我国炼钢-连铸技术的发展与展望

我国炼钢-连铸技术的发展与展望

近代以来，中国的钢铁工业更加发展，钢产量也显著增加。许多公司的技术设备达到了国际水平，钢的品种和质量接近或达到国际先进水平，表明中国的钢铁工业发展处于一个新时代。今后几年,我国钢铁工业不但应在规模和质量等方面达到国际先进水平,而且在钢铁生产、工程设计、工艺与装备、节能减排、环保等方面的研究开发、生产运行都应走向国际前沿。为了实现上述战略发展目标,必须认真回顾总结近几年我国钢铁工业特别是炼钢连铸生产技术发展的成就,分析目前存在的问题,研究今后炼钢-连铸技术的发展趋势和方向,不断创新,为完善和发展新一代炼钢工艺流程做出贡献。1钢-连铸造生产技术的发展2000年以来,国内炼钢-连铸技术取得明显的进步,主要表现在以下几个方面:1.1u2004年我国钢质形势图1给出2000年以来国内钢产量增长趋势,粗钢产量从2000年1.285亿t增长到2007年4.892亿t,平均年增长率为18.2%。转炉是目前中国最主要的炼钢方法,转炉钢产量从2000年的1.0584亿t增长到2007年的4.4亿t,年平均增长率为19.5%,高于国内粗钢产量的增长速度。转炉钢比例相应从2000年的82.4%增长到90%左右。电炉也是目前国内主要的炼钢方法,随着中国钢产量迅速增长,电炉钢的生产比例在2003年以前缓慢增长,最高达17.6%;2004年以后,由于转炉钢的快速增长,电炉钢比例逐年降低。但电炉钢的产量持续增长,与2000年相比电炉钢产量翻了一番。在国内钢产量迅速发展的同时,连铸比也不断增长。如图2所示,2000年全国连铸坯产量为1.096亿t,连铸比85.3%;2007年全国连铸坯产量为4.74亿t,连铸比96.95%。随着连铸比的提高,成材率也相应提高,达到了96.2%,这说明连铸技术的进步为我国钢铁工业增产增效、节能减排作出了重要贡献。1.2社会主义技术的进步和应用国内炼钢-连铸生产技术的进步主要体现在各项技术经济指标不断优化。表1给出2003年至2007年国内转炉、电炉和连铸的主要技术经济指标变化情况。国内转炉炼钢的技术进步主要体现在:完善溅渣护炉工艺,提高转炉炉龄;推广强化供氧技术,提高转炉作业率;推广长寿复吹工艺,进一步降低钢铁料消耗并提高以终点控制为核心的转炉自动化控制水平。电炉生产技术发生重大变化:采用大型高功率和超高功率电炉淘汰大批30t以下小型电炉;建设电炉-精炼-连铸-连轧现代化短流程生产线,采用优化配料与供电制度,强化供氧提高化学能输入量和部分电炉采用热装铁水等新工艺技术,达到降低冶炼电耗,缩短冶炼周期,实现多炉连浇。在此基础上实现了电炉生产多元化,形成电炉-普钢长材、电炉-特殊钢长材、电炉-无缝钢管、电炉-中厚板和电炉-薄板坯连铸连轧等多种生产线,完善了电炉钢产品结构,扩大了生产品种。连铸继续快速发展,自主开发的能力进一步提高。至2007年已建成板坯连铸机(宽度700mm以上)175台,237流;薄(中)板坯连铸机17台,18流;方坯和矩形坯连铸机(150mm×150mm以上)437台,1323流;小方坯连铸机305台,1027流;圆坯连铸机48台,173流。全国总计连铸机996台,2806流,年生产能力达到4.743亿t。随着国内炼钢-连铸技术的进步和技术经济指标的优化,获得了明显的经济效益。据2007年国内93家大中型企业的统计,年利润达1479.82亿元,比上年同期增长49.78%。1.3国内技术的发展2000年以后国内钢铁企业重点开展钢铁生产流程与工艺结构的优化,基本建立起现代化炼钢生产工艺流程。