钢铁科技发展指南与当前科技创新-PowerPointP

钢铁科技发展指南与当前科技创新

中国金属学会

苏天森2008年11月19日厦门1​一.认清形势，增强信心，坚持创新二.2006年~2020年中国钢铁工业科技发展指南有关炼钢的内容三.当前炼钢科技创新重点2​一.认清形势，增强信心，坚持创新

受世界金融危机的影响，我国经济增速已经放缓。钢铁及与石灰生产相关的行业在三季度末都放缓了增长，在这样的形势下，我们必须增强忧患意识，积极应对挑战。

3​1钢铁生产形势走向今年初虽然原、燃料涨价，但全国城镇固定资产投资比去年同期增长27.3%，社会消费品增长21.7%出口增长22.7%，钢铁不仅大幅度增产，而且钢材价格上涨，上半年，粗钢日均产量平均达到146万吨。1-7月份全国生产粗钢30829万吨，比去年同期增长9.6%，而表观消费量（产量——出口+进口）增长14.96%。国民经济需求的拉动作用依然十分明显。4​但八月中旬开始，特别九月份国内市场钢材价格出现了数周持续较大幅度的下滑，钢厂库存增加。进入十月份后，部分钢厂出现亏损、停产、减产。汽车、造船、机械制造、建筑，尤其是住房建设等行业也程度不同地放缓了增速。经济形势究竟怎样走向，已成为大家一致关心的问题。5​2认清形势，坚定信心在当前形势下，盲目乐观和悲观都是不可取的。2.1要从内部分析原因，加强应对从钢铁生产看，目前形势行业自身是有责任的。年初祈求高额利润和对形势过于乐观。近期又急于大幅度降价，企图保本减产，却影响了市场信心。下决心加大科技创新力度，淘汰落后产能和装备的力度，挖潜降成本。注意控制产量并理性对待产品价格调整，增强市场信心，拉动需求。依靠国家宏观调控面向内需为主的思路上来。6​2.2国内经济形势依然良好，坚定信心十分重要国际金融危机对我国的影响远小于对发达国家的影响，我们没有任何惊慌失措的理由。十七届三中全会的公报指出“我国经济总体形势是好的，经济保持较快的增长，金融业稳健运行，我国经济发展的态势没有改变。……要更加自觉、更加坚定地推动科学发展，坚定信心、冷静观察、多管齐下、有效应对，……着力扩大国内需求，特别是消费需求”。温总理在广西视察时明确指出，中国经济发展的潜力十分巨大。

7​十七届三中全会公报中明确规定了到2020年农村人均纯收入比2008年翻一番的宏伟目标。国家已相继出台了一系列金融、财政、刺激房市等旨在保证经济平稳较快发展，控制物价超快上涨的政策，而且实际上国民经济总体上保持GDP年均增长水平10%人左右（2008年上半年为10.5%，1-3季度为9.9%，明年预计9%）。8​十一月十一日国务院常务会议决定拉动经济的四项实施措施9000亿元破解低收入者住房难（经济适用房、廉租房、棚户区改造）据传铁路建设将投入一万亿元人民币现在最重要的事是把自己的事做好。核准审批固定资产投资项目西气东输二期930亿元，水利174亿元，核电955亿元3770项产品出口退税调高，取消部分钢材，化工品和粮食出口关税灾区重建资金方案3000亿元加强支持林业生态恢复重建9​二.2006年～2020年中国钢铁工业科学与技术与发展指南

