1炼钢领域目前发展现状

　 2004年世界粗钢产量1.50万t，中国(大陆)粗钢产量2.73亿t，占世界26 %，而且2004年进口钢材1 00万t。如表1统计及预测，世界钢材消费量一直处于上升期，只是由于基础总量的加大，增加的加速度逐渐减缓。其中发展中国家和环太平洋国家仍然是钢材消费的主要国家。我国目前、甚至一段时期仍然是典型的钢材生产、消费和进口“大”国。包钢2004年粗钢产量543.08万t，约占中国粗钢产量的1.99%左右。

表1 世界钢材消费年均增长及预测　　%

地区	1950-1974	1974-1982	1983-1995	1996-2010
发达国家	4.71	2.91	2.97	0.70
发展中国家	12.11	3.60	5.15	3.80
大西洋地区	5.27	1.56	0.59	1.25
太平洋地区	9.54	1.33	5.61	4.57

　

1.1工序的发展

　 为了提高钢水质量和生产效率，在工序流程功能方面主要表现于工序功能的解析优化、工序间的协调优化，向连续高效生产、洁净钢生产的方向发展，见表2。原来某工序的功能，由于工序的流程结构调整，而进行转移、消弱，或者增加，提升了某些功能，结果使整个流程在高效、高质量的前提下更加顺畅。

表2 转炉炼钢工序功能的分解

炼钢过程工序功能	铁水预处理	转炉	二次精炼
脱硅	主←—————	退
脱硫	主←—————	退	—————→次
脱磷	主←—————	次
脱碳	次←—————	主	—————→主
升温		主	—————→次
脱气		次	—————→主
夹杂物形态控制		次	—————→主
脱氧		退	—————→主
合金化		次	—————→主
纯净化	主←—————	次	—————→主
注:主完成该功能的主要工序次完成该功能的次要工序退退化功能

　

　 在凝固成型工序，表现于高速化(远离平衡的凝固)和近终形(强化成型功能)，成为使整个钢铁生产向着连续化—紧凑化—专业化方向发展的核心工序。

　 所以连铸技术的出现和快速发展，使世界钢铁生产流程发生根本性变化，生产流程由慢节奏、低效率、高消耗的模铸—初轧/开坯、万能产品模式，朝着连铸、连轧、高效、连续、紧凑、低耗、优质和专业化生产流程方向转变，其中连铸起到了工艺优化的核心作用。在连铸工艺大大提升转炉生产效率的同时，淘汰了平炉落后的生产工艺和装备。

1.2工艺技术发展

　 高效化连铸生产，体现于炼钢一炉外处理一连铸三位一体组合优化为基础的全连铸炼钢厂发展战略和常规连铸高效化技术。其中主体工艺技术与装备包括:高冷却强度结晶器;高精度全数字化液压和机械的正弦、非正弦振动;二冷动态自动控制;连续矫直与轻压下;结晶器电磁搅拌;全数字结晶器液面自控;漏钢预报警与控制等。相关技术与管理包括:低温浇铸、全功能性耐材的中间包、全连铸生产计算机调度管理等。

　 近终形连铸连轧生产紧凑流程技术，体现于薄板坯连铸一连轧工艺，已有珠钢、邯钢、鞍钢、包钢四条紧凑流程生产线投产。自行开发的鞍钢ASP生产线自动控制技术，板形控制技术成功地用于生产。包钢CSP生产线，是我国第一条双流连铸与连轧衔接的紧凑流程生产线，已生产出最薄1.9 mm的热轧板卷。

　 转炉高效化生产技术，体现于高的利用系数，而且溅渣护炉技术的深人开发和不断提高，在确保钢水质量和良好经济效益的前提下，一批大、中、小型转炉炉龄分别突破了1万炉。80 t复吹转炉溅渣护炉底吹喷嘴寿命与炉龄同步的系统技术，炉龄高达22 726炉。

　 电炉生产高效化，体现于电炉冶炼一精炼一连铸或形成电炉冶炼一精炼一连铸一连轧对应的优化匹配现代电炉流程。随着超高功率化、炉子大型化、化学能输人强度提高和有条件的钢厂适量兑人铁水以及废钢预热等一系列高效化技术的开发、应用，电炉生产效率大大提高。

　　 炉外处理技术，体现于铁水预处理比和钢水精炼比大大提高。对于特殊钢的精炼，在钢中氮的加人量控制上有了突破。“简单”精炼处理有了不少新内容，比如装备形式的变化，工艺上参数的优化等。

　 由于耐火材料的改进和转炉一精炼一连铸衔接匹配技术的提高，钢包周转速度加快，钢包寿命提高，出钢温度降低，促进了炼钢一精炼一连铸的协调优化。相关技术有钢包加盖保温技术。

