浅淡近代冶金技术的发展与趋势.doc

浅淡近代冶金技术的发展与趋势
马忠仁
　　摘　要　介绍了当前钢铁工业的新工艺短流程与传统长流程工艺的发展和趋势。
　　关键词　近代冶金技术　发展　趋势
Introduction on Development Tendency of Modern Metallurgical Technology
Ma Zhongren
　　(Wuhan Iron & Steel Corp.)
　　Abstract　Thio paper introduces the development tendency of new minimill process and traditional production process in modern iron and steel industry.
　　Keywords　modern metallurgical technology　 development　tendency
　　20世纪末,由于世界性资源匮乏、环保质量要求提高、钢铁代用新材料开发、市场对钢铁产品质量更要求严格化等诸因素的影响,钢铁市场的竟争日益激烈。竟争促进了冶金科学技术的进步,90年代以来,钢铁冶金新技术的开发与发展十分迅速,熔融还原技术、薄板坯连铸技术的问世与工业化、薄带钢连铸技术的崛起等等,使钢铁工业进入了一个崭新的时代。纵观全局,当前钢铁工业的发展大致可归纳为两大趋势。
1　新工艺短流程的开发与应用
　　技术特点是将传统生产流程精简、重组、使生产工序流水线缩短,拓宽了原材料使用范围,大幅度降低建设投资与生产成本,提高劳动生产率并改善产品与环境质量,当今板材生产的工序流水线变化情况示意图如下:
　　(1)传统长流程工序流水线(共7道工序)

　　(2)短流程工序流水线A(共6道工序)

　　(3)短流程工序流水线B(共5道工序)

