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炉外处理技术

时间:2004/5/7 9:58:03

我国是产钢大国,钢材自给率在90%左右。钢铁行业不仅要满足经济发展对钢材数量的需求,而且要满足对质量、品种等的需求。影响钢材质量和性能的重要因素之一就是钢中夹杂物的含量,铁水预处理和钢水精炼技术,使炼钢炉吃“精料”和为下道工序提供优质钢水的目标得以实现。钢铁行业应树立全流程优化、各个工序环节均吃“精料”并为下道工序提供“精料”的理念。这是中国金属学会副理事长兼秘书长李文秀在不久前召开的“全国铁水预处理技术研讨会上提出的值得钢铁企业关注和研究的一个观点。而在此次会议上,专家对有关炉外处理技术的发展和优化问题的研讨更引起人们的重视。

炉外处理技术是铁水预处理和钢水精炼技术的总称。几十年来,铁水预处理和钢水精炼技术走过了研究开发、产业化和发展完善的道路,最终确立了其在钢铁生产流程优化和产品结构优化中独特的、不可替代的地位和作用。我国炉外处理技术自20世纪90年代以来,加快了发展步伐,并在技术上跟紧了世界发展的步伐,但还需优化。今后十年中,炉外处理技术仍将朝着高效、优质、低耗、灵活和新型的方向发展。这是中国金属学会副秘书长、教授级高工苏天森在“全国铁水预处理技术研讨会”所做的题为《炉外处理技术的发展和优化》的学术报告中重点强调的内容。苏天森就炉外处理技术的优化和发展主要强调了以下几个方面:

经济有效的炉外处理技术,不仅是钢铁产晶最终质量保证的最重要的基础,也是钢铁生产流程各个环节稳定、顺行、趋向成熟的保证

炉外处理技术,概括地讲就是指在冶炼炉(高炉、转炉、电炉、平炉)生产铁水、钢水的基础上,以更加经济、有效的方法,改进铁水、钢水的物理与化学性能并使冶金流程更加协调、顺畅的工艺装备技术。它包括在高炉(或化铁炉)出铁槽、铁水输送罐、鱼雷罐车、铁水包甚至预处理专用转炉中,预先脱除铁水中的硅、磷、硫,对一些特殊成分进行富集预处理,并除去这些元素与化合物高含量的炉渣;在钢水包(有时是专用钢水包)中,对钢水的温度、成分、气体、有害元素与夹杂进行进一步的调整、净化,达到洁净、均匀、稳定的目的;在中间包中促进钢液中的气体、夹杂上浮,稳定全浇铸过程的钢水温度(也称中间包冶金);在结晶器中举取钢中夹杂,促进形核,均匀结晶等一系列的工艺技术。炉外处理技术与氧气顶吹转炉和顶底复合吹炼转炉、超高功率电炉、连铸与近终形连铸连轧一起,被誉为钢铁生产具有流程革命意义的四大技术。它们之间互相依存,相互促进,同步发展。

  炉外处理技术发展完善的主要思路和内容

炉外处理技术是提高产品质量、扩大品种不可缺少的手段,是优化冶金生产工艺流程、进一步提高生产效率、降低能耗、降低生产成本的有力手段,是保证炼钢、连铸、连铸坯热送热装、直接轧制高温连接优化的必要的工艺手段,是优化重组的钢铁生产工艺流程中不可替代的生产工序。

从炉外处理技术的发展过程可以看出其发展和完善有以下四个主要特点:

  1、向多功能方向发展是炉外处理技术优化的一大特征。这是指单一功能的炉外处理设备发展为多种处理功能的设备和将各种不同功能的装置组合到一起建立综合处理站两种趋势。这种多功能化的特点,不仅适应了不同品种钢生产的需要,提高了炉外处理设备的适应性,还提高了设备的利用率、作业率,缩短了流程,在生产中发挥了更加灵活、全面的作用。

  2、相关技术在满足各种炉外处理技术客观要求的过程中不断得到开发和完善。主要有:各种挡渣分渣技术,如气动挡渣器、挡渣塞、挡渣球、电炉偏心炉底出钢、滑动水口等,与之配套的电感型传感器、振动型传感器、远红外线传感器等相关技术;高寿命钢水精炼用耐材及耐材的热喷补技术和装备;相关的密封技术和材料;适用于转炉铁水预处理的高供气强度底吹元件和技术;以纯净钢炉外处理所需要的钢水成分痕量元素分析技术为重点的先进的冶金分析技术;以炉外处理为重点的计算机生产管理和物流控制技术等。以上这些相关技术已经变成炉外处理系统工程技术中不可分割的重要组成部分,在完善和发展中推动着炉外处理技术的进步。

