我国高炉炼铁和炼钢工艺现状和发展2文档格式.docx
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我国于1975后从瑞典引进两台ASEA-SKF型钢包精炼炉，1979开始设计我国第一台40tLF/V型钢包精炼炉，接着各钢厂纷纷采用该技术，但是大容量的钢包炉仍然不断从国外引进。
在1996年浦钢公司投产了二台三相三臂式100tLF/VD钢包精炼炉，说明我国已具备了设计制造大型钢包精炼炉的能力，一年后五钢公司建成了一台三相电极吊挂式LF/VD炉，它是没有横臂的新型的导电结构方式的炉子。
1999年武钢公司一炼厂建成了一台三相单臂式100tLF/VD炉。
我国的钢包精炼炉包含在建的至今已拥有大小近100台左右。
但是，由于直流钢包炉供电系统要配有直流电源的整流装置，在维护、使用上增加难度。
选用的厂家不多，而交流钢包炉投资省，使用维护方便，有的钢厂可利用停产的小电炉变压器，因此选用厂家较多。
从LF炉的结构形式可分三种，即上述提到的三种100tLF/VD炉都是我国近年来自行设计的代表炉形。
二、我国三种LF炉短网结构的特点
应该说明我国100tLF炉采用的三种短网形式没有改变钢包炉三相供电的基本特性，仅在传输电能的方式上采用了不同形式。
1、三相三臂导电方法是三相电弧炉传统采用的结构，因此在钢包炉上被选用的最多，只是导电横臂产生后代替了原来的铜管导电，使导电截面增加，阻抗减小，提高系统的有功功率。
2、三相电缆吊挂与电极夹头直接相连，电极夹头装置上端同升降杆连接。
这种结构形式是由瑞典ELKEM-SCANLANCE公司1985年为波兰HULA-CZESTOCHWA公司提供的90-100tLF炉炉形。
这种形式的特点是二次侧导电线路短，阻抗小，有效功率高，同时夹头装置呈“品”字型，电极极心圆极小，对减少钢包耐材侵蚀有利。
3、三相单臂结构形式于1989年首先由德国巴登公司80tLF炉上使用，它采用根加强型横臂，头部呈“Y”型，装有三只夹头装置，导电钢管布置在横臂的上部和两侧。
电极升降系统由三套可并为一套，操作控制简化，并也可获得较小的电极极心圆，操作维护方便，投资省。
但这种结构对二次侧的短网设计要求高，三相阻抗的不平衡在静态计算上需要精确，控制时选择的电流参数要恰当，三相电极需要在熔炼2-3炉后必须整平头部。
从基本分析看，三种结构形式在100t容量都用得很好，但是三相电缆吊挂式和三相单臂式最大优点是适用于中小型钢包炉，可充分利用极心圆小的优点，但前者更适合于熔炼对碳含量控制要求高的优质钢，这是仅供选用参考的见解。
三、我国钢包炉装备技术的发展趋势
我国的钢包精炼技术近三年随着平炉改转炉或电弧炉工程的需要已有迅速的增长，更主要的原因则是随着我国钢液连铸比的迅速提高，加速了钢包精炼技术的发展，但是到1998年的全国粗钢精炼比仍只有20%左右，与连铸比的差距很大。
因此，今后大力发展炉外精炼技术是必然的趋势。
令人可喜的是是很多大钢厂对炉外精炼技术的工艺操作都已掌握相当知识，也看中国的设计水平逐步与进口技术接近，并且造价低。
但就LF炉钢包炉来说，结合国目前技术水准，其工艺装备技术还需要在如下方面予以关注和完善：
1、采用计算机控制，提供钢液加热温度趋势图，可选择的功率曲线图和功率自控模型。
具备三相同步起弧功能。
2、采用计算机控制三相电弧电压、电流的动态调节，使三相功率的不平衡控制在较小围。
3、提示补加合金元素数量及其预计的收得率。
4、对渣料的选用和补加提供工艺指导，根据钢种要求予示脱硫效率和[S]含量、[O]含量的低限控制的示方法。
5、对吹氩搅拌有多种搅拌模式的选择菜单。
6、在炉盖上配备具有计量功能的多流喂丝装置。
7、在加料孔上配备自动加合金和渣料，以及配有连续加入发泡剂的功能。
8、所有辅助系统、传动系统有完整的安全保护、紧急报警和故障自检功能。
重要的压力、流量、温度在屏幕有动态显示。
9、每炉有完整的操作记录和单耗记录以及钢液化学成分、温度和渣样分析的数据。
