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《冶金概论》课程论文

题目：转炉炼钢

作者：牟益良 学号：0976105430 班级：09成型4班

转炉炼钢

摘要：简述了我国转炉炼钢的发展历程和技术进步，介绍了世界转炉工艺技术的发展应用情况，并对今后我国转炉炼钢技术的进一步发展提出了一些建议。

关键字：转炉炼钢 技术 发展前 言

1964年，我国第一座30 t氧气顶吹转炉炼钢车间在首钢建成投产。其后,上钢一厂三转炉车间、上钢三厂二转炉车间等相继将原侧吹转炉改为氧气顶吹转炉。20世纪60年代中后期，我国又自行设计、建设了攀枝花120 t大型氧气顶吹转炉炼钢厂，并于1971年建成投产。进入20世纪80年代后,在改革开放方针政策的指引下，我国氧气转炉炼钢进入大发展时期，由于氧气转炉炼钢和连铸的迅速发展,至1996年我国钢产量首次突破1亿t，成为世界第一产钢大国。

2003年中国钢产量达到2.22亿t，是世界上第一产钢大国。而炼钢是钢铁生产的主要工序，对降低生产成本、提高产品质量、扩大品种范围具有决定性影响。转炉是目前国内外最主要的炼钢设备，世界上约有600座转炉在运行,约占全球粗钢产量的60%。在我国,粗钢产量的80%以上由转炉生产。鞍钢、武钢等大型钢厂多采用全转炉冶炼生产。全世界现代转炉炼钢技术发展状况参见表1[1]转炉的分类

按吹炼设施的布置,转炉大体上分为顶吹转炉、底吹转炉和复吹转炉三类。1952年奥地利的林茨和多纳维茨钢厂合作发明了第一座氧气顶吹转炉,1960年世界氧气顶吹转炉的钢产量占全球粗钢产量的比率不到5%。20世纪70年代该技术发展较快,占全球粗钢产量的比率提高到40%,到20世纪80年代初提高到60%以上。

1968年德国马克西姆利安钢厂又成功开发了氧气底吹转炉。到20世纪70年代,底吹转炉生产能力达到3000万t。1977年美国琼斯—劳夫林公司芝加哥厂建成了2座225t氧气底吹转炉,接着日本川崎制铁公司千叶厂也投产了230t底吹转炉,称为Q-BOP法。

20世纪70年代中期至80年代初期,法国钢铁研究院、卢森堡阿尔贝德公司等十几个国家的炼钢厂先后开展了顶底复合吹炼转炉实验研究。1980年3月,日本住友金属工业公司鹿岛厂250t复合吹炼转炉正式投入生产。顶底复合吹炼转炉的种类繁多,以底部吹入气体的种类划分,可分为强搅拌型和弱搅拌型,如日本新日铁大分厂采用的LD-OB法为强搅拌型,底吹氧气强度为0.15～0.80m3/(t·min);而法国钢研院和阿尔贝德公司开发的LBE法为弱搅拌型,该法采用多孔砖底吹N2、Ar,底吹供气强度为0.07～0.15m3/(t·min)。(1)顶吹氧气、底吹惰性气体法。这种方法为强搅拌型复吹法,代表技术有LBE、LD-KG、LD-OBT和NK-(BLD-AB)等。此技术底部供气元件易维护、寿命长、操作工艺较简单、适应钢种范围广,在世界上广为采用,中国的复吹转炉绝大多数采用该法。(2)顶底复合吹氧法。这一方法属于强化冶炼型,代表技术有:BSC-BAP、LD-HC、STB、STB-P和K-BOP等,欧洲和日本采用此法较多。(3)顶吹氧气、底吹氧气和燃料法。此法可显著提高废钢比,代表技术有KMS和KS等,其中KS法在底吹氧的同时喷入煤粉,钢铁料可100%采用废钢,德国应用了该技术。我国转炉炼钢发展现状

3.1 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。

由于我国废钢资源短缺(仅2001年进口废钢量已达9781693万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[2]。

3.2 大中型重点钢铁企业转炉钢位产量占主导地位

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[3]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82%。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[4]由2001年的4家增2003年的13家,钢产量由2001年4 326万t增至2003年9 789万t。

3.3 转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种的增长

3.3.1 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[5]。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%[6]。

3.3.2 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即IF钢[7]。目前我国生产的IF钢有T-i IF钢和(Ti+Nb)IF钢。在T-i IF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(T-i Nb)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)。

3.3.3 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%[8]。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0109C、013Si、014Mn、01008P、01005S、016Cr、013Cu、0125Ni的水平[9],近年来我国耐候钢的产量已达200万t左右。

3.3.4 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600 MPa,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。

3.3.5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2 000万t,占全国钢总产量的814%。而日本2003年特殊钢总产量为2 255.58万t,占全国钢总产量的20%,特殊钢增长率为712%(与2002年比),近年来日本特殊钢约有60%是转炉钢厂生产的[9]。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。

3.4 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%,到2003年转炉炼钢精炼比进一步提高。

3.5 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。我国转炉炼钢的未来发展

4.1 转炉炼钢未来发展的条件和机遇

4.1.1 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。

4.1.2 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。

4.2 转炉取代平炉获得长足发展

2000年我国钢产量达12 850万t，其中重点企业转炉钢为10 577.9万t，约占钢总产量的87.11 %，平炉钢产量降至92.71万t，仅占钢总产量的0.77 %。