第4部分工艺技术炼钢和钢铁能源部分内容10​4.2.2.1转炉炼钢技术发展目标——总体目标总体上适应国内外转炉技术装备优化的发展要求，实现转炉大型化（改造与建设≥100吨转炉、加快淘汰＜30t的小转炉）冶炼高效化（强供氧、短的冶炼时间）、标准化（生产操作、原料供应等管理规范和标准化）自动化（提高计算机冶炼、尤其是冶炼终点的控制水平、如实现副枪和炉气分析相结合的动态控制全自动炼钢、实现转炉智能型调度生产管理等）绿色化（如转炉煤气、蒸汽全部综合利用，实现转炉工序能耗为负值；转炉留渣操作；转炉渣和转炉除尘灰、泥的综合利用；实现“零排放”、无公害化生产）。4.2.2炼钢技术发展目标11​——分阶段目标2006年～2010年≥100t转炉实现计算机终点动态控制平均供氧强度4～4.5m3/t.min平均吨钢石灰综合消耗量45～55kg/t，平均转炉炉龄≥10000炉50%的转炉≥100t的钢厂实现转炉工序能耗为负值平均冶炼周期30～34min12​2011年～2020年各钢厂基本上实现转炉计算机动态控制，全自动炼钢（终点控制合格率达到99%以上）平均供氧强度≥5.0m3/t.min平均吨钢石灰综合消耗量≤35kg/t平均冶炼周期<30min平均转炉炉龄≥13000炉90%以上的转炉≥100t的钢厂实现转炉工序能耗为负值13​4.2.2.2电弧炉炼钢技术的发展目标——总体目标高度重视炼钢原料技术的研究，实现冶炼高效化以及自动化和标准化；平均吨钢电耗低于380kwh/t，冶炼周期≤50min，氧气消耗30～35m3/t；平均炉龄≥1000炉——分阶段目标2006年～2010年平均吨钢电耗＜420kwh/t，冶炼周期≤60min，氧气消耗25～30m3/t50吨以上电弧炉实现计算机操作炉龄≥800炉14​2011年～2020年平均吨钢电耗低于380kwh/t，冶炼周期≤50min，氧气消耗30～35m3/t平均炉龄≥1000炉实现智能化电炉生产

