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1、炼钢连铸技术发展和展望 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】炼钢连铸技术发展和展望1 我国炼钢-连铸技术发展和2010 年展望殷瑞钰钢铁研究总院北京10081 摘要：本文系统总结了2000 年以来国内炼钢-连铸技术的发展和主要的技术成果，分析了目前炼钢-连铸生产技术的主要问题，并对2010 年我国炼钢-连铸的技术发展方向进行了系统阐述。为了进一步提高国内炼钢-连铸的生产技术水平，必须确立21 世纪新一代钢铁厂的新理念和新目标，通过对炼钢-连铸生产过程的系统优化、解析与集成，建立起高效、低成本洁净钢生产平台。讨论了洁净钢生产平台建设面

2、临的主要技术问题、解决方法和具体措施。关键词：炼钢、连铸、炉外精炼、洁净钢、流程工程前言进入新世纪以来，我国钢铁生产持续发展，钢产量增加，许多企业的技术装备达到了国际水平，钢材品种与质量已接近或达到国际先进水平，上述事实说明我国钢铁工业的发展已经进入一个新的时代。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。为实现上述战略目标，必须认真回顾总结新世纪以来我国钢铁工业特别是炼钢-连铸生产技术发展的成就，分析存在的问题，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

3、代炼钢工艺流程做出贡献。1炼钢-连铸生产和技术的发展2000 年以来，国内炼钢-连铸生产和技术取得明显的进步，主要表现在以下几个方面： 钢产量高速增长图1 给出2000 年以来国内钢铁产量增长趋势，粗钢产量从2000 年 亿吨增长到2007 年 亿吨，平均年增长率为%。转炉是目前中国最主要的炼钢方法，转炉钢产量从2000 10 80 90 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 0 10000 20000 30000 40000 50000 比例 (%) 产量(万吨) 年份粗钢转炉钢电炉钢转炉钢比例电炉钢比例图1 2000 年以来国内粗钢产量增长与生产结

4、构的变化2 年的 亿吨增长到2007 年的 亿吨，平均年增长率为%，高于国内粗钢产量增长速度。转炉钢比例相应从2000 年的%增长到90%左右。电炉也是目前国内主要炼钢方法，随着中国钢产量迅速增长，电炉钢比例在2003 年以前缓慢增长，最高达%；2004 年以后，由于转炉钢的快速增长，电炉钢比例逐年降低，但电炉钢产量持续增长，和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 亿吨， 连铸比%；2007 年全国连铸坯产量为 亿吨，连铸比%。随着连铸比的提高，成材率也相应提高，平均达到了%，说明连铸技术的进步为我国钢铁工

5、业增产增效、节能减排做出了重要贡献。 技术经济指标不断优化国内炼钢-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 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。表1 2003 年以来国内大、中型钢铁企业炼钢-连铸技术经济平均指标变化2003 2004 2005 2006 2007 钢铁料消耗，kg/t 1085 日历作业率，% 转炉平均炉龄，炉4630 5218 5785 6823 7921 电耗，kWh/t 422 328 电极消耗，kg/t 电炉冶炼周期，min 连铸比，% 日历作业率，% 连铸连浇炉数，炉/ / 国内转炉炼钢技术进步主要体现在：

6、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。20 年来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60 65 70 75 80 85 90 95 100 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 0 10000 20000 30000 40000 50000 连铸比,成材率 /% 产量/万吨年连铸坯产量连铸比成材率图2 2000 年后连铸坯产量、连铸比、成材率的变化3 大批30 吨以下小型电炉；建设电炉-精炼-连铸-连轧现代化短流程生产线，

7、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。20 世纪90 年代，国内连铸基本以小方坯连铸为主，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（）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

8、连铸机996 台，2806 流，年生产能力达到 亿吨。应该看到新世纪以来，我国连铸呈继续快速发展的态势， 而且自主开发的能力进一步提高。随着国内炼钢-连铸技术的进步和技术经济指标的优化，获得明显经济效益： 据2007 年国内93 家大中型企业的统计，年利润达 亿元，比上年同期增长%。 建立现代化炼钢生产流程 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技术在国内广泛应用，主要采用KR 法石灰脱硫和喷吹法脱硫（

9、包括CaO、CaC2 喷吹，纯Mg 喷吹和Mg+CaO 喷吹）等方法。铁水预处理的装备能力逐年提高，至2007 年铁水脱硫比已接近50%，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 给出目前国内常用的几种铁水脱硫工艺技术的比较，说明国内铁水脱硫预处理工艺已经积累了比较丰富的经验，为钢厂合理选择铁水脱硫预处理工艺提供了广泛的空间。表2 各种脱硫方法的技术比较脱硫工艺石灰、CaC2 脱硫Mg 脱硫脱硫方法KR 脱硫喷粉脱硫纯Mg 混合脱硫剂CaO 粉CaO+CaC2 Mg Mg+CaO4 终点S(%) 处理时间(min) 815 2328 1015 1015 处理温降() 2