　　短流程中前工序采用熔融还原技术取代烧结、焦化与高炉,大大节约能源并改善环境,也使建设投资与生产成本大幅度下降;后工序中采用薄板坯连铸技术,取消了耗资巨大的热连轧机的粗轧机组,将热轧厂的精轧机组直接与薄板坯连铸机对接生产热轧板卷。薄带钢连铸技术一旦投入工业化应用,其经济价值更大,它可完全取消热连轧薄板轧机,浇铸出厚度2～5mm薄板卷,直接送冷连轧薄板厂轧制成冷轧薄板卷。
　　根据日本冶金专家预测,2020年日本国内长、短两种流程的占有状况是:炼铁系统,高炉约70%,熔融还原将占30%;炼钢系统,转炉约占50%,电炉与碳氧熔炼炉各占25%;连铸系统(板材产品),薄板坯连铸机约占60%,薄带钢连铸机约占10%,其余为传统板坯连铸机约占30%。
2　传统长流程工艺不断进步与完善
　　在世纪之交的未来20～30年内,长、短两种流程处于共存局面。在炼钢之前的工序中,高炉与转炉仍占半分天下;而后工序内,薄板坯连铸机将占主导地位,薄带钢连铸机由于品种局限等原因处于第三位。在此情况下,传统长流程工艺必需不断地进步与自我完善,才能在激烈的市场竟争中占有一席之地。
　　炼铁系统:世界各国高炉冶炼技术的进步主要是:
　　(1)炉容大型化,新建高炉均为3000m3以上大高炉,较小容积高炉则利用大修扩容;
　　(2)大力喷吹煤粉,目前国外喷吹煤粉大于100kg/t的高炉已很多,大于200kg/t也不少,个别的已喷煤粉大于250kg/t;从而使高炉的吨铁焦比大幅度降低,由于世界性焦煤资源的贫乏,以煤代焦已是紧迫性课题;英钢联Teesside试验厂半工业试验结果证明将来喷吹400kg煤粉是可能的,吨铁焦比可降至150kg以下。
　　(3)更多的高炉采用精料方针,含铁品位高、杂质含量低、熟料比高;
　　(4)提高热风温度、高炉吹氧、提高炉顶余压并用于发电等。采用以上技术后大幅度改善了高炉技术生产指标,增加产量,降低消耗。目前日本大分厂2号BF(5245m3)的平均利用系数达2.39,南韩浦项4号BF(3000m3)平均利用系数为2.58,比利时西德玛厂(1776m3)平均利用系数为2.8。
　　炼钢系统:目前国际传统长工艺流程(转炉与板坯连铸机)的最佳生产技术指标如下:
　　250tLD(二吹一)　年产钢375万t
　　300tLD(二吹一)　年产钢484万t
　　转炉冶炼时间年均,出钢—出钢)
　　340t LD　28min
　　300t LD　27min
　　270t LD　24min
　　转炉炉龄
　　250t LD　15658炉(1994年)
　　　　　　19129炉(1996年)
　　转炉作业率　97%
　　转炉终点(C—T)命中率　99%(计算机动态控制)
　　转炉煤气回收量　141Nm3/t钢
　　连铸机作业率　　97%
　　多炉连浇炉数　1541炉
　　连铸机拉速(220mm厚板坯)　2.7m/min
　　铸机漏钢率　2.1‰
　　板坯无清理率　99.6%
　　板坯直轧与热装率　90.0%
　　转炉——连铸传统生产流程最新技术进步主要有:
2.1　分步炼钢技术的开发与应用
　　于80年代后期由日本开发的分步炼钢技术又称“一贯制生产”工艺流程,它是按冶金反应最佳物理化学条件将炼钢分为三步完成。第一步为铁水预处理,将铁水中的硅、磷、硫脱除;第二步为转炉吹炼,在炉内吹氧进行提温降碳;第三步为炉外精炼,对出钢后钢水进行均温与调温、成份微调与净化处理。分步炼钢由于简化了转炉生产,提高了钢水质量,使冶炼时间大幅度缩短,提高了转炉生产率,降低了炼钢生产成本,吨钢成本降低3～5美元,故日本又常称之为“高经济效益”生产流程。日本新日铁君津二炼钢一座300t转炉(二吹一)采用该技术,1995年实现钢产量484万t,是同吨位转炉世界上最高产量。分步炼钢技术目前在日本已普遍采用,欧美等国钢厂正在推广使用中。
2.2　转炉与连铸自动化技术
　　现代化转炉与连铸机的自动化水平极高,基本操作与过程控制均由计算机完成。转炉采用副枪与计算机对终点目标成份与温度进行动态控制炼钢,大幅度提高转炉生产率与钢质量,C—T双命中率新日铁名古屋钢厂270t转炉高达99%。日本钢管,福山钢厂新建的一台高自动化的单流板坯连铸机,整台连铸机的劳动定员仅3人,生产的板坯产量高,质量好。
2.3　超纯净钢冶炼技术
　　钢材质量的竟争在很大程度上是钢质纯净度的竟争。现代冶金生产采用铁水预处理与炉外精炼技术相结合并通过精料与改善操作使钢的纯净度不断取得进步。
　　钢中C,S,P,N,H,O 六元素的含量年变化情况如下:60年代　≤900×10-6
70年代　≤880×10-6
80年代　≤600×10-6
90年代　≤100×10-6(由于铁水预处理,炉外精炼技术迅速发展)
　　2000年　≤50×10-6(预期)
　　最近日本学者提供的实验数据为28.2×10-6,新日铁技术中心预测2000年可达的各元素含量极限值为:
　　C　4±0.2×10-6;　P　3±0.2×10-6;
　　S　1±0.2×10-6;　N　6±0.1×10-6;
　　O　2±0.1×10-6;　H　0.5±0.1×10-6;
　　∑　16.1±0.9×10-6
　　钢质能净化到如此纯度,是冶金技术的辉煌,届时钢的力学性能在同钢种现有的基础上将大幅度提高。日本学者的目标是2000年将使钢材强度提高一倍。
2.4　溅渣护炉技术
　　1992年美国LTV公司首次在转炉上采用溅渣护炉技术。该公司1986年炉龄1800炉,1989年达5800炉,1992采用该技术后炉龄跃上10300炉,1994年达15658炉,1996年19129炉。据报导目前已超过20000炉。炉龄大幅度提高后,突出的矛盾是设备作业率能否同步增长,经过几年的努力,LTV公司解决了这个难题,因此转炉作业率达97%以上。由于转炉作业率的提高,设计人员已在考虑将转炉设计为永久炉的概念,即今后再建设转炉炼钢厂时可不建预备炉,不再有转炉三吹二或二吹一的设计。另据资料介绍,日本钢铁界对溅渣护炉也有不同的见解,认为转炉采用留渣溅渣操作不利于钢的品种质量,故仍采用转炉少渣冶炼与经济炉龄的技术方针作业。
2.5　高效连铸机(板坯)
　　所谓高效连铸机国外定义为四高一直(国内定义为六高,即高作业率,高拉速,高生产能力,高温,高质量,高连浇炉数)。
　　四高为:
　　高拉速　Vc≥2.0m/min(最大3.0m/min,并在试验5.0m/min)
　　高温铸坯　≥1100℃
　　高质量　无清理率≥95%
　　高生产率　(四高一低:高拉速、高作业率、高连铸率、高设备完好率、低辅助时间)
　　一直即板坯热装(HCR)与直接轧制(连铸板坯采用辊道输送,角部加热,HDR)率≥90%
　　1989年日本钢管福山厂5号连铸机试验直接轧制成功,1990年月产量达30万t,其中HDR占60%,HCR占35%,HDR+HCR95%。目前HDR率最高为70%。
3　结　语
　　在今后世纪之交的20～30年内,是长、短两种生产流程共存的年代。目前,长流程生产规模大,生产品种齐全;短流程生产规模相对较小,生产品种尚有一定局限,随着生产发展两种流程在品种、质量、成本上将会有激烈竟争,竟争促进技术进步,共同推动整个冶金行业向前发展。
联系人:马忠仁,教授级高工,武汉市(430080)武汉钢铁集团公司三炼钢厂
作者单位：武汉钢铁集团公司