萊鋼煉鋼技術(shù)進步與展望

鄭春玉，莊輝，馬佐倉，李豐功

（萊蕪鋼鐵集團有限公司技術(shù)資源部，山東萊蕪271104）

萊鋼煉鋼技術(shù)進步與展望

鄭春玉，莊輝，馬佐倉，李豐功

（萊蕪鋼鐵集團有限公司技術(shù)資源部，山東萊蕪271104）

簡要介紹了萊鋼煉鋼的總體概況，介紹了萊鋼煉鋼在鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉、連鑄和資源綜合利用等方面的技術(shù)進步，闡述了近年來自主開發(fā)集成技術(shù)的現(xiàn)狀和水平，這些技術(shù)的采用為萊鋼開發(fā)生產(chǎn)高難度、高附加值產(chǎn)品以及資源綜合利用創(chuàng)造了良好的條件。提出了萊鋼煉鋼未來的發(fā)展方向，提高裝備水平，生產(chǎn)潔凈鋼種，優(yōu)化、完善煉鋼新工藝、新技術(shù)，加強環(huán)保和資源回收利用等。

煉鋼；連鑄；精煉；資源綜合利用；技術(shù)進步；展望

1 前言

萊鋼煉鋼系統(tǒng)經(jīng)過近年來改革和發(fā)展，堅持走引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的道路，在資源綜合利用、節(jié)能減排等方面也取得了長足進步，先后改造了3座25 t小轉(zhuǎn)爐、新增鐵水預(yù)處理工位、淘汰了耗能較高的3座25 t小電爐、實施電爐余熱回收等技術(shù)進步措施，在品種、質(zhì)量等方面有了質(zhì)的飛躍，而且自主開發(fā)集成了多項關(guān)鍵技術(shù)。目前，萊鋼煉鋼系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼，轉(zhuǎn)爐煉鋼現(xiàn)有3座50 t轉(zhuǎn)爐、1座60 t轉(zhuǎn)爐，5座120 t轉(zhuǎn)爐，相應(yīng)配套小方坯連鑄機、帶鋼坯連鑄機、矩形坯連鑄機、異型坯連鑄機、板坯連鑄機，生產(chǎn)能力為1 000萬t/a。電爐煉鋼現(xiàn)有1座50 t電爐，配套1臺方圓坯連鑄機，電爐煉鋼的生產(chǎn)能力為55萬t/a。

2 煉鋼工序的技術(shù)進步

2.1 鐵水預(yù)處理

2.2 轉(zhuǎn)爐

2.2.1 高效吹煉技術(shù)

2003年轉(zhuǎn)爐擴容改造后，進行了大幅度提高供氧流量的研究，供氧強度提高到4.5 m3/（min·t），每爐平均吹煉時間降低到12 min，縮短了冶煉周期，提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率。此外，通過不斷優(yōu)化冶煉工藝，加強化渣操作，減少噴濺，提高了終點成分的保障能力，降低了再吹率，縮短了鎮(zhèn)靜時間，從而達到了轉(zhuǎn)爐不等成分直接出鋼，轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短到23 min以下，二次拉碳率也降低到2%。

2.2.2 轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)

2004年新投產(chǎn)120 t轉(zhuǎn)爐，投產(chǎn)初期就采用頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)，底吹氣體為氮氣，目前底吹供氣強度為0.03～0.1 m3/（min·t）。通過對該技術(shù)的引進消化和改進創(chuàng)新，對底吹風(fēng)口的選擇、風(fēng)口布置結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，注重提高底吹風(fēng)口壽命和復(fù)吹比例，強調(diào)底吹風(fēng)口裸露，提高了底吹效果。轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)不僅創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，而且為提高產(chǎn)品的質(zhì)量創(chuàng)造了條件，特別是為開發(fā)高難度、高附加值的新鋼種提供了良好的條件，如近年來開發(fā)生產(chǎn)的抗氫致裂紋X60、X80管線鋼，深沖鋼SPHE等均采用了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)。

2.2.3 爐齡控制技術(shù)