10、530 3035 812 1015 脱硫剂消耗(kg/t) 68 4(CaC2)12(CaO) 综合处理成本(元/t)1 (CaC2) 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 年以前国内电炉技术进步的重点是采用大型超高功率电炉淘汰小型电炉，如2000 年我国电炉座数已从1600 多座减少到179 座，其中50 吨以上的大、中型电炉占全国电炉钢产量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

11、等先进技术，获得明显的效果。如表3 所示，电炉采用铁水热装工艺冶炼电耗平均降低约67kwh/t 钢，减少电极消耗35%，缩短冶炼周期10min。国内已有16 座60150 吨电炉采用铁水热装工艺，其单位公称吨的生产率超过了8000 吨/吨年。表3 国内大型电炉全废钢与兑铁水冶炼工艺的技术经济指标比较统计工厂数/个吨位/MVA 生产工艺铁水比% 电耗kwh/t 氧耗M3/t 电极消耗kg/t 冶炼周期min 4 50120 全废钢+预热0 10 50150 废钢+铁水20-30 钢材洁净度与品种质量的进步表4 2007 年国内二次精炼设备能力总汇（不包括吹Ar） 为了满足市场对洁净钢生产的需求，

12、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 年国内各种二次精炼设备的台数和公称吨位总计（不包括吹Ar 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，形成了以挡渣精炼种类台数/台总公称吨位/吨RH 61 9040 AOD 43 1712 VOD 27 1475 LF 295 23440 VD 32 2510 CAS-OB 16 2190 合计474 403675 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、

13、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着的提高：15 年前国内绝大多数转炉厂生产的钢水洁净度（.(S+P+T. O+N+H)）波动在300，目前国内多数钢厂已可以大批量生产钢水洁净度 的洁净钢，宝钢、武钢、鞍钢和首钢等大型钢铁企业生产的部分钢种洁净度可以达到。从表5 可以看出，国内生产的典型高附加值产品的洁净度已达到国际先进水平。表5 国内某些高质量要求洁净钢达到的水平(.10-6) 钢种C N S P TO H 夹杂物其它IF 钢20 20 30 100 2

14、0 2 d 高强度汽车板50 50 100 30 2 d 管线钢(X80) 50 10 80 20 1 轴承钢(GCr15) 50 100 10 d Ti30 帘线钢40 30 100 30 2 d 无Al2O3 夹杂高速铁路钢轨40 30 100 15 d Al40 电工钢(35W230) 24 20 10 100 15 2 d 不锈钢(409L) 50 70 10 150 30 2 d 钢材洁净度的大幅度提高导致我国钢铁工业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，而且有力的支持了国家经济建设。表6 20002006

15、 年典型高品质钢种增长率钢种铁道用钢大型型钢特厚板中厚板冷轧薄板镀层板冷轧电工钢板无缝管2000 年产量/万吨158 360 76 1668 495 328 64 415 2006 年产量/万吨334 917 328 8214 2605 1625 330 1484 增长率/% 节能环保技术的发展年份综合能耗转炉电炉2000 920 2001 876 2002 815 2003 780 表7 国内炼钢工序能耗变化(kgce/t 钢)6 近年来，国内钢铁企业高度重视节能减排工作，研究开发和应用各种先进的节能环保技术。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

16、能耗逐年降低。和国际先进水平（日本转炉工序能耗为-6kgce/t）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；而采用大型转炉蒸汽用于RH 或VD 炉等真空处理设备也具有较大的经济效益。这些应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。表8 国

17、内投产的转炉干法除尘技术经济指标工厂投产时间除尘水耗t/t 除尘电耗kWh/t 煤气回收Nm3/t 蒸汽回收kg/t 作业率% 太钢 103 83 100 包钢 85 21 100 宝钢 100 莱芜 96 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，自主研究开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、包钢等企业试验采用1520kg/t 钢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

18、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。2004 761 2005 747 2006* 645 注：*按新公布的电折算系数统计。7 装备大型化与设备国产化率近几年，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100 吨以上的大、中型冶炼设备。至2007 年底，国内200 吨以上的大型转炉已达到24 座，公称总吨位为6400 吨，和2003 年相比大型转炉的产能增