[注]上述目标是如下炉料结构的可比值：全部冷固体料，冷生铁配比15％，其余为冷废钢和直接还原铁15​4.2.2.3炉外精炼及铁水预处理技术发展——总体目标基本实现全量铁水预处理钢水基本经过精炼，真空精炼比达到60％以上可稳定生产各类纯净钢16​——分阶段目标2006年～2010年铁水预处理比和钢水精炼比均≥60％真空精炼比达到30％高效、低成本洁净钢生产技术达到国际先进水平2011年～2020年全量铁水预处理，30％铁水“三脱”处理后的铁水硫含量≤0.002％，磷含量达到≤0.010％钢水基本都经过炉外精炼处理，钢水真空处理的比例≥60%稳定生产各类纯净钢。17​4.2.2.4连铸技术发展目标——总体目标全面提高现存铸机的水平，全部实现高效化（优质、高速、高作业率、高连浇率）加快特钢连铸技术的推进，连铸比≥70％，促进我国连铸比≥98％，进入世界领先行列薄板坯连铸连轧的装备和工艺、品种生产技术国产化并保持走在世界前列加强自主开发新型连铸设备与半凝固加工、电磁连铸等前沿工艺技术的开发力度，进入国际先进行列18​——分阶段目标2006年～2010年高效连铸机数量比例＞60％，条形材高速连铸直接轧制试验有重大进展薄板坯连铸生产效率、品种、质量全面进入世界领先行列，年产300万吨薄板坯连铸设备国产化薄带坯连铸技术开发有突破性进展特钢连铸比≥70％基本解决稳定生产优质铸坯的工艺技术“瓶颈”2011年～2020年薄带坯连铸直轧技术产业化连铸复合钢材生产产业化连铸生产实现智能化19​4.2.6钢铁能源技术发展目标——总体目标2020年全国钢铁企业综合能耗≤700kgce/t，新水消耗≤6m3/t大于200m2烧结机基本实现余热回收利用炭化室高4.3Ｍ以上焦炉干法熄焦装置（CDQ）比例达60％1000m3以上容积高炉均有煤气压差发电设施（TRT），高炉煤气全部综合利用100ｔ以上转炉工序能耗为负值，煤气蒸汽回收后全部有效利用大中型钢铁企业全部建立能源计算机管理中心或能源环保综合计算机管理中心钢铁生产大规模利用可再生清洁能源技术产业化可循环钢铁流程工艺与装备在全行业得到广泛推广20​——分阶段目标2006年～2010年全国重点钢铁企业综合能耗≤730kgce/t，耗新水≤8m3/t烧结球团余热利用有重大突破，开始推广炭化室高4.3m以上焦炉干法熄焦装置比例达40％以上1000m3以上高炉煤气压差发电设施（TRT）普及率达80％以上，高炉煤气加热、发电等综合利用率≥95％100t以上转炉50％以上实现转炉工序能耗为负值，回收蒸汽，煤气放散率≤10％兑入一定比例铁水的电炉、铁合金矿热炉的汽化冷却、煤气回收利用技术有突破50％以上大中型钢铁企业建立能源管理中心或能源环保综合管理中心可循环钢铁流程工艺与装备示范工程建成投产可再生和清洁能源在钢铁生产应用的技术有重大突破21​2011年～2020年2020年全国重点钢铁企业综合能耗≤700kgce/t，耗新水≤6m3/t大于200m2烧结机基本上实现余热回收利用炭化室高4.3M以上焦炉干法熄焦装置（CDQ）比例达60％1000m3以上容积的高炉全部进行煤气压差发电（TRT），高炉煤气全部得到综合利用。100t以上转炉实现转炉工序能耗为负值电炉、铁合金炉、轧钢加热炉余热和煤气回收技术基本产业化冶金低温余热利用技术产业化能源计算机管理中心或能源环保计算机综合管理中心在大中型钢铁企业普及可循环钢铁流程工艺与装备在全行业得到推广钢铁生产大规模利用可再生清洁能源，优化钢铁生产能源结构的技术产业化22​4.3.2炼钢关键技术4.3.2.1转炉炼钢关键技术2006年～2010年转炉炼钢少渣、溅渣相结合的冶炼技术主要是铁水三脱，脱磷转炉操作后，脱碳转炉渣量将减少到50kg/t以下时，仍进行溅渣护炉的技术。包括新条件下炉渣改质技术、喷枪结构优化技术、与喷补结合技术、全留渣技术等。转炉炼钢高强度供氧和长寿复吹技术供氧强度≥5/min·t,供氧时间≤10min的系统工艺、装备技术。氧枪头结构优化与长寿是技术的关键，也要配合优化炉型。改进底吹透气元件结构和材质，优化工艺，100%复吹，高炉令技术。23​转炉炼钢冶炼洁净钢和特钢技术在优化炉料质量基础上，实现过程、终点和精炼精确控制的转炉——精炼结合冶炼各类中高合金钢的高效优质生产技术，其中转炉不锈钢冶炼系统技术为开发重点转炉内熔融还原合金化冶炼技术脱磷炉加铁矿，脱碳炉加铬矿、锰矿等矿物直接还原、合金化，低成本冶炼技术。转炉炼钢环保节能技术1）转炉煤气、蒸气回收技术实现煤气回收≥100m3/t,蒸汽回收≥80kg/t，蒸汽完全满足炼钢厂各种需求（包括RH、VD的蒸汽）有余，供应其他厂。2）转炉干法除尘技术自主开发高效、易控、低成本的干法除尘技术。3）转炉低排放控制技术主要是水零排放、烟气全除尘（消灭无组织排放）、炉渣、烟尘与尘泥基本上全利用等系统技术。转炉长寿复吹技术、转炉冶炼特钢技术、转炉干法除尘技术是该阶段主导技术。24​2011年～2020年“零排放”清洁转炉炼钢生产技术在低排放控制技术上，进一步做到气、水、固废完全无排放，固废中可利用元素回收利用等系统技术。经济高效的厂房房顶三级除尘装备与技术是研发的要点。转炉炼钢连续炼钢技术连续兑铁加料、连续出钢、控制合金化，生产各类合格钢水的高效化生产技术。