10、当然对于生产节奏比较稳定，钢种比较少的钢厂也可开发人工智能型模糊控制方法，采用更为先进自控技术。
3我国转炉炼钢的现状和发展
2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。
50～300t转炉由2001年的75座增至2003年的134座,工艺技术进一步优化。
我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速,其中包括低合金、耐候钢、TRIP（相变诱发塑性）钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。
今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造,进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗,改善环境。
1952年氧气顶吹转炉在奥地利林茨·
道纳维茨（Linz,Donawitz）钢厂诞生,简称LD,其后陆续在一些国家获得广泛采用。
1964年我国第1家氧气顶吹转炉炼钢厂在首钢建成投产,与此同时我国太钢从奥钢联引进了2台50t氧气顶吹转炉,使我国的氧气顶吹转炉炼钢进入了发展的初始阶。
20世纪60年代中期,我国设计、科研、制造、生产人员共同协作,开展了大型氧气顶吹转炉炼钢厂的设计,1971年容量120t的大型转炉炼钢厂于1971年在钢铁公司顺利建成投产。
1978年我国宝钢首次从国外引进了300t大型转炉成套设备,1985年建成投产。
通过对宝钢引进大型转炉炼钢技术的学习、消化,于20世纪90年代中、后期,又在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t、210t、250t大型氧气顶底复吹转炉,从此,我国转炉炼钢进入了高速发展期。
1996年我国钢产量首次突破1亿t,转炉钢产量已达6947.5万t;
占全国总钢产量的68.6%。
1999年我国转炉钢产量突破1亿t;
达到10247.2万t;
占全国钢产量比重上升到82.7%。
近年来,转炉钢产量持续处于高速增长态势,2002年我国转炉钢产量高达15330万t,仅时隔3年转炉钢产量增长近50%。
1994年我国1384万t平炉钢产能至2002年已全部被转炉钢所取代。
据统计,2003年我国转炉钢产量已近1.9亿t,约占世界转炉钢产量的25%以上。
一、我国转炉炼钢发展现状
1、转炉钢产量
作为转炉炼钢主要炉料的生铁逐年增长,为转炉炼钢钢产量的大幅度增长提供了良好而充裕的原料条件,与世界各主要产钢国家相比,我国铁钢比较高,近年来我国生铁产量及铁钢比如表1所示。
由于我国废钢资源短缺（仅2001年进口废钢量已达978.693万t）,电力缺乏,电价偏高,致使电炉钢产量的增长受到一定程度的制约;
平炉被淘汰,生铁资源的充裕,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。
2001年和2003年各种容量转炉的座数变化如表2所示。
各种炼钢法的钢产量及所占比例见表3。
表1 我国生铁产量及铁钢比
项目
年度
2000
2001
2002
2003
生铁产量/万t
13103.42
15554.25
16908
20231.19
钢产量/万t
12850
15103
18225
22234
铁/钢比
1.02
1.028
0.928
0.91
表2 我国不同容量转炉的座数变化/座
转炉容量/t
2003年
210～300
11
100～180
24
32
50～90
40
91
30～40
44
20
50
<
47
合计
216
275
表3 近10年我国各种炼钢法的钢产量及占总钢产量比例的变化
钢总产量/万t
平炉
转炉
电弧炉
其它
产量/
万t
%
产量/万t
1994
9261
1384
15
5889.9
63.6
1966.1
21.2
10.4
0.1
1995
9536
1308
13.9
6358
66.71
