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我国转炉炼钢技术发展现状

2020-07-14 18:53200

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。


第一、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。


第二、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。


第三、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。


第四、“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。


第五、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。

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