　 计算机自动控制和高精度检测分析技术，比如武钢三炼钢转炉终点计算机动态自控技术，在未进行铁水三脱和没有炉气分析系统的条件下，△t=±12℃，△w[C]土0.015 %(w[C]≤0.1%时△w[C]≤0.01%)的双命中率年平均达到93%以上，进人了国际先进水平行列。高精度的检测分析技术促进了炼钢生产的稳定增长，如痕量元素高精度分析技术、OPA原位光谱分析仪以及黑体空腔辐射连续测温技术。

　 炼钢厂是钢铁企业清洁生产的重点环节，它是产品质量保证的重要环节，还是唯一能实现负能生产的钢铁生产工序，比如，转炉煤气回收;炼钢工序负能炼钢;转炉汽化冷却生产的蒸汽经过改质，供VD汽源;电炉废钢预热;连铸坯热送热装;钢渣回收;转炉尘泥冷固结、煅烧及循环利用;转炉干法除尘及电炉烟尘提锌;钢厂外排废水为零等。

2炼钢技术的发展方向

2.1发展方向

　 炼钢生产流程的优化，主流方向是连续化、紧凑化、高效化和智能化。炼钢厂改造或新建必须从总图、物流输送方式等方面考虑与炼铁废钢原料、轧钢等工序物流输送顺畅、衔接、匹配、布置紧凑合理，从工序功能分配和工序关系匹配上力求达到效率高、冶金效果好、消耗低、环境负荷低。从不同产品、不同规模、不同的工艺流程结构和不同的冶金品质要

求，优化炼钢生产流程中各工序的配置，推广计算机自动控制和通信技术，扩大数字化、智能化各种技术的采用。

　 从炼钢一炉外处理一连铸的优化，对生产流程进行解析、集成优化，进行配套的改造和建设。在完善连铸高效化的基础上，根据不同产品、不同规模分层次发展炉外处理技术，并通过转炉终点控制的准确率和出钢过程分渣，为炉外处理技术创造条件。

2.2具体技术

　 高效连铸技术的系统优化。规范从冶炼到连铸的过程时间、过程温度控制，掌握低过热温度、长时间连铸的连铸技术;深人电磁技术在连铸的应用研究;提高数字式结晶器液面自控;二冷水动态自动控制;全数字化结晶器高精度振动;中间包连续测温;在线原位分析等技术与装备的水平。

　 紧凑型流程的薄板坯连铸连轧生产线的优化和完善。研究薄(中厚)板坯连铸不同钢种的钢水洁净程度、过程温度要求;研究铁水预处理、钢水二次精炼的最优配置和工艺规范;优化结晶器、保护渣、浸人式水口的材质和结构设计，保障高拉速和铸坯质量;研究薄板坯连铸连轧过程中金属凝固组织转变规律及工艺特点，扩大生产品种，提高经济效益;研究高精度、薄规格产品的连铸一连轧系统优化技术。

　 铁水预处理和钢水二次精炼技术。高炉炉前铁水预处理技术;大型转炉脱磷或“三脱”技术，提高生产效率与冶金效果;脱硫技术进行机理研究和技术经济对比研究，实现最优化选择;大高炉一大转炉-平材流程全脱硫、深脱硫或三脱工艺;中、小高炉-中、小转炉一普通长材流程脱硫及部分深脱硫的工艺流程;液压、风动扒渣技术。

　 钢水精炼技术。提高钢水真空处理比，研究高效RH加顶吹氧喷粉、单嘴真空冶炼炉等技术;对吹氩、喂丝等几项基础精炼技术进行优化(尤其是吹氩)，以降低消耗，提高处理的冶金效果。适合中小钢包用的专用精炼技术与装备(如CAS小型化等);炉外精炼高效精炼渣、埋弧渣和泡沫渣精炼技术;加速脱氧、脱硫、去除夹杂精炼技术;研究精炼残渣处理、防止污染的技术。

　 转炉高效化生产。开发和应用多孔氧枪、束流氧枪新技术，提高供氧强度，提高流量调节范围;转炉复吹与溅渣护炉长寿炉龄同步的优化技术;长寿炉龄条件下的炉壳、托圈安全维护技术;开展永久炉衬技术可行性的研究;转炉终点准确控制的静态、动态模型的研究和炉气气相质谱仪的应用研究;出钢分渣技术。

　 炼钢清洁生产系统技术和长寿、无污染、功能化的炼钢一连铸辅助材料技术。钙系钢包、中间包功能性耐火材料开发;优化各类引进和国产气烧石灰窑，提高活性石灰的强度和质量;性能稳定的专用结晶器保护渣。