50 t轉(zhuǎn)爐實施改造后，轉(zhuǎn)爐耐材的材質(zhì)、爐襯結(jié)構(gòu)、維護方式均發(fā)生了根本的變化，耐材以100%鎂碳磚綜合砌筑，并實施轉(zhuǎn)爐濺渣護爐工藝技術(shù)，該技術(shù)對提高轉(zhuǎn)爐爐齡起到了積極作用，轉(zhuǎn)爐爐齡有了質(zhì)的飛躍。2004年以來，每座轉(zhuǎn)爐均實現(xiàn)了萬爐不補爐和1個爐役內(nèi)爐齡超過2萬爐，轉(zhuǎn)爐耐材消耗從2004年的0.5 kg/t降低到2008年的0.15 kg/t，實現(xiàn)了經(jīng)濟爐齡。

2.2.4 低磷低硫工藝技術(shù)

該中心由曼徹斯特大學(xué)、蘭開斯特大學(xué)、利物浦大學(xué)、坎布里亞大學(xué)、塞拉菲爾德有限公司(Sellafield Ltd)和國家核實驗室(NNL)聯(lián)合組建。

為了滿足高難度、高附加值鋼種的開發(fā)和生產(chǎn)，對轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫等工藝技術(shù)進行了研究和開發(fā)。通過鐵水預(yù)處理深脫硫、鐵水包扒渣等技術(shù)的應(yīng)用，入爐鐵水S含量降低到0.005%以下，再采用轉(zhuǎn)爐低硫冶煉工藝可以使轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水中的硫含量＜30×10-6。采用雙聯(lián)低磷冶煉工藝，使轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水中的磷含量達到0.002 0%以下。

2.3 電爐

萊鋼特鋼廠50 t電弧爐經(jīng)過不斷的工藝技術(shù)改造，實施了鐵水熱裝工藝和爐壁氧槍改造，優(yōu)化了工藝操作模式［1］。目前，入爐鋼鐵料結(jié)構(gòu)為“廢鋼+大于50%鐵水”，爐門氧槍1座、爐壁氧槍4座，采用流鋼控制技術(shù)等，確保了熔清后碳含量為0.30%～0.80%，磷含量為0.010%～0.030%水平，電爐冶煉周期明顯縮短，達到平均42 min水平，冶煉電耗和電極消耗明顯降低。

2.4 二次精煉

2.4.1 精煉裝備概況

2004年前，與轉(zhuǎn)爐配套的精煉裝備只有2座LF精煉爐，與50 t電爐配套的精煉裝備為1座LF和1座VD爐，VD爐只在生產(chǎn)軸承鋼時使用。為進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量檔次，開發(fā)新品種，在股份煉鋼轉(zhuǎn)爐上又新增了1座LF精煉爐，同時提高了VD爐的利用率（利用率達100%），在120 t轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)同時，先后配套了5座LF精煉爐、2座RH精煉爐。精煉裝備的提升，實現(xiàn)了全精煉工藝措施，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新品種、生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品以及提高產(chǎn)品的市場競爭力打下了堅實的基礎(chǔ)。表1為萊鋼具備的二次精煉設(shè)備和功能。

表1 萊鋼具備的二次精煉設(shè)備和功能

2.4.2 主要工藝技術(shù)

1）實施智能吹氬工藝技術(shù)。為實現(xiàn)良好精煉氬氣攪拌效果，在LF精煉爐引進鋼包底吹氬氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動調(diào)整壓力，精確了氬氣流量控制，杜絕了系統(tǒng)堵塞或者漏氣現(xiàn)象，對凈化鋼水、均勻成分等效果理想,特別是對Al2O3等夾雜物的去除有良好作用。技術(shù)規(guī)格指標滿足生產(chǎn)需要，設(shè)定流量和實際流量偏差＜5 L/min；生產(chǎn)過程中小范圍調(diào)整流量，設(shè)定氣體的流量與實際流量反應(yīng)時間＜2 s，實現(xiàn)了吹氬智能化，提高了精煉過程的氣體攪拌效果。