4.3 转炉容量趋向大型化t以下转炉大量关、停或改造,至2000年,全国74个转炉炼钢厂共有转炉207座, 大容量转炉钢产量跃居首位。国外复合吹炼技术的最新进展

5.1蒂森公司TBM法

早在20世纪70年代末期,蒂森公司通过一系列的研究试验,确立了TBM法复合吹炼技术。该法是从转炉底部向熔池吹入N2、Ar。多年来,蒂森公司的布鲁克豪森厂2座380t转炉、贝克尔韦特厂3座260t转炉和卢森堡阿尔贝德马里蒂姆厂2座300t转炉均采用TBM法复合吹炼,并取得了良好的经济效益,生产成本亦有所降低。采用TBM法复合吹炼,钢水收得率提高、造渣剂加入量减少、合金回收率高、氧枪及炉衬寿命延长,使钢的生产成本降低约5马克/t钢。

5.2阿尔贝德萨尔钢公司LBE法

伏林根厂3座150t转炉采用LBE法复合吹炼。生产实践证明,LBE法复吹技术透气元件寿命长,可大幅度调节吹气量;操作简便;流经炉底布置的12个透气砖的气流可以保持恒定,透气砖沿炉底呈圆周布置;搅拌气体的输入管线可从转炉耳轴经球型接头引入转炉炉底;利用声波对炉内成渣过程进行连续监控。采用LBE法复合吹炼取得了下列效果：

1、炉渣中FeO含量降低约2.5%;

2、金属收得率提高约0.5%;

3、石灰耗量约减少5kg/t钢;

4、不经脱气处理的钢中碳含量可达0.02%;

5、转炉出钢成分、温度均匀。

由于LBE法复吹具有诸多优点,被欧洲一些钢厂及新日铁室兰厂广泛采用。

5.3新日铁公司LD-AB复吹技术 早在1979年末,新日铁公司大分厂340t转炉、八幡一炼钢150t转炉、八幡三炼钢320t转炉以及名古屋厂均相继把原有顶吹转炉改造成了LD-OB复吹转炉。

此外,新日铁还开发了LD-AB复吹技术,从转炉底部吹入惰性气体,如君津二炼钢300t转炉、君津一炼钢220t转炉。1990年新日铁向宝钢输出了LD-AB技术。

5.3日本钢管公司NK-CB复吹技术

日本钢管公司开发了NK-CB复吹技术,并先后在福山一炼钢厂180t转炉和福山二炼钢厂250t转炉上采用。从转炉底部喷吹CO2气体,冶炼极低碳钢时吹入N2和Ar,底部喷入气体量≤0.1m3/(t·min),采用单管喷嘴,炉底设4支喷嘴。采用NK-CB复吹技术冶炼低碳铝镇静钢时,金属收得率可提高0.6%,铁合金消耗有所降低,其中铝降低0.35kg/t钢,Fe-Mn降低1.2kg/t钢;石灰消耗降低3kg/t钢,转炉吹炼时间可缩短1min。转炉炼钢技术发展中应注意的问题

我国中、小型转炉炼钢厂(车间)生产量达到6 000万t以上,与前后工序配套的有小高炉、小连铸、小轧机;已形成一定的综合生产能力[10]。中、小型转炉钢厂是在我国钢铁发展的历史中形成的,今后在一段较长的时间应配合我国钢铁行业的产业结构调整政策和优化工艺及调整产品结构的发展战略,搞好扩容改造挖潜,相应提高技术和装备水平,比如适当增设铁水脱硫设施和根据钢种要求增设炉外精炼装置,以求在增产的同时进一步提高钢的质量,扩大冶炼钢种范围,降低消耗,改善环保条件,在市场竞争中继续求得生存发展。今后应抑制低水平中小型转炉重复建设。

在沿海建设大型钢铁企业,应当充分考虑我国的国情和利用优越的海港天然条件,本着设备大型化、现代化原则,选取适合于大型钢铁企业的大型高炉、大型转炉和大型热连轧机、冷连轧机等国内外成熟的工艺技术装备,以满足大规模生产的要求,对一些国外尚处于开发试用阶段或通常适合于中、小型钢铁企业的工艺技术装备一般不宜选用。

参考文献 1 中国钢铁协会信息统计部.中国钢铁统计2000.2001 2 冶金工业部规划发展司.中国钢铁统计1994.1998 3 冶金工业信息中心.冶金经济参考-2004No.5~6期.2004,3.15,3.25 4 吴建常.中国钢铁工业将对世界废钢市场起主要作用.废钢 铁,2003(4):5 5 中国金属学会冶金工业信息中心.2000年重点大中型钢铁企 业主要产品产量技术经济指标,2001 6 冶金工业信息标准研究院.中国钢铁统计2002 7朱满堂,于华财,徐 明,等.IF钢主要成分冶炼控制生产实 践.炼钢,2004,20(2):1 8阮晓明.宝钢耐候钢连铸实践.钢铁,2001,36(2):20 9 马鸣图.我国汽车钢板研究与应用进展.钢铁,2001,36(8):64 10 中国钢铁协会信息统计部.世界钢铁统计2004.No.4