811
19
58.6
0.6
1996
10124
1261
12.5
6947.5
68.6
1893.2
18.7
22
0.2
1997
10891
969.6
8.9
7984.1
73.3
1912.1
17.6
15.2
1998
11459
543.7
4.7
9097.8
79.2
1814.3
15.8
22.6
1999
12856
108.1
1.5
10247.2
82.7
1947.7
15.7
14.4
0.8
10584.3
82.4
2020.0
15.9
137.6
1.1
83.3
0.5
12601.5
83.1
2400.5
77.2
15330
84.1
2820
15.5
75
0.4
22010
18768
85.2
3220
14.7
2、大中型重点钢铁企业转炉钢产量占主导地位
近年来,由于新建了一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造,使转炉炼钢厂生产规模均有所扩大,因此大、中型转炉钢产量大幅度提高。
我国重点大、中型钢铁企业转炉钢产量分布情况的统计表明,全国年产量200万t以上的大中型钢铁企业的产钢量已占全国钢总产量的824%。
大型钢铁（集团）企业（>
500万t/ａ）数量增多,为发展转炉炼钢提供了有利条件。
全国年产超过500万t钢铁企业数，由2001年的4家增至2003年的13家,钢产量由2001年4326万t增至2003年9789万t。
3、转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种的增长
（1）高附加值钢种产量
我国汽车、造船、集装箱、石化、电工等行业对优质钢需求旺盛,因此需要炼钢供应优质钢水浇铸成优质合格铸坯以满足轧材品种的需要。
近年来我国转炉开发并成批量冶炼了IF钢,高强度级别的管线钢,有些超低磷钢种要求[P]≤50×
10-6船用钢,压力容器用钢、集装箱用钢等高附加值钢种,钢的质量亦不断提高。
一些主要高附加值产品在2002年产量增加的基础上,2003年又有大幅度增长,如2003年低合金中厚板增幅62%,压力容器板达65%。
（2）低合金、微合金化高强度钢
以汽车板用钢为代表的超深冲IF钢,经开发已在全国各大型钢铁企业批量生产。
在超低碳钢中加入适量Ti、Nb或Ti和Nb同时加入,以消除钢中的间隙C、N原子,这类钢称为无间隙原子钢（interstitalfreesteel）即IF钢。
目前我国生产的IF钢有TiIF钢和（Ti+Nb）IF钢。
在TiIF钢中,Ti和S,N优先结合Ti（N,S）化合物,然后再与C结合形成TiC,在（TiNb）IF钢中,N和S由Ti固定,而C由Nb固定生成NbC。
IF钢经合理热轧、冷轧及退火等工艺加工后,对深冲性能有利的再结晶得到充分发展,因此IF钢具有高的r值（塑性应变比）,高的n值（应变硬化指数）和大的延伸率无时效等特性,目前我国宝钢生产的IF钢的成分已能控制在[C]≤0.002%、[N]≤0.002%、[S]≤0001%、T[O]≤0.002%的水平。
本钢生产的IF钢的成分控制在[C]≤0.003%、[N]≤0.004%、[S]≤0.005%的水平。
我国武钢、鞍钢也已批量生产IF钢。
（3）管线钢
油气输送管线钢应具有高的强度、良好的韧性及焊接性和抗氢、抗硫化氢致裂纹的性能。
转炉冶炼通过前工序铁水脱硫,后工序通过精炼,已能把成分控制在[C]≤0.002%、[P]≤0.01%、T[O]≤0.0025%、[N]≤0.0035%、[H]≤0.0002%的水平,对抗氢致裂纹的管线钢（HIC）,[S]应控制在≤0.001%的水平。
目前我国宝钢、武钢已具有生产X80管线钢的水平。
我国几家主要钢铁企业生产的X70管线钢化学成分如表4所示。
表4Ｘ70管线钢典型化学成分/%
生产厂
C
Si
Mn
P
S
Nb
V
Ti
Mb
宝钢
0.045
0.23
1.46
0.011
0.0006
0.052
0.048
0.021
0.019