3包钢炼钢系统的形成、工艺流程和技术发展分析

3.1炼钢系统形成

　 包钢炼钢系统于1958年开始兴建，设计能力年产钢锭316.5万t，全部生产碳素钢。1968年先后建成4座500 t平炉(原设计9座),1座1300 t混铁炉，设计年产钢锭120万t左右能力。投产后能力长期没有得到发挥，主要原因和白云鄂博矿的品质特点有关，中心问题是磷，带来了冶炼周期长，物料和热能消耗大。

　 在1970年到1984年期间，拆除1座平炉，新建3座50 t氧气顶吹碱性转炉，2座900 t混铁炉，为包钢氧气转炉炼钢揭开了序幕。存在问题仍然是中磷铁水的冶炼，即使采取了高碱度双渣法大渣量炼钢工艺，甚至不惜延长吹炼时间以求终点磷合格，但只能冶炼普通质量的低碳钢，冶炼中、高碳钢遇到更多问题。

　 “八五”炼钢技术改造进行转炉扩容及其装备现代化、铁水预处理、钢水精炼、连铸等，使炼钢系统发生了根本性转变。建成5座80 t顶底复吹转炉，引进成套技术建成80 t LF炉2座，VD真空脱气装置1座，TS搅拌调整装置1套，1套带有结晶器电磁搅拌的大方坯连铸机和1套圆坯连铸机。

　 1999年开工建设的薄板坯连铸连轧工程的配套二炼钢系统主要设备包括:210 t转炉1座(于2003年又建1座210 t转炉),1300 t混铁炉2座、LF炉1座，同时建有铁水预脱硫处理站。

　 2001年8月镁基脱硫扒渣站投人运行，铁水中硫含量能够降到设计水平，实现脱硫铁水分装。12月平炉关停，包钢结束了平炉炼钢的历史，炼钢工艺全面进人新纪元。2002年小方坯连铸机投产。2003年小扁坯铸机投产。

3.2炼钢系统的工艺流程

　 目前包钢炼钢系统由一炼钢和二炼钢两种格局组成。

　 一炼钢系统的装备和工艺流程是双枪双工位100t单罐镁基复合喷吹铁水脱硫站，2×900 t混铁炉,1×1300t混铁炉,5×80t复吹转炉，3×80 t LF精炼炉，1×80t双工位VD处理装置，1×80tTS搅拌调整装置，1套带有结晶器电磁搅拌的大方坯连铸机，1套方圆兼用连铸机，1套六流小方坯铸机，1套小扁坯铸机。工艺流程包括:

　 ①80 t转炉一(精炼)一模铸;

　 ②铁水预脱硫处理-80t转炉一精炼 (LF+VD)-圆坯(方坯)连铸;

　 ③(铁水预脱硫处理)- 80t转炉-精炼LF-小方坯连铸;

　 ④(铁水预脱硫处理)- 80t转炉-小扁坯连铸。

　 二炼钢系统装备和工艺流程是:1×100t镁基复合喷吹铁水脱硫站，1×1300t混铁炉，2×210 t转炉，1×210 t LF精炼炉,1套2流薄板坯连铸机。工艺流程:铁水预脱硫处理-210 t转炉-精炼LF -薄板坯连铸

3.3技术发展方向分析

3.3.1铁水预处理

　 目前包钢铁水预处理主要是铁水脱硫。铁水脱硫工艺方法的研究领域在不断拓展，目的是探寻保证良好的脱硫效果，更低的处理成本和简单实用的操作方法。

　 包钢一炼钢和二炼钢都为连铸供应钢水所用铁水配备了铁水脱硫站，均采用先进的镁基复合喷吹脱硫技术，具有效率高、渣量小、深脱硫稳定、综合成本低的优点，生产实际使用也已经取得了良好的效果。以后的研究方向包括:针对已经建成的镁基复合喷吹铁水脱硫站进行最佳脱硫工艺的研究，以提高脱硫处理能力，降低脱硫成本;针对不同钢种、不同连铸工艺、不同的最终钢材类型，研究合适的铁水脱硫目标值，实现最优化选择;实现全部炼钢铁水的脱硫处理，可整体提高铁水质量，从而提高钢水质量，而且对于简化普通长材炼钢生产工艺，实现简单精炼处理创造条件;实现脱硫铁水的分装，使脱硫铁水硫含量稳定控制，直接入炉冶炼。