转炉流程:铁水脱硫预处理→转炉复合吹炼→二次精炼→全连铸;电炉流程:大型超高功率电炉(兑铁水)冶炼→二次精炼→全连铸。近几年铁水脱硫预处理在国内广泛应用。铁水预处理的装备能力逐年提高,至2006年重点大中型钢铁企业铁水预处理比已达56.7%,宝钢、武钢、鞍钢等大型钢铁公司已基本实现100%铁水预处理。表2给出目前国内采用的主要铁水脱硫工艺的技术经济指标对比,说明国内铁水预处理工艺已经积累了丰富的经验,为钢厂合理选择铁水脱硫预处理工艺提供了广泛的空间。为提高转炉生产效率和扩大洁净钢生产比例,国内大多数转炉炼钢厂综合采用铁水预处理、复合吹炼、强化供氧、终点动态控制和溅渣护炉等成套先进工艺技术,较大幅度提高转炉的生产效率,降低生产成本,提高钢水的洁净度。2000年以前国内电炉重点是采用大型超高功率电炉淘汰小型电炉,如2000年我国电炉已从1600多座减少到179座,其中50t以上的大、中型电炉钢产量占全国电炉产量61%。2000年以后,国内电炉厂综合采用铁水热装、废钢预热、优化配料供电和供氧等先进技术取得了明显的效果。如表3所示。大型电炉采用铁水热装工艺冶炼每吨钢电耗降低约67kWh,减少电极消耗35%,缩短冶炼周期10min。1.4次精制技术为了满足市场对洁净钢生产的需求,国内钢厂普遍重视二次精炼工艺,完善二次精炼设施。国内大、中型骨干企业钢水二次精炼的比例从2000年不足20%迅速增长到2007年64%。表4给出2007年国内二次精炼设备的台数和吨位数据(不包括吹Ar设备在内)。随着精炼设备的增长,二次精炼工艺技术也取得明显的进步,形成了以挡渣出钢、合成渣洗、炉渣改质、白渣精炼和喂线与钢中夹杂物形态控制、钢水温度、成分精确控制以及真空脱碳、脱气、夹杂物上浮分离等核心技术为基础的二次精炼工艺技术,能满足不同类型产品的批量生产,达到超低氧、超低碳和超低硫等高品质洁净钢的质量要求。二次精炼技术的发展使国内钢材的洁净度得到显著的提高。15年前国内绝大多数钢厂生产的钢水洁净度(w(S+P+T.O+N+H))波动在(300～350)×10-6,目前国内多数钢厂已可以大批量生产钢水洁净度250×10-6以下的洁净钢,宝钢、武钢、鞍钢和首钢等大型钢铁企业生产的钢水洁净度可以达到100×10-6以下。从表5可以看出,目前国内生产的典型高附加值产品钢水洁净度已达到国际先进水平。钢材洁净度的大幅提高使我国钢铁产品结构发生了重大改变。如表6所示,近几年国内典型高品质钢种的生产比例迅速增长,不仅给钢铁企业带来更大的经济效益,而且有力地支持了国家经济建设。1.5水资源回收利用技术近几年国内钢铁企业高度重视节能减排工作,研究开发各种节能环保技术。如表7所示。2000年以来随着国内节能环保技术的发展,吨钢综合能耗和电炉工序能耗逐年降低。与国际先进水平(日本每吨钢转炉工序能耗为-6kg标煤)相比仍有较大差距,说明国内转炉工序尚有较大的节能空间。实现负能炼钢的核心是要解决转炉煤气、蒸汽的回收和有效利用问题。转炉煤气含硫低、热值高,适用于生产高品质石灰;而大型转炉蒸汽用于RH或VD炉等真空设备也具有较大的经济效益。这些都是今后技术改造中应提倡的节能环保技术。目前国内转炉绝大多数采用OG法除尘工艺,基本解决了转炉烟尘对环境的严重污染。今后要进一步发展半干法或干法转炉除尘工艺,达到节水、节能和保护环境的目标。近几年,太钢、包钢等钢厂推广采用转炉干法除尘新工艺代替OG法获得了明显的效益。如表8所示。炼钢渣和烟尘的回收与循环利用技术近几年在国内钢厂也得到充分重视。自主研发的转炉渣闷渣处理和滚筒法或轮淬法炉渣连续处理等新工艺,在生产实践中取得了较好的应用效果。转炉烟尘含铁高,基本全部利用,作为烧结矿料或冷却剂供转炉使用。