25​4.3.2.2电弧炉炼钢关键技术2006年～2010年电弧炉炼钢合理炉料结构和废钢处理技术低成本、强化冶炼的最佳炉料配比结构与工艺技术。废钢分捡、加工（包括粉碎性加工、剪切、打梱）、贮存与配料技术。电弧炉炼钢强化氧燃辅助能源应用和余热利用技术除废钢全量预热外，主要是电炉汽化冷却与蒸汽供真空精炼使用的系统装备与技术各类氧燃烧咀、氧枪结构优化提高供应强度与利用效率的技术。集束氧枪、高效氧燃枪的研发及布置应用是重点。26​电弧炉炼钢合理供电技术1）电弧炉炼钢优化供电技术，包括优化供电模型、供电曲线和高效节电技术2）高效、电网低干扰的高阻抗电炉系统技术3）直流电弧炉炼钢技术综合引进的几类主要装备技术优点，开发自主知识产权、高稳定性供电，长寿底电极、低[N]控制技术等高效、低耗的直流电炉技术。电炉冶炼终点精确控制技术电弧炉炼钢成份、温度精确控制技术；电弧炉炼钢烟气成分分析与动态控制技术27​电弧炉高效炼钢技术高效废钢预热技术，超高功率及供电优化技术，高供氧强度、供燃强度技术。全固体料冶炼周期≤60min，30%热铁水条件下冶炼周期≤45min。2011年～2020年电弧炉炼钢“零排放”清洁生产技术1）高效一、二次除尘技术2）汽化冷却技术3）炉渣处理与回收利用技术4）水“零排放”技术电弧炉连续炼钢技术连续加料、冶炼、出钢和合金化控制装备与技术。28​4.3.2.3炉外精炼及铁水预处理关键技术2006年～2010年铁水预处理技术1）铁水脱硫工艺的优化如纯镁、镁复合喷吹预脱硫的低耗、长寿命喷枪、高效除渣技术，KR搅拌法优化脱硫等系统技术2）铁水脱磷工艺的优化铁水包脱磷低喷溅和高效率技术（包括抑喷剂开发）、转炉高效预脱磷技术等。钢水综合真空处理工艺与装备技术；29​夹杂物控制技术。如超低氧控制、喂丝夹杂物变形、LF渣精炼夹杂物脱除及性状控制等技术钢中残余元素（Cu、Sn、Pb、Sb、Bi等）去除技术；2011年～2020年炉外精炼过程提高碳溶解速度和碳替代物技术；高洁净度脱氧技术；解决钢水中氧快速传质与脱除、脱氧产物（H2O）排除，电解质探头寿命，低氧量快速精确测量等关键技术。30​4.3.2.4连铸关键技术2006年～2010年高效连铸系统装备与工艺优化技术包括方坯抛物线型结晶器，板坯连铸高均匀、高传热强度结晶器、液压正弦与非正弦振动，凝固末端动态轻压下与连续矫直，二冷动态控制，低温、高速、高均质、高等轴晶凝固等工艺和装备技术。电磁连铸技术主要有电磁约束、搅拌、制动、侧封、流动控制、电脉冲孕育形核等技术。电磁约束包括磁约束结晶器（软接触结晶器）和磁约束水口技术。电磁侧封用于薄带坯连铸。薄板坯连铸连轧优质品种生产技术集中在以热代冷薄规格板带、高强度微合金化板带、硅钢等的开发研究31​薄带连铸直轧产业化技术主要是双辊同径薄带连铸生产低碳钢、不锈钢、碳工钢、硅钢的50~100万吨/年·流生产线成套技术，也考虑反向凝固、水平凝固等其他技术的开发。型、线、管坯连铸直轧技术异形坯连铸，Φ5—10mm棒线连铸直轧，Φ内10~100nn管坯连铸直轧。复合钢材连铸技术以钢为基板复合连铸、不同钢种复合连铸等。研究内容有喷射沉积工艺技术、水平电磁法复合钢坯连铸技术（LMF）、包覆层连续铸造技术（CPC）、反向凝固连铸技术、双结晶器连铸双金属技术、充芯连铸法CFC制作复合金属的技术。≥300万吨/年薄板坯连铸连轧成套装备技术包括全部设备、工艺的自主设计、开发、优化32​2011年～2020年半凝固加工产业化技术半凝固态的制备、保持、输送、成型、加工的系统技术。熔融还原－连续炼钢－高效连铸直轧全连续新型流程系统技术33​4.3.6冶金能源关键技术2006年～2010年冶金矿山采矿与选矿节能技术冶金生产余压余热回收利用技术（如TRT，CDQ，转炉煤气、蒸汽回收利用，电炉、加热炉汽化冷却与蒸汽回收利用，连铸坯热送、热装等技术）蓄热式燃烧技术动力设备模糊控制与交－交、交－直－交变频调速技术企业能源与能源环保计算机综合管理中心技术全流程组合优化综合节能技术34​2011年～2020年大中型企业能源生产与使用智能化管理技术冶金生产低温余热回收利用产业化技术冶金生产能源结构优化，大规模利用可再生清洁能源（如太阳能、风能、核能、氢能）技术低温冶金节能生产技术可循环钢铁流程工艺与装备优化节能生产技术35​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：（1）转炉溅渣护炉与长寿复吹技术（2）转炉高效吹炼工艺（3）高效连铸技术（4）连铸恒速浇注技术（5）薄板坯连铸-连轧生产工艺达到国际先进水平（6）专线化生产技术（7）转炉负能炼钢技术（8）全自动转炉炼钢与终点控制技术36​目前尚存在的主要生产技术问题：（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；37​（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。38​三.当前炼钢科技创新重点1充分发挥炼钢科技创新在新一代钢铁生产过程中的核心作用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，其基本特点是：生产高效化、产品洁净化和对环境的无害化。39​

