72024/5/21 周二（1）KR机械搅拌式铁水脱硫预处理技术1.脱硫效率高，在脱硫剂用量7 10kg/t条件下，可将硫脱除至 0.0010%以下；2.脱硫炉渣为固态或半固态颗粒，容易扒除，转炉炼钢钢水回硫量减少；3.铁水硫含量降低至数ppm，且转 炉炼钢回硫可以有效控制，因此 在生产优质钢种时不再采用LF钢包炉精炼，显著降低生产成本，提高了生产效率。82024/5/21 周二国内大规模采用KR工艺首钢京唐、迁钢、马钢四钢轧、武钢四炼钢、宝钢不锈、宝钢罗泾、重钢、新余钢厂、济钢等新建铁水脱硫装置采用了KR工艺；沙钢、莱钢等新建KR装置替代原有喷吹Mg+CaO脱硫工艺（宝钢一炼钢计划改变脱硫工艺）；采用KR脱硫装置和工艺大多为国内自主设计、制造、安装、开发，均达到了国际先进水平。92024/5/21 周二（2）转炉铁水脱磷+转炉脱碳炼钢工艺101.炼钢石灰消耗和渣量大幅度降低；2.炼钢周期缩短至30min以内，能够适应高拉速连铸快节奏生产需要；3.炼钢过程控制稳定性提高，出钢下渣少，钢水质量提高；4.可以添加Mn矿进行直接合金化；5.有利于生产低磷、超低磷钢种。2024/5/21 周二京唐大规模采用转炉脱磷建有两座300t专用脱磷转炉和三座300t脱碳炼钢转炉，可对全量铁水进行脱磷预处理；2009年投产后，采用转炉脱磷+转炉脱碳炼钢工艺比率逐步提高（最高月份达80%）；炼钢周期可缩短至30min内，石灰等炼钢渣料、渣量、钢铁料消耗显著降低，已显现出该工艺在高效、少渣、优质等方面所具有优势。112024/5/21 周二（3）氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺122024/5/21 周二氧气转炉SGRS少渣炼钢工艺13迁钢和首秦采用SGRS工艺分别为63.8%和81.5%；吨钢石灰消耗分别降低了47.3%和48.5%，轻烧白云石消耗分别降低了55.2%和70.0%；转炉炼钢渣量分别减少了32.6%和30.7%；钢铁料消耗分别降低了6.51kg/t和8.25kg/t。2024/5/21 周二（4）氧气转炉炼钢全自动控制技术氧气转炉炼钢主要采用“静态模型+副枪+动态模型”控制方法，国内大中型转炉多数已采用副枪自动控制技术；转炉炉气连续监测控制技术发展很快，以加拿大EFSOP控制技术为例，通过对吹炼过程烟气成分、温度、流量等测定，对炉内钢液成分、温度、废钢熔化、成渣等全方位预测，提高了控制精度；奥钢联开发了转炉炼钢全过程自动控制技术，包括转炉自动倾动系统、自动出钢系统、自动装入（废钢、铁水）等；国内许多钢厂采用转炉炉气分析控制技术，但与国际先进水平相比尚存差距。142024/5/21 周二15A.Ceriani,et al.,Dynamic Modeling of the BOF for Endpoint Prediction Using EFSOP Technology Results and Implementation at Riva Taranto,AISTech Proceedings,2010,Vol.1,998-10032024/5/21 周二转炉操作全方位高度自动化16R.Hubmer,et al.,VAI-CON Tap The Missing Link in Converter Steelmaking,AISTech Proceedings,20082024/5/21 周二（5）RH真空精炼工艺技术国内RH精炼装置数量快速增加，其中RH装置国产化使投资大幅下降起到重要作用；国内首钢京唐、武钢四炼钢、马钢四钢轧等新建RH精炼装置在真空抽气能力、钢水循环速率等方面已位于国际领先；宝钢设计制造的RH装置出口至韩国现代钢铁公司唐津钢厂。172024/5/21 周二(6)超低氧特殊钢精炼、连铸技术用于制作轴承、齿轮、弹簧、传动轴等机械零部件的特殊 钢，要求具备优良抗疲劳破 坏性能；夹杂物不能均匀传递基体所 经受的应力、应变，夹杂物 周边形成“应力集中”；夹杂物-钢基体界面产生微裂 纹，成为工件的疲劳破坏。