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我国钢铁行业氢冶金发展现状及建议

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在应对全球气候变化和能源转型的背景下,各国都高度重视无碳和低碳能源的开发利用。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,由于具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等诸多优点,被多国列入国家能源战略部署。

所谓氢冶金,就是在还原冶炼过程中主要使用氢气作为还原剂,目前主要有高炉富氢冶炼和氢直接还原工艺。我国高炉富氢冶炼研究与实践主要是往高炉内喷吹富氢气体,如焦炉煤气、天然气等;氢直接还原工艺主要是利用焦炉煤气发展氢基竖炉直接还原。

由于我国废钢及天然气资源短缺,长流程工艺在钢铁工业中占绝对统治地位,但要推进我国钢铁工业的转型升级,就需要进行钢铁工艺流程的再造。

我国钢铁企业氢冶金进展及成果

中国宝武

2019年1月份,中国宝武与中核集团、清华大学签订《核能—制氢—冶金耦合技术战略合作框架协议》,共同打造核氢冶金产业联盟。据计算,1台60万千瓦高温气冷堆机组可满足180万吨钢对氢气、电力及部分氧气的需求,每年可减排约300万吨二氧化碳,减少100万吨标准煤能源消费。

2020年7月份,中国宝武在八钢进行了富氢碳循环氧气高炉工艺实验,把脱碳后的煤气接入富氢碳循环高炉,与接入炉脱碳煤气前相比,富氢碳循环高炉吨铁燃料比下降近45千克,比传统高炉减排二氧化碳30%。传统高炉采用热风炉生产,由于高炉煤气含有大量氮气,不具备脱碳再循环使用价值,这也是传统高炉实现碳减排最大的难点。2021年7月份,八钢富氢碳循环高炉已实现第二阶段50%(第一阶段为35%)富氧目标。后期,八钢富氢碳循环高炉将通过技术升级和优化,实现全氧冶炼目标。

2021年1月份,中国宝武宣布力争2023年实现碳达峰、2035年实现减碳30%、2050年实现碳中和。

鞍钢集团

鞍钢集团积极布局氢冶金相关技术研究。2021年7月份,鞍钢、鞍山钢铁与中科院过程所、中科院大化所、上海大学签订“绿色氢能冶金技术”五方联合研发协议,推动绿色氢能冶金技术发展和应用,主要包括风电+光伏(绿电)—电解水制氢(绿氢)—氢冶金工艺,配加钒电池储能调峰。

2021年5月份,鞍钢宣布计划在2025年前实现碳达峰、2030年实现前沿低碳冶金技术产业化突破、2035年碳排放总量较峰值降低30%,力争成为我国钢铁行业首批实现碳中和的大型钢铁企业。

河钢集团

2019年3月份,河钢集团与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学签订合作协议,组建氢能技术与产业创新中心,研究包括制氢、储运、加氢等氢能利用领域。

2019年11月份,河钢集团与意大利特诺恩集团合作利用世界最先进的制氢和氢还原技术在河钢宣钢建设全球首例120万吨规模的氢冶金示范工程,并于2021年5月份启动,预计年减碳幅度达60%。该项目利用风能、光能等可再生能源,使用含氢量约70%的补充气源作为还原剂,生产1吨直接还原铁仅产生250千克二氧化碳,同时对产生的二氧化碳进行选择性回收。

2020年11月份,河钢集团与意大利特诺恩集团签订合同,建设高科技的氢能源开发利用工程,包括1座年产60万吨的ENERGIRON直接还原厂。

2021年3月份,河钢和必和必拓签署合作备忘录,围绕氢气直接还原铁技术、钢渣处理及循环利用技术等重点领域展开协作。

2021年3月份,河钢宣布计划2022年实现碳达峰、2025年实现碳排放量较峰值降10%以上、2030年实现碳排放量较峰值降30%以上、2050年实现碳中和。

包钢集团

2021年5月份,包钢宣布计划2023年实现碳达峰、2050年实现碳中和。

2021年8月份,包钢集团与亿利集团、西部天然气公司签署战略合作协议,以包钢氢冶金工艺路线为基础,利用亿利集团在制氢及西部天然气公司在管网输气方面的优势,形成光伏制氢、管道输氢和绿氢冶炼共同体,并探索发展氢能重卡等终端应用产业。

建龙集团

2021年4月13日,建龙集团总投资达10.9亿元、占地240余亩的内蒙古赛思普(CISP)科技有限公司年产30万吨富氢熔融还原法生产高纯铸造生铁项目热试成功,出铁156吨。

该项目通过氢冶金和熔融还原相结合,强化对焦炉煤气综合利用,推动传统碳冶金向氢冶金转变,可有效减排二氧化硫及氮氧化物38%左右,减排粉尘89%。该项目研发共分3个阶段,目前处于第一阶段,可实现喷氢1万吨/年,减少二氧化碳排放11.2万吨/年。

酒钢集团

2020年10月份,酒钢建设了首套煤基氢冶金中试装置及配套的干磨干选中试装置。其以高炉瓦斯灰为原料,回转窑投料运行后料层碳气化反应良好,瓦斯灰在回转窑内被有效还原,并形成了金属化块料。