2）提高真空脫氣精煉處理率。隨著超低碳鋼生產(chǎn)的需要，對新增的RH精煉裝置進行技術(shù)研究和操作完善，RH真空處理技術(shù)不斷進步，RH處理比例從2007年不足4%提高到2009年25%。隨著蒸汽回收技術(shù)的不斷完善，將回收的蒸汽用于VD處理，大大提高了VD爐利用率。經(jīng)過真空處理的鋼水，達到了低氫、低硫、低氧效果，鋼水質(zhì)量得到明顯改善。

3）充分利用LF爐渣精煉工藝技術(shù)。萊鋼型鋼煉鋼廠有120 t LF精煉爐3座，主要完成鋼水的加熱升溫、脫氧、脫硫、促使夾雜物上浮去除以及合金成分調(diào)整等任務(wù)。近幾年研究開發(fā)了適合萊鋼120 t LF的精煉基礎(chǔ)渣和精煉埋弧渣，既能很好地完成脫氧、脫硫等冶金功能，又能實現(xiàn)LF的全程埋弧操作。目前，經(jīng)過LF處理的鋼水，脫硫效率可以達到60%～80%，極低硫鋼中硫含量可達到10×10-6以下，最低達到8×10-6，為批量生產(chǎn)極低硫鋼種創(chuàng)造了條件。此外，RH精煉設(shè)備也具有升溫功能，這些均是通過鋁或硅的氧化反應(yīng)放熱來實現(xiàn)的。根據(jù)不同升溫工藝，其升溫速度為5～10℃/min。它們所具有的升溫功能對于生產(chǎn)組織、物流順暢起到了良好的作用。

2.5 連鑄

2.5.1 主要裝備和功能

萊鋼股份煉鋼廠現(xiàn)有6臺連鑄機，其中3臺小方坯連鑄機、1臺帶鋼坯連鑄機、1臺矩形坯連鑄機和1臺6機6流方/圓坯合金鋼連鑄機。萊鋼型鋼煉鋼廠現(xiàn)有1臺近終型異型坯連鑄機和3臺板坯連鑄機。型鋼煉鋼廠通過不斷優(yōu)化連鑄保護渣、提高澆鑄速度和連澆爐數(shù)、采用異鋼種連澆等技術(shù)，連鑄機的產(chǎn)能和連鑄坯質(zhì)量得到很大的提高。為了進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和滿足下工序不斷提高的板坯質(zhì)量要求，2007年和2008年分別對2號、3號板坯連鑄機進行了綜合技術(shù)改造，連鑄坯厚度由160 mm擴展為175 mm，連鑄機中間包采用了液壓升降臺，為連鑄恒速澆鑄創(chuàng)造了條件。萊鋼特殊鋼廠合金鋼連鑄機于2008年進行了全面升級改造，實現(xiàn)方圓兼顧，并且在結(jié)晶器和連鑄末端實現(xiàn)了電磁攪拌，減少了鑄坯缺陷，提高了連鑄坯等軸晶率。

2.5.2 新技術(shù)的應(yīng)用

隨著連鑄技術(shù)的進步，萊鋼積極跟蹤、應(yīng)用連鑄新技術(shù)，在連鑄機的建設(shè)改造中，主要采用的新技術(shù)有：中間包液壓升降、結(jié)晶器電磁攪拌、結(jié)晶器在線高速調(diào)寬、結(jié)晶器液壓振動、動態(tài)二冷和動態(tài)輕壓下控制等技術(shù)，這些技術(shù)的采用，較大地改進了板坯表面和內(nèi)部質(zhì)量。

2.6 資源綜合利用

改變原有煉鋼過程產(chǎn)生大量廢棄物的概念，將煉鋼過程產(chǎn)生的液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)定義為煉鋼過程副產(chǎn)品加以利用。