武钢
0.06
0.17
1.43
0.002
0.04
0.040
0.010
鞍钢
0.08
0.22
1.55
0.012
0.036
0.16
（4）耐候钢
集装箱用钢90%为耐候钢,我国宝钢已于1999年生产集装箱板85万t,市场占有率达85%。
近年来我国一些大型钢铁企业耐候钢的生产大幅度增长。
耐候钢对耐腐蚀性能有严格要求,因此应加入适量的合金元素,如宝钢耐候钢的基本成分（%）控制在0.09C、0.3Si、0.4Mn、0.008P、0.005S、0.6Cr、0.3Cu、0.25Ni的水平,近年来我国耐候钢的产量已达200万t左右。
（5）双相钢
近年来我国宝钢生产的B540FH和武钢生产的RS55双相钢已批量提供一些汽车制造厂使用,具有高的强度和高的延伸率,RS55钢的抗拉强度超过了600MPa,B540EH钢的抗拉强度在570MPa左右,并具有良好的冷成型性。
双相钢冶炼要求高,化学成分控制严格（除主要成分外要适量添加Nb、Cr合金元素）,为转炉操作带来一定的难度,如B540FH钢和RS55钢。
（6）TRIP钢
TRIP（TransformationInducedPlasticity）钢是含有残余奥氏体的低碳、低合金高强度钢,主要化学元素为CSiMn元素,强度级别为500～700MPa,强度和塑性配合非常良好,用于生产汽车零部件。
宝钢生产的TRP钢主要有热轧QSTE系列汽车结构用钢;
如汽车大梁用钢和汽车传动轴用钢。
鞍钢开发的汽车用08AlP、15Ti、09MnVTiN和06NbTi等低合金或微合金化TRP钢已广泛用于汽车大梁、横梁、车轮轮辐等,使冲压合格率保持在98%以上,零件减重率达5%～15%,从而使汽车车体重量减轻,该钢种具有良好的经济效益。
（7）特殊钢
近年来我国特殊钢产量占全国钢总产量的8%～10%,2003年我国特殊钢产量达2000万t,占全国钢总产量的84%。
而日本2003年特殊钢总产量为2255.58万t,占全国钢总产量的20.32%,特殊钢增长率为7.2%（与2002年比）,近年来日本特殊钢约有60%是转炉钢厂生产的。
与日本相比,我国特殊钢产量尚有很大差距,我国特殊钢生产今后除依靠30家特钢企业外,转炉适度增产特殊钢也势在必行。
汽车、机械、电力行业是特殊钢需求的大户,强劲的市场需求也将是特殊钢增产的重要因素。
我国技术装备水平较高的转炉钢厂已有生产特殊钢的经验。
多年来宝钢300t转炉一直生产Φ140mm无缝连轧管机的芯棒用钢（38CrMoV）,其生产工艺为铁水脱硫、转炉冶炼、二次精炼、浇铸钢锭、1150mm初轧机开坯、750mm轧机轧成芯棒。
本钢120t转炉采用铁水脱硫,转炉采取高拉碳吹炼C≥04%,经LF二次精炼,浇铸成3ｔ钢锭后经轧制生产出GCr15轴承钢,成品经高倍检验A、B夹杂物为1级,C、O夹杂物为0级,[O]≤10×
10-6,钢材质量达到YJZ84标准要求。
梅山钢铁公司利用150ｔ顶底复吹转炉试炼了3炉低合金耐热钢15CrMo,该钢种具有较好的高温性能,主要用于制造工作温度高于450℃压力容器,同时还具有很好的抗氧化性能、抗硫化氢腐蚀和氢腐蚀性能。
浇成连铸板坯合格率为100%,轧成板卷表面性能良好,为梅山钢铁公司生产高附加值产品提供了宝贵经验。
4、转炉生产工艺进一步优化
为了提高钢质量和扩大冶炼钢种,原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置及二次精炼装置。
近年来新建的转炉炼钢厂普遍配置了全量铁水脱硫装置,并根据冶炼钢种要求配置了炉外精炼装置,一般多选用LF精炼,有些转炉钢厂还设置了VD或RH精炼装置,从而为生产高附加值钢种提供了有利条件。
近年来转炉二次精炼比已大幅度提高,如2000年我国转炉炼钢精炼比为26.56%,到2003年转炉炼钢精炼比进一步提高。
5、转炉自动化水平不断提高
大、中型转炉炼钢厂一般均采用了基础自动化和过程计算机控制系统,有些大中型转炉钢厂还设置了管理计算机系统。