煤基氢冶金工艺流程短、监控点少,水循环及水处理设施规模小,烟气排放次数少且数量小,将减少能耗50%以上。

京华日钢控股集团有限公司

2020年5月份,该公司与中国钢研签订了《年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目合作协议》,以氢冶金全新工艺—装备—品种—用户应用为目标,建设具有我国自主知识产权的首台(套)年产50万吨氢冶金及高端钢材制造产线,其所用氢气是从以天然气为原料生产醋酸乙烯的共生产品中提取出来的。

山西中晋太行矿业有限公司

中晋太行矿业有限公司于2017年8月份在山西左权县龙泉乡循环经济工业示范园启动气基竖炉直接还原铁工艺项目建设。该项目投资约为7.5亿元,采用优质的铁精粉和焦炉煤气(配套建设100万吨焦化项目)生产30万吨/年优质高纯直接还原铁,2021年6月份试产成功,产出了合格海绵铁。

我国钢铁行业氢冶金建议

第一,国家政策倾斜,解决资金问题。

氢冶金研究和技术创新需要大量资金,同时向氢能转变需要在太阳能和风能发电方面投资,钢铁企业可能将面临较大的资金压力,需要国家政策的倾斜。

第二,降低氢成本。

在炼钢(包括生产直接还原铁)过程中,企业使用蓝氢(使用化石燃料制氢,并使用碳捕集和碳封存)和绿氢的成本高,没有竞争力。直接还原铁厂一般使用天然气,通常位于天然气价格低廉的地区,例如中东和美国。目前来看,如果要在使用氢冶炼或生产直接还原铁方面具有竞争力,那么氢的价格应低于2美元/千克,最好低于1美元/千克。

另外,氢的来源、运输、存储也需要考虑。其中,氢的来源主要包括利用钢厂焦炉煤气中的氢和通过水电解制氢,而水电解制氢中电力来源应是绿色能源,比如核电、水电、风电等。

第三,解决氢炼铁技术问题。

一是需要耐氧—氢燃烧超高温的风口,如果直接使用现有风口,则风口的熔损将成为问题,需要开发新风口。例如,氧气采用其它喷枪,引入到炉下部内,控制燃烧焦点的位置。

二是没有焦炭导致的炉料下降、透气性和透液性的问题,在低温约900摄氏度以下利用氢快速还原很重要,所以最好在炉料熔融开始前熔化区(炉下部的氧—氢燃烧带)阶段一次熔化,这就需要研究最佳的炉料形状并改善还原性状等。

三是考虑氢的危险性。

除上述因素外,企业还必须考虑氢配管的安全性,构建安全的氢贮存、输送和喷吹系统。

第四,利用焦炉煤气发展非高炉炼铁技术(氢冶金直接还原)。

近年来,在天然气产量丰富的国家和地区(如中东、美国、南美、东南亚、非洲),DR-EAF(直接还原—电炉)短流程发展很快。

其中,气基竖炉直接还原铁电炉炼钢年产量已经达到2000万吨以上。美国有廉价且丰富的页岩气资源,DR-EAF短流程已步入常态化发展。例如,欧洲奥钢联公司在美国得克萨斯州建造了一座年产200万吨HBI(热压块铁)直接还原铁厂,其产品将被运回奥地利,供林茨钢铁厂使用。印度由于炼焦煤气短缺,采用煤基+气基两种工艺生产直接还原铁,之后进行电炉炼钢,这使印度成为全球直接还原铁生产大国。

这些国家的生产实践证明,DR-EAF短流程具有建设成本低、能耗低、二氧化碳排放低的特点,已获钢铁界普遍认可,但发展DR-EAF的前提条件是必须有足够的天然气资源做支撑。

我国虽然天然气资源相对短缺,但拥有大量的焦炉煤气,焦炉煤气含有60%氢气,是高化学能气体资源;焦炉煤气用作燃料是低效率的,应用作还原剂。焦炉煤气生产直接还原铁是氢冶金在钢铁流程再造中的应用,而且氢冶金在冶金过程中不与焦炭接触,生产的直接还原铁为高纯铁,产品质量高,有利于电炉生产出高纯净钢。

另外,随着大规模产业化经济制氢(太阳能、风能、水能、海洋能和地热能为基础的零排放经济制氢)与储氢技术发展,全氢竖炉直接还原技术将得到进一步发展。

本文转载自:中国金属学会

http://www.csm.org.cn/kjxx/kpyd/2021916/1631757914373_1.html

莱钢炼钢技术进步与展望

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莱钢炼钢技术进步与展望
郑春玉,庄 辉,马佐仓,李丰功
(莱芜钢铁集团有限公司 技术资源部,山东 莱芜 271104)