马钢、包钢等企业试验吨钢采用15～20kg的转炉渣作为石灰的替代品返回转炉使用也取得一定成效。为实现炼钢厂固体废弃物“零”排放,提高资源利用率,今后应加强对炼钢渣和烟尘回收利用技术的研发与推广工作。连铸坯热送热装工艺可以大幅度降低加热炉燃料消耗,已被多数炼钢厂采用。今后的工作应进一步提高铸坯的热送温度和装入温度,解决无缺陷铸坯生产的关键技术和热装相关的冶金质量问题,进一步提高连铸坯热送热装比例。1.6rh真空精制设备在国内的发展情况近几年,炼钢-连铸生产装备的大型化与设备国产化率日益提高。2003年以后国内钢铁企业大力建设100t以上的大、中型冶炼设备。至2007年底,国内200t以上的大型转炉已达到24座,总吨位为6400t,和2003年相比大型转炉的产能增加1倍。最近2～3年,为提高钢材洁净度,扩大高附加值钢材产品的生产规模,大多数钢厂在配备LF、CAS和吹氩搅拌等常压二次精炼设备的基础上,针对板带材的生产特别是冷轧薄板的生产,又新建了RH和VD等真空精炼设备。随着国内薄板(特别是冷轧薄板)生产比例的增长,RH真空精炼设备的增长尤为迅速。如图3所示,2003年以后国内已投产的RH由20台迅速增长到59台,总吨位达9070t,比目前整个欧洲RH的生产能力(总吨位5790t)大56%。二次精炼的发展促进了精炼设备国产化率的提高。国内已掌握了自主设计、制造、安装、调试大型二次精炼设备(如300tRH)的能力,在精炼设备工艺布局、工序衔接以及不同产品的精炼工艺等方面积累了丰富的经验,而且加强了技术创新。如武钢炼钢总厂四分厂采用RH在线布置工艺,将RH布置在转炉出钢线上,并采用RH钢水罐卷扬提升装置、双室平移交替和真空室整体吊装等新技术,取得了良好的效果:可节约行车运行时间10min左右,减少吊运过程温降10℃,缩短RH设备空置时间5min,使RH精炼处理比例达到80%。国内连铸技术的发展促进了连铸机设计和制造能力的提高,已能自主设计和制造小方坯、方坯和板坯连铸机,并实现快速达产。从20世纪90年代初国产连铸机以小方坯为主要机型的格局,逐步扩展到自主设计制造适应各种品种和规格的方坯、圆坯及板坯和中薄板坯等多种机型。我国自主设计和建造的曹妃甸钢厂是国内大型钢铁联合企业建设的范例,首次采用5500m3超大型高炉、300t铁水包直装、全量铁水“三脱”预处理与转炉高效冶炼、高拉速连铸、海水淡化等先进技术,标志着国内大型钢铁联合企业设计与设备制造方面达到国际先进水平。国内炼钢-连铸生产设备大型化与国产化率的提高使钢铁厂的建设投资明显降低:大型联合企业(含冷轧、涂镀层、码头、电厂在内)的吨钢投资已降至6500～6800元;棒线材钢厂由于工序理顺和全面国产化,吨钢投资降低幅度更大。1.7国内科技成果授奖情况科技进步是我国钢铁工业迅速发展的主要推动力。近几年,国内钢铁企业日益重视企业技术进步和广泛开展科技创新活动,取得了大量的科技成果。表9给出近几年国内冶金科技奖中炼钢-连铸成果授奖情况。最近3～5年国内钢铁企业积极研究开发和推广以下重大技术创新成果,取得良好的成绩。(1)复吹转炉技术利用过程中的技术特点近10年转炉溅渣护炉技术在国内大、中、小型转炉上广泛推广,取得了良好的成绩。全国转炉平均炉龄已接近8000炉,最高炉龄已超过30000炉,使我国转炉炉龄达到国际领先水平。国内自主研究开发的长寿复吹转炉技术利用溅渣过程中形成的透气性炉渣蘑菇头保护底吹喷嘴,使底吹喷嘴的寿命和溅渣后转炉的炉龄同步,底吹喷嘴最高寿命超过30000炉(武钢)。