另外在一些有条件的大型转炉炼钢厂增设了副枪装置或炉气自动分析仪,藉副枪或炉气分析仪为检测手段,实现了计算机动态模型控制,从而提高了转炉终点命中率,改善了转炉作业指标。
6、转炉消耗指标逐步降低
（1）钢铁料
我国高炉生产能力的大幅度增长,为转炉炼钢提供了充裕的铁水,故转炉炼钢炉料铁水比高,为转炉冶炼纯净钢和提高钢的质量提供了良好条件。
由于我国废钢资源短缺,转炉炼钢炉料中废钢比较低,近年来我国转炉钢铁料消耗如表5所示。
表5 转炉钢铁料消耗
钢铁料/kg·
t-1钢
1094
1093
1091
其中废钢/kg·
98
112
105
92
废钢比/%
8.96
10.25
9.62
8.43
（2）工序能耗
由于转炉生产操作技术水平不断提高,以及各转炉钢厂对转炉煤气和转炉烟道汽化冷却蒸汽的回收,使转炉工序能耗有所降低,有些大型转炉钢厂达到负能炼钢水平,如宝钢一、二炼钢厂、武钢三炼钢。
近年来,我国转炉工序能耗亦有显著降低。
（3）转炉炉龄
溅渣护炉技术的普遍推广,炉衬材质的进一步改善,对炉体维护的加强以及转炉操作水平的不断改进,从而使转炉炉龄大幅度提高,耐火材料消耗降低。
武钢二炼钢复吹转炉取得了新的成果,2002年创造了炉龄29942炉的纪录;
小型转炉如莱芜钢厂（容量为25t）的2号转炉创造了37271炉的纪录,钢厂（容量为20t）的1号转炉创造了33542炉的新纪录。
近年来我国重点大、中型钢铁企业转炉平均炉龄由2000年的2641炉增至2003年的4674炉。
由于转炉炉龄大幅度提高,也使转炉吹炼模式发生了变化,原设有2座转炉的车间可由过去的2吹1进行2吹2作业;
原设有3座转炉的车间过去为3吹2,现可改为3吹3作业模式,从而使转炉生产能力大为提高。
二、我国转炉炼钢的未来发展
1、转炉炼钢未来发展的条件和机遇
（1）市场的强劲需求
随着我国国民经济的持续稳定发展,对钢材市场的需求必将保持强劲的势头。
其理由为:
我国固定资产投资尽管会有调整,但投资水平仍保持不断适量增长,特别是一些国家重点工程项目的建设,如南水北调、西气东输、青藏铁路、三峡工程、奥运工程、能源战略,以及国家实施的西部大开发和振兴东北老工业基地等都将进一步促进对钢材的大量需求;
随着人民生活的不断改善和提高,我国的城市化建设以及人们对住房、汽车、耐用消费品等社会消费的需求不断增长。
转炉炼钢处于炼铁、轧钢的中间环节,前工序受高炉铁水供应的制约;
后工序要满足轧钢对品种质量的要求。
由于我国高炉生产能力的逐年增长,现有轧机生产能力已大于炼钢生产能力,废钢资源的短缺,电力的紧缺和电价的昂贵,从而限制了电弧炉炼钢的发展。
综上所述,今后转炉炼钢仍将呈发展态势,其钢产量也将视市场需求与炼铁、轧钢同步适度增长。
（2）高附加值钢种大幅度增长
一些高附加值钢种多为低合金高强度或微合金高强度钢种,特别是V、Nb、Ti微合金化钢种将受到关注。
今后我国汽车、造船、集装箱、机械制造、油、气输送管线、电工等用钢仍将大幅度增长,大型转炉炼钢厂将依靠自身的装备优势（配置热连轧或宽厚板轧机）,结合日新月异的冶炼工艺技术进步,努力增产这类高附加值钢种,满足市场需求。
2、转炉炼钢的发展与钢产量的增长方式
由于市场对钢材的需求旺盛,炼钢提供轧钢的坯料供不应求,高炉生铁产量的逐年增长,因此给转炉炼钢技术的发展和转炉钢产量的提高提供了良好机遇和条件。
今后转炉钢产量的增长一是随着产业的发展而新建转炉炼钢生产规模的扩大;
二是通过对原有转炉钢厂的技术改造挖潜。
近年来一些中小型转炉钢厂通过技术改造挖潜已取得了明显的成效,例如水钢小转炉钢厂将原有3座20t转炉逐个扩容至30t,车间钢产量已达到175万t（2002年）。
又如转炉钢厂将原有3座20ｔ转炉改造为30t,并增加了第4座转炉,车间钢产量提高至205万t（2003年）。
此外,在大型钢铁企业中,经适当增加转炉吹炼炉座数可获得增产,如宝钢二炼钢厂原设计为2座250t转炉,设计年生产钢水300万t,浇铸成
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