2.6.1 轉(zhuǎn)爐除塵灰和鋼渣的綜合利用

萊鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰返回?zé)Y(jié)利用開始于2004年，2005年9月開始將轉(zhuǎn)爐除塵污泥也返燒結(jié)利用，有效回收利用了除塵灰和污泥中殘鋼、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳等有益成分。目前燒結(jié)豎爐球團礦中的除塵灰配比為4%左右，燒結(jié)礦中配比約為3%，年使用量穩(wěn)定在14萬t以上。轉(zhuǎn)爐鋼渣，尤其是前期的噴濺渣含鐵較高，一直以來，都外賣給萊鋼附企回收利用。2009年，萊鋼煉鋼廠嘗試將轉(zhuǎn)爐前期含鐵較高的噴濺渣返回轉(zhuǎn)爐利用，試驗結(jié)果表明，通過適當(dāng)?shù)墓に噷撛祷剞D(zhuǎn)爐利用，可以有效地促進轉(zhuǎn)爐冶煉過程的前期化渣，降低石灰的消耗，提高金屬收得率，達到降本增效的目的。

2.6.2 蒸汽和煤氣的回收利用

轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，?jīng)除塵后，回收了其中大量的煤氣和蒸汽，轉(zhuǎn)爐工序已經(jīng)實現(xiàn)負能煉鋼，萊鋼型鋼煉鋼廠最低達到噸鋼-7.04 kg，萊鋼股份煉鋼廠也于2009年上半年實現(xiàn)負能煉鋼，轉(zhuǎn)爐工序能耗達到-0.94 kg。

3 自主開發(fā)集成的主要技術(shù)

萊鋼煉鋼系統(tǒng)從投產(chǎn)以來，經(jīng)歷了引進、消化、吸收、改進和創(chuàng)新的過程，近年來自主開發(fā)了多項工藝技術(shù)，促進了煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的進步和發(fā)展，為萊鋼生產(chǎn)高附加值和高難度新鋼種創(chuàng)造了條件。

3.1 智能煉鋼技術(shù)

2004年，萊鋼型鋼煉鋼廠的120 t轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后，一直采用人工經(jīng)驗煉鋼，轉(zhuǎn)爐終點溫度和終點碳氧含量不能準確控制，極大影響了鋼水質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)奏。2007年，在轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)改造完成后，通過優(yōu)化原材料條件，提高設(shè)備裝備水平，完善數(shù)據(jù)監(jiān)測及采集系統(tǒng)，提高自動化控制水平，優(yōu)化冶煉模型等措施，2009年智能煉鋼比例達到92.6%，最終完成了轉(zhuǎn)爐智能煉鋼技術(shù)。自轉(zhuǎn)爐全封閉智能煉鋼技術(shù)成功開發(fā)以來，氧氣消耗減少，碳溫雙命中率提高，鋼水過氧化現(xiàn)象減少，鋼鐵料消耗大幅度降低，經(jīng)濟效益明顯增加。

3.2 鐵水＋礦石轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)

隨著市場上廢鋼、鐵塊資源緊缺，價格大幅度上漲，造成廢鋼、鐵塊供應(yīng)不及時而且質(zhì)量也難以保證。轉(zhuǎn)爐入爐料結(jié)構(gòu)根據(jù)市場形勢進行動態(tài)調(diào)整，波動很大，對穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作造成不利影響，轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗也大幅增加。從2006年1月份開始，萊鋼對轉(zhuǎn)爐入爐料結(jié)構(gòu)進行試驗研究，提出了多加入鐵礦石代替廢鋼和鐵塊的入爐模式，試驗研究取得明顯效果，轉(zhuǎn)爐氧氣消耗從原來的55 m3/t降低到52 m3/t，鋼鐵料消耗也由1 095 kg/t降低到1 087 kg/t。

3.3 電爐第4孔除塵余熱回收利用技術(shù)

2006年，在保留50 t電爐原除塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新建了一套電爐第4孔除塵余熱回收利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由第4孔移動滑套、高溫?zé)煹?、燃燒沉降室、余熱換熱系統(tǒng)、除塵器、風(fēng)機、吹灰系統(tǒng)、軟水站、電氣系統(tǒng)、儀表及自動化系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)的主要目的是利用煙氣余熱和熱管鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽，供給VD爐生產(chǎn)或作為熱源外供，最大限度地回收電爐余熱能量。