目前,钢铁研究总院已在国内近200座转炉上推广采用该项新工艺技术,达到炉龄10000炉以上,复吹比100%和终点[%C][%O]≤0.0027的良好效果,如图4所示。(2)提高转炉生产效率为了提高转炉的生产效率,不少转炉将供氧强度从传统的3.2～3.5m3/(t·min)提高到3.6～4.4m3/(t·min),缩短了冶炼周期,加快了转炉生产节奏,提高了转炉生产效率。如表10所示,采用高效供氧技术使供氧强度平均达到3.65m3/(t·min),冶炼周期缩短到36min;中型转炉供氧强度平均达到3.5m3/(t·min),冶炼周期缩短到34.5min;小型转炉供氧强度可达到4.0m3/(t·min),冶炼周期缩短到24.7min。随供氧强度的提高转炉作业率大幅度提高,氧气与钢铁料消耗略有降低,具有较明显的经济效益。(3)连续锥度结晶器2000年以后国内钢厂大力推广以高拉速为核心的高效连铸技术,取得了明显的进步,形成了完整的高效连铸技术,主要包括:提高钢水质量,推广采用大容量中间包全保护浇注;采用连续锥度结晶器提高热交换效率;采用板簧导向振动减小振动轨迹误差;采用多点连续优化二冷配水等工艺技术。高效连铸技术的推广不仅提高了连铸机的产量,而且进一步改善了铸坯的表面质量和内部质量,基本实现无缺陷坯生产。如表11所示,通过连铸机高效化改造后,铸机的产量和拉速有明显提高。从表11中可以看出,国内小方坯高效连铸技术已基本接近国际先进水平,但板坯高效连铸技术尚与国际先进水平存在一定差距。今后要在提高板坯拉速和改进板坯质量,提高铸机产量等方面开展更深入的研究工作。(4)典型拉速下连铸恒速浇注技术连铸浇铸过程由于钢水温度波动和钢水供应节奏的影响造成拉速的波动。随着拉速波动量的增大,铸坯表面纵裂机率上升,表层卷渣严重,中心偏析恶化,氧、氮含量升高。为解决拉速波动引起的铸坯质量问题,武钢炼钢厂二分厂开发出“典型拉速下连铸恒速浇注”技术。典型拉速是指不同钢种在标准浇注温度下所对应的标准拉速,而恒速浇注是指保持典型拉速恒定不变(拉速允许波动±5%)的浇铸过程。实现恒速浇注的关键技术是:优化转炉、二次精炼与铸机的协同、匹配,合理确定不同钢种的典型拉速和浇钢时间;加强工序时间控制,采用计算机在线进行生产调度;加强钢水温度控制,稳定过程温降,使中间包温度合格率达90%以上。通过加强典型拉速达标率的技术考核(如图5所示),使典型拉速达标率提高和稳定,铸坯综合质量合格率大幅度提高,更重要的是促进了炼钢厂内所有工序的稳定运行和协同运行,推动了从铁水脱硫直至连铸机出坯等所有工序的工艺优化和装备管理优化。(5)薄板坯连铸-连轧的开发我国已建成投产13条薄板坯连铸连轧生产线,生产能力超过3000万t/a。其中多项技术经济指标达到国际领先水平。珠钢CSP薄板坯连铸机的作业率高达91.2%。薄板坯连铸-连轧的品种开发也取得重大进展,可以大批量生产超高强度集装箱板(Rm≥770MPa),2006年珠钢生产薄规格(2mm以下)钢板的比例达到53.8%。包钢在薄板坯连铸连轧生产工艺高效化和品种开发等方面也做出了优异的成绩,多年来在提高生产效率、改进工艺装备和产品开发方面做了大量的、有成效的工作并实现了技术输出。唐钢、马钢、涟钢、济钢等厂薄板坯连铸连轧生产线也在不同方面形成了各自的特点和特色。(6)条专业化生产线为实现高效、稳定、低成本生产洁净钢,宝钢开发出炼钢“专线化生产技术”,通过合理优化工艺布置和差异化的设备选型将钢厂生产线按品种进行分工,保证某一类钢种固定在一条专业化生产线上生产。专线化生产模式与传统生产的最大区别是:前者品种钢生产分工明确,相对固定,生产效率高,产品质量稳定;而后者品种钢生产安排是随机的和不固定的,一旦发生生产节奏波动就会造成产品质量的波动,工艺稳定性差。