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，实现生产过程动态-有序、连续-紧凑和高效稳定的生产。40​

21世纪社会要求的新一代炼钢-连铸流程应实现以下发展目标：

流程应具备高效化的生产特点，可以大批量、低成本、稳定地生产各类不同品质的钢材；

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生产的新流程；

新流程应具备社会大宗废弃物无害化、资源化处理的功能，实现钢铁工业的可持续发展；

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。

41​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。与此同时，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。这一新流程中，炼钢工艺的创新将起到核心作用。42​2.建设低成本、高效率的洁净钢生产平台洁净钢的全面涵义（包括：洁净钢是包含全部钢材，但有不同程度要求的总体概念，满足用户在钢材加工过程和使用过程的性能要求是基本涵义等等）不断对洁净钢生产的装备、技术创新与优化对不同装备技术认真进行经济效果分析，冶金功能、流程衔接分析和合理使用。高效、快速精炼技术43​3.转炉高效化生产技术开发功能解析优化高强度有效供氧过程终点自动控制与自动炼钢44​4.电炉生产优化高效化学能输入与电能供给智能化控制优化炉料配比及相应冶炼工艺优化终点自动控制余能回收和利用汽化冷却余热发电45​5.高效化连铸技术的深入创新和发展重点开发板坯高效化生产技术稳定的低过热度浇铸技术保持结晶器液面稳定的高速浇铸工艺与装备技术（包括结晶器结构与振动优化技术）二冷优化技术动态轻压下技术电磁连铸技术保护渣、耐材、保护浇铸等相关技术46​6.炼钢连铸节能环保技术转炉炼钢能耗为负值的系统技术。