3.3.2优化转炉炼钢

　 包钢炼钢分一炼钢和二炼钢两种格局，其中一炼钢80 t顶底复吹转炉冶炼，通过合适的精炼工艺为大方坯、圆坯(兼方坯)、小方坯、小扁坯提供钢水; 二炼钢210 t转炉冶炼，通过合适的精炼为CSP铸机及待建铸机供钢水。优化转炉炼钢技术方向，是以实现计算机炼钢为最终目标的转炉冶炼工艺优化，应该考虑包钢铁水条件和近阶段只能实现铁水脱硫预处理的现状，发挥底吹的搅拌优势，以低碳终点控制方向为基础，实现碳、温度、磷的终点达标;针对一炼钢铸机种类和生产钢种、铸机布置、转炉布置、预处理铁水和混铁炉等因素，进行铸机与转炉生产配置研究，提高转炉工效，保证快节奏的钢水供应;分别针对一炼钢和二炼钢具体情况，进行转炉终点准确控制的静态、动态模型的研究，实现计算机炼钢;转炉冶炼过程的快速化研究，包括新氧枪研制应用，提高供氧强度，提高流量调节范围;转炉复吹与溅渣护炉长寿炉龄同步的优化技术;降低转炉冶炼成本的研究，包括少渣炼钢，底吹介质的选择等;低磷钢水的转炉冶炼和出钢工艺研究。

3.3.3整合精炼工艺

　 钢包是浇注前最后一个冶金容器，现代二次冶金中最重要的反应是在钢包中进行，包括脱氧、脱硫、脱碳、脱气、合金成分调整、去除非金属夹杂物及夹杂物变性、钢水温度控制等。因此二次精炼工艺是钢的品种和质量控制的关键。另外由于二次精炼过程需要能源、材料的消耗，二次精炼也成为炼钢控制成本重要环节之一。

　 包钢一炼钢系统的精炼设备和工艺按功能可以分为:喂丝工艺、搅拌工艺、真空处理工艺和钢渣处理及再加热工艺。如何优化精炼，合理精炼工艺，在最低成本处理工艺下，保证钢质量、保证连铸顺行?精炼的工作方向包括:高效钢渣处理工艺研究，即精炼造渣合成化，缩短成渣时间，提高效率，降低冶炼周期，降低耐火材料消耗;针对不同要求的钢种，选择经济合理精炼工艺路线，进行精炼处理工艺结构研究;开发和研究多品种的芯线喂丝工艺，发挥喂丝的工艺优势;渣精炼的合理优化及特殊渣系的研究，考虑LF、VD、吹氩不同渣系的处理方式;转炉到LF轻处理的转炉出钢渣洗工艺研究;减少LF处理钢水的增氮，研究有效控制氮含量的措施;精炼过程夹杂物的有效去除和无害化处理、夹杂物合理利用;磷的控制，包括降低出钢温度、减少带渣采用磷容量高的渣系等;精炼过程耐火材料对钢质量的影响研究及耐火材料的合理选择;过程控制模型研究，提高操作精度;充分利用吹氩和合成渣的精炼功能;二炼钢系统的精炼技术方向主要是提高LF的工作效率，降低冶炼时间以及实现低碳和超低碳生产的精炼工艺。

3.3.4高效化连铸

　 近年来高效连铸技术日趋成熟，通过采用新技术、新工艺、新设备、使连铸机“高拉速、高质量、高作业率、高连浇率”，从而提高连铸的生产能力，降低生产成本。结合包钢工艺、装备、生产钢种的特点高效化连铸就是高拉速、高质量和低成本。

　 实现高效化连铸是从铁水预处理开始的，具体技术方向:提高连铸坯洁净度的保护浇注、中间包冶金、中间包覆盖剂、碱性包衬、结晶器钢水流动控制;高拉速方面的结晶器锥度优化技术、结晶器液面波动控制、结晶器保护渣、二冷水动态自动控制、矫直技术;生产的自动化控制技术、提高连浇炉数的技术、高寿命结晶器、异钢种接浇技术、中间包的快换技术;高质量方面规范从炼钢到连铸的过程时间、过程温度控制，掌握低过热温度、长时间连铸的连铸技术，加强电磁技术在连铸的应用研究;低成本方面提高中间包使用寿命、选择高质量耐火材料、研究钢种、坯到材的综合经济效益，从而合理铸机生产品种结构。

3.3.5炼钢辅助材料的质量拉制和选择

　 以石灰为代表的炼钢用辅助材料的质量全面影响着钢质量和工艺过程。所以现代炼钢所要求的高洁净度生产就是对炼钢辅助材料全面质量控制的结果。在这方面应该开展的工作包括通过合理的资源利用，改进生产工艺，提高炼钢石灰质量;投入资金，完善和改进炼钢辅助材料的检测手段;研究特殊钢种所用的炼钢辅助材料特点，保证特殊钢种的质量;进行炼钢脱氧制度和规律的研究，选择高洁净度钢水所用的合金和脱氧合金。