目前宝钢炼钢厂已经建成了汽车板、厚板和硅钢3条专业化生产线,各生产线的工艺装备、产品和工艺特点见表12。通过推进专线化生产品种钢模式,不仅使钢种质量控制能力显著提高,而且使RH产能得到最大发挥,连铸机拉速进一步提高,产品质量的稳定性得到显著改善。(7)内推广转炉负能铸造技术近5年国内转炉吨钢炼钢工序能耗平均波动在26～28kg标煤,而宝钢、武钢、太钢等近10家钢厂工序能耗实现了负能炼钢,说明在国内推广转炉负能炼钢技术将具有明显的节能效果。实现转炉负能炼钢的技术关键是采用转炉高效冶炼工艺,进一步降低吨钢氧耗和电耗,同时应努力提高转炉煤气和蒸汽的回收利用率。如图6所示,转炉煤气回收量大于90m3/t(煤气热值按7524kJ/m3计算),蒸汽回收量大于60kg/t是实现转炉工序负能炼钢的基本条件,在此基础上进一步降低吨钢氧、氮、电和燃料的消耗可进一步降低转炉工序能耗。(8)确定副枪终点动态控制技术随着国内炼钢-连铸生产设备大型化和现代化的发展,不少钢厂积极研究开发和推广转炉自动化炼钢工艺技术,以各生产环节准确计量为基础,通过终点副枪动态控制或吹炼过程炉气分析实现炼钢过程计算机自动控制,进一步提高转炉终点碳和温度的控制精度与命中率。宝钢、武钢、首钢迁安等大、中型转炉采用副枪终点动态控制技术取得良好的应用效果:转炉全自动吹炼控制成功率达到90%,碳控制精度为±0.02%,温度控制精度为±12℃时,碳温双命中率达到93%,补吹率降到5%以下,不倒炉直接出钢比例达到95%以上,达到国际先进水平。马钢、本钢、攀钢等钢厂采用炉气分析技术实现转炉全自动吹炼也取得较好的成效。马钢120t转炉在目标碳含量(质量分数)在0.03%～0.07%范围内,碳的控制精度可以达到±0.015%,温度控制精度为±16℃,碳温双命中率达88.6%,不倒炉出钢率提高到92.9%。同时冶炼周期可缩短3min,喷溅率降低到7.7%。1.8环境治理和废弃物回收利用存在的问题在认真总结近几年国内炼钢连铸领域技术进步的同时,还必须充分注意到目前尚存在的主要技术问题:(1)炼钢厂能耗与国际先进水平相比仍有较大差距;(2)炼钢厂环境治理和废弃物回收利用与国外先进水平相比有较大差距;(3)企业管理不够精细,应加强对废钢、石灰等辅料、耐材和铁合金的分类管理,实现炼钢精料,进一步减少渣量,减轻转炉回硫,降低生产成本;(4)钢水成分控制精确度偏低,产品质量稳定性存在差距;(5)设计理论与设计方法创新不多,炼钢厂平面布置研究不够,主要生产设备的差异化选型研究不够,特别要注意避免精炼工艺装备选型和位置的失误所造成炼钢-连铸的混乱运行,应该深入研究专线化生产品种钢和动态-有序的运行模式。220能源转换功能进入21世纪后,社会对钢铁厂的需求发生了重大转变,从过去单纯要求钢铁厂为社会进步不断提供低成本、高品质的钢材外,还要求充分发挥能源转换功能,节能减排,基本消除自身对社会环境造成的污染,同时要求钢铁厂具有大量处理社会废弃物并融入循环经济社会的功能。由于社会基本要求的改变,新一代炼钢工艺流程的兴起将成为历史的必然。2.12新一代钢铁流程的开发和利用,为政、工、化提供了新的发展目标21世纪先进钢铁厂是在20世纪现代化钢铁厂发展的基础上,为满足市场对钢铁产品的需求和钢铁企业与社会和谐发展的要求而建设的新型钢铁厂。其基本技术特点是:生产高效化、产品洁净化和对环境的无害化。新一代钢铁流程将具有高效、低成本、稳定生产高品质钢材的钢铁产品制造功能;提高资源能源利用效率、显著降低污染物排放的能源、资源转换功能和大量消纳社会废弃物的再资源化功能,这是应该树立的新理念。