182024/5/21 周二超低氧特殊钢生产技术（T.O：36ppm）K.Kawakami,et al.,Proceedings of the 3rd International Congress on the Science and Technology of Steelmaking,May 9-12,2005,Charlotte,AIST,209192024/5/21 周二超低氧特殊钢关键工艺技术1.转炉或电炉出钢严格挡渣；2.强脱氧：铝直接脱氧；强扩散脱氧；3.高碱度精炼炉渣；4.长时间RH真空精炼；5.严格保护浇注；6.大方坯连铸：中间包钢水加热；低拉速、低比水量二冷、电磁搅拌等。202024/5/21 周二（7）恒拉速连铸技术连铸除开浇和结束浇铸阶段必须变动拉速外，由于钢水供应不及时、温度控制不当、设备故障、拉漏预报、在线宽度调节等原因，会程度不同的变动拉速；拉速变动会改变结晶器内钢水流动状态，造成保护渣卷入、非金属夹杂物增多、拉漏等问题。近年来武钢、宝钢、首钢等开始推行“恒拉速”工艺，通过改进生产组织，严格控制钢水到达连铸平台时间和温度，加强设备检修维护，减少拉漏预报系统误报率等措施，大幅度减少了连铸过程拉速变动；迁钢四台板坯铸机恒拉速率达到93%以上，年拉漏次数1次，并显著提高了汽车钢板、家电板、电工钢板表面品质。212024/5/21 周二（8）高拉速板坯连铸技术板坯连铸浇铸厚度220mm以上铸坯，拉速超过2.0m/min为高拉速连铸，目前主要为日本钢铁厂采用；高拉速连铸能够大幅提高连铸生产效率，但在控制结晶器钢水液面波动、减少保护渣卷入、防止拉漏等方面技术难度很大；近期首钢京唐与北科大合作，采用高拉速保护渣、结晶器铜板结构优化、FC结晶器、强冷防鼓肚造成液面波动等技术措施，浇铸237mm厚铸坯拉速达到2.3m/min，生产冷轧薄板表面品质未受到影响；京唐高拉速连铸技术突破，对国内其它具备高拉速条件钢厂采用此技术，提高国内板坯连铸水平有重要意义。222024/5/21 周二（9）炼钢-精炼-连铸快节奏“层流式”产线23橋本肇，飯星弘昭，久米康介，白神孝之，原田寛，大分製鐵所一貫能力向上対策，新日鉄技報第 394 号，2012，p84-902024/5/21 周二京唐炼钢厂高效快速生产模式24DeC 转炉RH/CAS铸机DeC 转炉RH/CAS铸机DeP 转炉DeP 转炉铸机KRKRKRKR铸机LF/RH转炉时间：工序周期:2013年40 min2014年35 min2024/5/21 周二京唐炼钢厂高效快速生产模式25DeC 转炉RH/CAS铸机DeC 转炉RH/CAS铸机DeP 转炉DeP 转炉铸机KRKRKRKR铸机LF/RH转炉时间：工序周期:2013年40 min2014年35 min2024/5/21 周二我国电炉钢产量超过6000万吨/年；大型化进展快，国产100t电炉已在多个钢厂投入使用；集束射流集束已在国内电炉生产中占据主导地位（60多座电炉）；电极智能调节、供电曲线监测与优化的智能化电炉系统技术研究和应用也取得了成果并推广优化；正在进行电炉顶底复合吹炼技术的推广应用和相关理论、装备工艺技术优化的研究。（10）高效、节能电炉炼钢技术262024/5/21 周二1.上世纪70年代后，钢铁冶金研究逐步由欧美转向日本。近年来欧美在钢铁冶金方面研究继续衰弱，日本钢铁学科方面研究开始呈现弱化迹象，而中国、韩国则呈现出强势发展势头。2.国外炼钢学科研究特点主要表现为：与炼钢技术进步（工业界）结合得更加紧密；钢铁企业主要在提高钢材品质和生产效率方面开展科研，国家(包括各类基金)主要资助生态环保方面科研；更加普遍地采用数值模拟研究方法，大型商业计算软件发展很快。3.国内炼钢学科科研力量和水平有了很大提高，炼钢装备和科研条件已达到了国际先进水平，公开发表科技论文数量最多，包括大量在国际高水平期刊发表的论文。4.目前与日、韩等相比存在主要差距有：重大原创性科研成果较少；具有重要影响力学术带头人的数量不足；国际化水平仍较低。4、本学科国内外研究比较272024/5/21 周二衷心感谢！28敬请指正！2024/5/21 周二