4 展望

面對快速發(fā)展的中國鋼鐵業(yè)和競爭日益激烈的市場環(huán)境，為了提高萊鋼煉鋼的整體實力，增強萊鋼產(chǎn)品的市場競爭力，今后幾年應(yīng)煉鋼采取的措施如下：

1）提高裝備水平，生產(chǎn)潔凈鋼種。萊鋼型鋼煉鋼廠4#大板坯連鑄機投產(chǎn)后，將大大提高船板鋼、管線鋼和深沖鋼等品種的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且也將新上KR脫硫裝置，極大提高入爐鐵水質(zhì)量。萊鋼股份煉鋼廠銀山前區(qū)將來也要新增1套2個工位的VD脫氣裝置，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐優(yōu)特鋼鋼水精煉脫氣處理，提高鋼水潔凈度。

2）優(yōu)化和完善煉鋼新工藝、新技術(shù)，不斷拓展品種，提高質(zhì)量。推廣煉鋼潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用；完善鐵水包噴吹脫硫工藝技術(shù)，穩(wěn)定脫硫效果；優(yōu)化轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)，提高復(fù)吹比例和底吹效果；優(yōu)化轉(zhuǎn)爐擋渣技術(shù)，減少鋼包渣量；進一步完善鋼水快速精煉技術(shù)和極低碳鋼生產(chǎn)技術(shù)；完善連鑄電磁攪拌技術(shù)和動態(tài)輕壓下技術(shù)，改善鑄坯質(zhì)量；優(yōu)化完善管線鋼、深沖鋼和船板鋼等高端產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝技術(shù)，以批量、穩(wěn)定、合理成本為下工序提供優(yōu)質(zhì)連鑄坯。

3）建立高效轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄生產(chǎn)系統(tǒng)，為煉鋼在定修、爐修期間保持物流暢通創(chuàng)造良好的條件?，F(xiàn)代化的煉鋼生產(chǎn)不僅要提高各工序的作業(yè)效率，更重要的是提高整條生產(chǎn)線的作業(yè)效率，其中各工序的設(shè)備功能完好是建立高效轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

4）環(huán)保和資源回收利用。隨著人們對環(huán)境要求以及國家對排放標準的不斷提高，對煉鋼也提出了更高要求。為進一步減少對周邊環(huán)境的不利影響，煉鋼在除塵方面還要做大量工作，除了減少粉塵的產(chǎn)生以外，還要有效控制粉塵的排放，防止對大氣的污染。今后幾年要始終堅持科學(xué)發(fā)展觀，依靠科技進步，推進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，加大對資源利用、節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、污染控制等方面的技術(shù)研究，使煉鋼成為走可持續(xù)發(fā)展道路的樣板。

［1］王廣連，申景霞，王學(xué)利，等.50 t EAF-LF冶煉終點（TPC）和窄成分（NCC）控制技術(shù)的應(yīng)用［J］.特殊鋼，2007，28（3）：59.

Progress and Prospects of Steelmaking Technology in Laiwu Steel

ZHENG Chun-yu,ZHUANG Hui,MA Zuo-cang,LI Feng-gong
（The Technology Resources Department of Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

A brief introduction to Laiwu Steel’s steelmaking is given in this paper.The technological progress in hot metal pretreatment,converter,EAF,secondary refining,continuous casting and comprehensive utilization of resources is also introduced.The present situation and level of the technologies are described as wel1.These technologies provided good conditions for developing high value-added products and comprehensive utilization of resources in Laiwu Steel.The future development trend of steelmaking technology in Laiwu steel is advanced,that is,raising the level of the equipment for producing clean steel,optimizing and perfecting new steelmaking process and technology and strengthening the environment protection and the recovery utilization of resources etc.

steelmaking;continuous casting;refining;comprehensive utilization of resources;technological progress;prospect

TF7

A

1004-4620（2010）01-0005-03

2009-12-22

鄭春玉，男，1974年生，1997年畢業(yè)于北京科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼技術(shù)資源部工程師，從事煉鋼工藝技術(shù)及管理工作。