钢铁生产是典型的流程制造业,因此树立新理念还必须结合流程工业的基本特点:系统复杂性、生产连续性、管理协调性和发展整体性,在有限的时间和空间内将复杂的钢铁生产工艺过程有机地融为一体,真正实现炼钢生产过程动态有序,连续紧凑和高效稳定的生产。在新理念的指导下研究开发适应21世纪社会需求的新一代炼钢流程应达到以下发展目标:(1)新流程应具备高效化的生产特点,可以大批量、低成本、稳定地生产各类高品质钢材;(2)新流程应具备资源能源减量化、可循环和再利用的基本功能,建设环境友好型清洁化生产的新流程;(3)新流程应具备社会大宗废弃物无害化处理的功能,实现企业内部管理信息化、控制智能和生产自动化,实现钢铁工业的可持续发展;(4)新流程的工艺程序、流程网络(平面图等)易于实现企业内部生产自动化、控制智能化和管理信息化。总之,21世纪新型钢铁厂要实现钢铁厂功能的转变,将钢铁生产与能源转换、消纳社会废弃物三大功能有机地融为一体。我们应该设想,能否通过3～5年努力使中国炼钢工艺和装备水平走到世界前列。2.2流程解析集成炼钢-连铸生产过程中各单元生产工序冶金功能的解析与集成是实现炼钢工艺流程优化的重要方法。如图7所示。现代转炉炼钢技术的发展主要得益于转炉冶炼功能的合理解析。传统转炉炼钢工艺包括脱硅、脱碳、脱磷、脱硫和控制铁的氧化以及去除有害气体、非金属夹杂物等基本功能,由于脱硫、脱碳、脱磷、脱硅反应是氧化反应的热力学、动力学要求的不同,在同一反应容器内一起进行反应往往造成顾此失彼、相互影响甚至相互制约,为此有必要按照不同产品性能的要求,对转炉冶炼功能进行必要的解析和集成。形成绝大多数国家采用的炼钢流程:铁水脱硫-转炉脱硅、脱磷、脱碳。日本为了进一步提高转炉生产效率和冶炼钢水的洁净度,提出“分阶段冶炼”的工艺思想,将出铁槽脱硅、铁水脱硫、脱磷与转炉脱碳相分离,达到显著提高钢水洁净度和生产效率及减少渣量等优点。我国在吸收日本技术基础上,提出了先脱硫-再脱硅、脱磷-后脱碳、升温、回收煤气的新工艺,并将之集成为一个炼钢厂生产900万t/a左右规模的高效率、低成本、高端薄板产品的洁净钢生产平台,形成了如图7所示的炼钢新工艺流程。流程解析集成是优化工艺流程的重要手段,其特点是进一步提高冶金反应效率,达到提高生产效率、降低生产成本和稳定质量的目的。在研究开发新一代炼钢流程中必须强调树立新理念,明确新目标,对炼钢流程的功能进行深入解析与集成研究。2.3建立净化钢生产平台建立高效、低成本洁净钢生产平台是今后几年国内各类钢铁厂都应努力实现的基本目标之一。为了建立高效、低成本洁净钢平台必须改变传统的质量概念,深入研究以连续运行为基本特点的炼钢厂,实现高效、低成本、稳定运行的生产模式。传统观点认为:质量问题主要包括产品合格率和产品性能两个要求。而广义的质量概念认为:效率、成本和性能是产品质量的基本要素。效率应包括产品的生产效率、资源和能源利用效率以及系统的技术优化;成本主要包括生产成本、管理成本、销售成本和资本成本等多种经济因素;性能应包括产品的加工性能、使用性能和可循环利用等因素。根据广义的质量概念,钢铁厂在考虑品种开发和质量优化的过程中应综合考虑效率、成本和性能等因素,达到高效、优质和低成本的目标。产品洁净度是保障钢铁产品性能的基本要素,也是炼钢-连铸生产过程中控制产品性能的基本功能。洁净钢是指对钢中夹杂物和杂质元素含量的控制达到能够满足用户在钢材加工过程和使用过程的性能要求。因此,建立洁净钢生产平台的基本目标是保证钢厂生产的全部钢材洁净度能达到洁净钢的基本要求。表13给出典型钢种的洁净度控制要求。