19、加1 倍。最近23 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 炉、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，总吨位达到9070 吨，比目前整个欧洲RH 的生产能力（总吨位5790 吨）大56%。二次精炼的发展促进了精炼设备国产化率的提高。国内已经掌握了自主设计、制造、安装、调试大型二次精炼设备（如300tRH）的能力，在精炼设

20、备工艺布局、工序衔接以及不同产品的精炼工艺等方面不仅积累了丰富的经验，而且加强了技术创新。如武钢新二炼钢厂采用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，使新二炼钢的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

21、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京唐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、300 吨铁水包直装、全量铁水“三脱”预处理与转炉高速冶炼、高拉速连铸和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的综合水平达到国际先进。0 10 20 30 40 50 60 2009 已投产RH台 数/台年份1997 1967 1999 2001 2003 2005 2007 图3 历年来国内投产RH 的增长8 国内炼钢-连铸生产设备大型化与国产化率的提高促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

22、降至65006800 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。 重大技术创新项目取得好成绩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-连铸成果获奖情况。表9 20052007 年冶金科技进步奖炼钢-连铸成果获奖情况年度特等奖一等奖二等奖三等奖合计2005 2 5 6 13 2006 2 3 9 14 2007 1 5 7 13 最近35 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）转炉溅渣护炉与长寿复吹技术近10 年来

23、，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30,000 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30,000 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，达到炉龄超过10000 炉，复吹比100%和终点CO 的良好效果，如图4 所示2。（2）转炉高效吹炼工艺为了提高转炉的生产效率，不少转炉将供氧强度从传统的 重钢 CO= 本钢 CO= 武

24、钢 CO= 首钢 CO= %O %C 图4 长寿复吹转炉终点C-O 平衡9 提高到，缩短了冶炼周期，加快转炉生产节奏，提高转炉生产效率。如表10 所示，采用高效供氧技术的大型转炉供氧强度平均达到 ， 冶炼周期缩短到36min ； 中型转炉供氧强度平均达到，冶炼周期缩短到；小型转炉供氧强度可达到， 冶炼周期缩短到。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。表10 国内大、中、小型转炉高效吹炼工艺的技术经济指标炉型炉容量吨统计炉数炉容比M3/t 供氧强度Nm3/ 底吹强度Nm3/ 钢铁料消耗kg/t 氧耗Nm3/t 冶炼周期min 炉龄炉日历作业率% 大

25、型转炉200300 14 中型转炉80180 26 小型转炉80 33 10316 （3）高效连铸技术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；采用多点连续矫直，适当增加冶金长度；推广结晶器电磁搅拌和优化二冷配水等工艺技术。高速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，铸机的产量和拉速均有明显提高。表11 连铸

26、机高效化改造前后技术经济指标对比改造前改造后国际先进坯形单流产量(万吨/年) 拉速(m/min) 单流产量(万吨/年) 拉速(m/min) 单流产量(万吨/年) 拉速(m/min) 小方坯58 1215 / 3 板坯50 100 150200 2 从表中可以看出，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。今后要在提高板坯平均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）连铸恒速浇注技术10 连铸浇注过程由于钢水温度波动和供钢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

27、、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%）的浇注过程。实现恒速浇注的关键技术是：1 优化转炉与铸机的匹配，合理确定不同钢种的典型拉速和浇钢时间；2 加强工序时间控制，采用计算机在线进行生产调度；3 加强钢水温度控制，稳定过程温降，使中间包温度合格率90%。通过加强典型拉速达标率的技术考核（如图5 所示3），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

28、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-连轧生产工艺达到国际先进水平我国已建成13 条薄板坯连铸-连轧生产线（其中2 条为中厚度铸机），生产能力超过3000 万吨/年。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%，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（Re700MPa），2006 年珠钢生产薄规格（2mm）钢板的比例达到%。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。唐钢双流薄板坯连铸

29、- 连轧生产线2005 年产量曾达300 万吨，最高连浇炉数达到34 炉。马钢CSP 生产线在生产低碳冷轧料方面获得明显的进步，打通了铁水预处理-转炉冶炼-二次精炼-薄板坯连铸-热轧-冷轧-镀锌-彩涂生产流程， 2006 年产品冷轧比达到%，而且通过CSP 线成功地试制了无取向硅钢。涟钢在转炉吨位较小的情况下克服种种困难，薄板坯连铸-连轧工艺也取得了优异的成绩，特别是2mm 热图5 二分厂典型拉率与综合质量合格率对比3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 0 1 0 0 . 0 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 9 9 . 6 0 9 9 . 6 5 9 9 . 7 0 9 9 . 7 5 9 9 . 8 0 9 9 . 8 5 9 9 . 9 0 典型拉率，