  3、炉外处理技术的发展始终是为了钢铁生产优质高效、节能降耗的总体目标得以实现。炉外处理技术优质的特点最容易为人们所接受,高效的特点在其实现对钢铁生产流程变革、大幅度提高整个生产流程的生产效率、朝紧凑化方向的发展过程中也逐渐地被人们认识。但其节能降耗的特点,至今在各个钢铁企业生产实践中仍有不同程度的差别与争议。但毫无疑问的是,炉外处理技术在对质量和成本要求日益严格的钢铁生产发展中起到了促进优质高效、节能降耗的突出作用,并已经成为现代钢铁生产水平的主要标志。

  4、炉外处理技术的发展具有不断促进钢铁生产流程优化重组,不断描吝过程自动控制和冶金效果在线监测水平的显著特点。例如LF钢包精炼技术促进了超高功率电炉生产流程优化;以转炉作为铁水预处理最佳设备的综合技术发展,对改变钢铁厂工厂设计与流程将具有良好的前景;AOD、VOD实现了不锈钢生产流程优质、低耗、高效化的变革等。

我国铁水预处理比和钢水精炼比仍很低,已影响了连铸生产的优化和完善,成为我国关键品种钢生产的一个瓶颈

目前,我国钢铁行业为适应连铸生产飞速发展和产品结构调整的要求,炉外处理技术得到了迅速发展。主要表现有以下特点:一是铁水预处理不但增长速度高,而且由石灰基脱硫剂占绝对优势朝镁基脱硫剂迅速增加的方向发展,纯镁粉喷吹脱硫更是发展迅速。另外,KR法在这几年又有了新发展。预计未来几年,铁水预处理量将有成倍的增长。二是钢水精炼中RH多功能真空精炼发展迅速,LF炉不但在电炉厂而且在转炉厂也大量采用,配套的高效精炼渣也有了很大发展。三是开发了电脉冲孕育形核、电磁冶金等中间包、结晶器冶金新技术,并加快产业化步伐。四是国内相关的钢水精炼技术和石灰基、镁基铁水脱硫技术,均具备了完全立足于国内并可积极参与国际竞争的水平。

但是,我们更应看到在炉外处理方面还存在很多不足。如我国铁水预处理比和钢水精炼比仍然很低,不但与发达工业国家比差距很大,而且也与连铸生产飞速发展的形势很不适应,已经明显地影响了连铸生产的优化和完善,已成为我国关键品种钢生产的一个瓶颈。又如在我国特有的中小冶炼炉占很大比例的条件下,中小钢厂炉外处理的难题还没有从根本上取得突破,还需要深入研究开发。我们有的企业拥有的高水平的炉外处理装备,因软件技术的消化吸收与攻关研究和国外相比存在明显的差距,还不能充分发挥其功能和生产效率等等。这些都是我们应当加强优化和改进的。

  炉外处理技术的发展趋势

从功能优化、变革流程、提高效率、拓展领域等各个方面看,炉外处理技术仍处在不断完善与发展之中。未来十年,炉外处理技术仍将在以下几个重点方面取得进展:

  ——高炉出铁槽铁水“三脱”或铁水脱硫、脱磷技术研究将有重大突破。

  ——以转炉作为主要手段的全量铁水预处理,不仅将大大提高铁水预处理的生产效率,还将为现有冶金设备的功能优化重组开辟新的方向。

  ——钢水的中间包冶金及结晶器冶金等直接关系到钢水凝固最后过程的精炼技术将逐渐显示出它对最终钢铁产品质量优化的重要意义。

  ——电磁冶金技术对炉外处理技术的发展将起到积极的推动作用。

  ——钢铁生产固体原料预处理,去除杂质的技术研究,将对电炉生产效率和钢水质量控制水平的提高产生重大影响。从其功能意义上看也可以纳入炉外处理技术概念之中。

  ——中小型钢铁企业炉外处理技术将会有重大突破性进展。

  ——配套同步发展辅助技术,包括冶炼炉准确钟点控制技术、工序衔接技术智能化等。

  ——无污染的处理新技术及处理过程的环保技术将迅速开发。

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