建立洁净钢生产平台还应统筹考虑不同品种钢材生产的技术难度和市场份额。通常把钢铁产品分为普通、中档、高档和尖端产品4个级别,生产技术难度可对应分为1～4级,随着产品档次的提高技术难度增大,而对应的市场份额减小:普通产品约占50%～60%,中档产品约占30%～35%,高档产品约占10%左右,尖端产品约为2%～4%。这说明尖端产品虽然反应出企业的产品开发能力和质量控制水平,但在整个企业的经营活动中所占比例并不大。因此,建立洁净钢生产平台不仅着眼于高端产品的研制,更要努力改善量大面广的中、低档产品的质量、生产效率和成本。按照广义的质量概念,建立洁净钢生产平台不是简单的脱硫、脱磷、脱氧等工艺技术问题或品种质量问题,而应该包括工艺、设备、技术管理和生产运行等诸多因素,实现高效、优质和低成本的目标。因此,在炼钢厂建立洁净钢生产平台必须建立起与产品质量密切相关的生产技术系统、信息软件系统和管理运行系统。如图8所示。洁净钢生产必须采用高效、稳定的运行模式。通常炼钢-连铸铸造流程中系统的产能不仅仅决定于各单位工序的产能,还决定于工序间物流的流通能力和效率。连续运行的制造流程中,物流的运行动力学决定于上游工序的“推力”、下游工序的“拉力”。对于某道工序(如转炉)如果前道工序“推力”大于本道工序相应的“拉力”则会发生物质流的拥堵;如果后道工序“拉力”过强也会引起本工序物质流供给不足,影响流程整体能力的发挥。为了平衡工序间的“推力”和“拉力”,需要在工序间建立一定能力的缓冲工序以保证各工序间均衡稳定的生产。通常在工厂设计中大多采用钢铁制造流程中物质流的均值静态运行模式,假定各工序间的物流是稳定和均衡的。但在实际生产中物流往往是随机的和不稳定的,造成各工序间物流的不稳定匹配-对应的紊流运行动力学模式,其结果是物流输入、输出波动,随机匹配,可受控性差,物流的流通能力和效率降低,如图9所示。为了实现高效化、稳定生产必须建立起铁水预处理-炼钢-二次精炼-连铸流程中物质流的动态-有序、匹配-对应的运行动力学模式,特别是要尽可能避免随机的无序“紊流”运行,实现有序“层流”运行的动力学机制,使输入物流和输出物流基本稳定,整个流程基本可控,如图10所示。2.4界面技术和共享技术2.4.1健全和完善连铸工艺界面研究高效化快节奏生产流程中各工序间的工序衔接和稳定运行规律,合理确定炼铁-炼钢工艺界面和连铸-轧钢工艺界面中各工序间的时间节点、品质要求与温度控制精度,减少或尽量避免各工序环节因生产延误、设备故障、安全事故等干扰因素对全流程正常生产节奏和平稳运行的影响。图11给出现代炼钢生产流程中最主要的界面技术,其中包括外部界面(又称流程界面)和内部运行界面。如果以炼钢-连铸作为一个整体的生产工序,其外部界面主要是“高炉-转炉界面”和“连铸-热轧界面”;内部运行界面是“炼钢-连铸界面”。界面技术是保证全流程动态-有序、连续-紧凑和高效-稳定生产的关键技术。在炼铁-炼钢界面应重点研究高炉-转炉之间各种物质流、能量流动态-有序运行的界面技术。提倡采用以铁水包多功能化为特点的“一包到底”先进工艺,优化铁水运输环节,避免重复倒运和不必要的转兑,缩短转运周期,减少铁水温降,提高铁水预处理的效率。在连铸-热轧工艺界面重点开发高效铸机高拉速条件下高温无缺陷坯生产技术、热送与热装工艺,提高热坯输送速度,完善热送保温措施,提高铸坯入炉温度。同时,要认真研究高温铸坯热装与直轧过程中的冶金学-材料学问题,研究不同钢种高温热装-轧制过程中轧件的相变、组织变化、微细夹杂物及第二相粒子析出规律和对成品材组织与性能的遗传特性,提出不同钢种的最佳热送工艺。探索以“一钢多级”为目标,研究与不同级别钢材性能相适应的控轧-控冷工艺和炼钢-二次精炼-连铸技术,实现炼钢-轧钢工艺过程的系统耦合。二次精炼是炼钢-连铸工艺区段内最重要的工序界面,具有保证炼钢与连铸两大生产单元的能力匹配与物流衔接,发挥时间节奏缓冲和钢水温度、成分调节等重要作用。是实现动态-有序、连续-紧凑运行的重要工序。今后,随着铁水“三脱”和转炉高速吹炼与高效连铸技术的发展,炼钢与连铸的生产节奏加快,生产周期缩短,二次精炼工序将成为炼钢-连铸生产过程中的“时间瓶颈”。因此,研究开发快速精炼技术特别是RH快速精炼技术,大幅度缩短精炼时间是十分必要的。同时,对炼钢厂内物流输送路线,特别是RH等精炼装置在平面图中的合理位置也必须给予高度重视和科学安排。这些都对今后实现炼钢-连铸生产节奏匹配、提高钢水质量和实现连铸机恒温、恒拉速的稳定化生产工艺具有重要意义。对加速钢水周转和提高车间调度的有效性和生产能力的充分发挥具有重要作用。2.4.2主要共性技术从流程优化的角度考虑,炼钢-连铸区段内的主要共性技术是:炉机匹配技术、钢水二次精炼的优化匹配技术、连铸高效化技术、精料技术、节能减排和环保技术、过程信息化控制技术。(1)选择合适的转炉和工艺参数新一代炼钢工艺流程应在采用先进成熟的工艺与装备技术的基础上,结合若干新开发的工艺技术和匹配技术,通过界面技术的匹配、协调,形成优化组合的生产流程。新流程中转炉的容量并非越大越好,而应该依据产品大纲的定位和合理布局的工厂结构,追求最佳的经济效益、环境效益和社会效益。炼钢炉的合理容量不仅要和连铸机相匹配,而且还应适应轧机及其生产产品的需求,保证轧机的生产高效化。对于两套传统热带连轧机协同生产,其钢材的年生产规模应在800万t以上,适宜采用3座280～300t大型转炉。同样规模的企业若采用铁水全“三脱”和转炉高速吹炼新工艺,由于炼钢节奏加快、冶炼周期缩短,应采用230～250t的脱碳转炉和相应的脱硅、脱磷预处理转炉。对于中板年生产规模在180万t左右的钢厂,一般应选择两座150～180t转炉。对于年生产规模在140～180万t以上的长型材钢厂一般可配置两座50～80t的转炉或两座80～100t的电炉;对于薄板坯连铸连轧生产线为充分发挥连轧机的生产能力,选择两座120～150t转炉或1座230～250t也可以选择两台150～180t电炉与两流薄板坯铸机匹配是合理的。合理选择炼钢炉的炉容,稳定和规范操作程序,提高设备自动化和智能化的运行水平是实现生产高效、稳定的基础条件。(2)严格控制vdbbaa目前国内绝大多数钢铁厂均已配备了钢水二次精炼设施,过去配置炉外精炼装置往往单纯从精炼装备的冶金功能出发进行选择,而新一代钢铁流程要求根据产品和生产流程动态-有序的特点合理选择精炼装置。对于一般以生产普碳钢、低合金钢长材为主的钢厂,二次精炼装置应选择成本低、效率高的炉后吹氩/喂丝装置或CAS。对于以中、厚板材为主要产品的钢厂,应采用LF;如需生产部分高端产品,要求脱氢、深脱氧和控制夹杂物,可同时匹配VD。对于以生产冷轧薄板为主体的炼钢厂,由于要大量生产低碳或超低碳钢材,一般应选择RH真空精炼设备,并合理配备CAS普通精炼设施。对于电炉厂一般应以LF炉作为主要精炼设施,但为了保证高品质钢材生产的需求,可配置VD或RH真空精炼设施。(3)铸机断面的优化和确定目前连铸高效化技术的主要目标是:根据不同钢种的特点合理提高拉速、确定典型拉速并稳定拉速,实现恒拉速,保证铸坯的内部和表面质量,促进连铸高效化。要根据轧机配置的要求选择优化和固定的连铸坯断面尺寸,确定合理的拉速和连浇周期,相应确定精炼炉、炼钢炉的运行节奏和生产能力。进一步优化炼钢-连铸的平面布置,保证物