摘 要:简要介绍了莱钢炼钢的总体概况,介绍了莱钢炼钢在铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼、连铸和资源综合利用等方面的技术进步,阐述了近年来自主开发集成技术的现状和水平,这些技术的采用为莱钢开发生产高难度、高附加值产品以及资源综合利用创造了良好的条件。提出了莱钢炼钢未来的发展方向,提高装备水平,生产洁净钢种,优化、完善炼钢新工艺、新技术,加强环保和资源回收利用等。
关键词:炼钢;连铸;精炼;资源综合利用;技术进步;展望
中图分类 号:TF7 文献标识码:A 文章编号:1004-4620(2010)01-0005-03

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)
Abstract: 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.
Key words: steelmaking; continuous casting; refining; comprehensive utilization of resources; technological progress; prospect

1 前 言
莱钢炼钢系统经过近年来改革和发展,坚持走引进、消化、吸收、再创新的道路,在资源综合利用、节能减排等方面也取得了长足进步,先后改造了3座25 t小转炉、新增铁水预处理工位、淘汰了耗能较高的3座25 t小电炉、实施电炉余热回收等技术进步措施,在品种、质量等方面有了质的飞跃,而且自主开发集成了多项关键技术。目前,莱钢炼钢系统主要包括转炉炼钢和电炉炼钢,转炉炼钢现有3座50 t转炉、1座60 t转炉,5座120 t转炉,相应配套小方坯连铸机、带钢坯连铸机、矩形坯连铸机、异型坯连铸机、板坯连铸机,生产能力为1 000万t/a。电炉炼钢现有1座50 t电炉,配套1台方圆坯连铸机,电炉炼钢的生产能力为55万t/a。
2 炼钢工序的技术进步
2.1 铁水预处理
50 t、60 t转炉铁水预处理2005年以前采用铁水包喷吹脱硫处理工艺,其脱硫处理比例达到70%以上,采用石灰粉和电石粉进行脱硫处理,处理后铁水硫含量可以达到0.020%以下,最低硫含量可以达到0.010%。随着品种钢的开发和低硫钢的生产,2005年进行喷吹脱硫的技术改造,采用喷吹镁粉脱硫技术,处理后硫含量可以达到0.001%,为批量生产低硫钢创造了条件。120 t转炉的铁水预处理采用顶喷镁粒脱硫,设扒渣工位,有效减少了铁水包内的渣量,抑制了回硫现象的发生。目前转炉生产线使用的铁水脱硫已达到90%以上,处理后铁水硫含量平均降到0.010%,其中型钢炼钢生产线铁水预处理最低S低于0.001%。
2.2 转炉
2.2.1 高效吹炼技术
2003年转炉扩容改造后,进行了大幅度提高供氧流量的研究,供氧强度提高到4.5 m 3 / (min·t),每炉平均吹炼时间降低到12 min,缩短了冶炼周期,提高了转炉的生产效率。此外,通过不断优化冶炼工艺,加强化渣操作,减少喷溅,提高了终点成分的保
障能力,降低了再吹率,缩短了镇静时间,从而达到了转炉不等成分直接出钢,转炉冶炼周期缩短到23min以下,二次拉碳率也降低到2%。
2.2.2 转炉复吹技术
2004年新投产120 t转炉,投产初期就采用顶底复吹技术,底吹气体为氮气,目前底吹供气强度为0.03~0.1 m 3 / (min·t)。通过对该技术的引进消化和改进创新,对底吹风口的选择、风口布置结构进行了优化,注重提高底吹风口寿命和复吹比例,强调底吹风口裸露,提高了底吹效果。转炉复吹技术不仅创造了良好的经济效益,而且为提高产品的质量创造了条件,特别是为开发高难度、高附加值的新钢种提供了良好的条件,如近年来开发生产的抗氢致裂纹X60、X80管线钢,深冲钢SPHE等均采用了转炉复吹技术。
2.2.3 炉龄控制技术
50 t转炉实施改造后,转炉耐材的材质、炉衬结构、维护方式均发生了根本的变化,耐材以100%镁碳砖综合砌筑,并实施转炉溅渣护炉工艺技术,该技术对提高转炉炉龄起到了积极作用,转炉炉龄有了质的飞跃。2004年以来,每座转炉均实现了万炉不补炉和1个炉役内炉龄超过2万炉,转炉耐材消耗从2004年的0.5 kg/t降低到2008年的0.15 kg/t,实现了经济炉龄。
2.2.4 低磷低硫工艺技术
为了满足高难度、高附加值钢种的开发和生产,对转炉脱磷、脱硫等工艺技术进行了研究和开发。通过铁水预处理深脱硫、铁水包扒渣等技术的应用,入炉铁水S含量降低到0.005%以下,再采用转炉低硫冶炼工艺可以使转炉吹炼终点钢水中的硫含量<30×10 -6 。采用双联低磷冶炼工艺,使转炉吹炼终点钢水中的磷含量达到0.002 0%以下。
2.3 电炉
莱钢特钢厂50 t电弧炉经过不断的工艺技术改造,实施了铁水热装工艺和炉壁氧枪改造,优化了工艺操作模式[1] 。目前,入炉钢铁料结构为“废钢+大于50%铁水”,炉门氧枪1座、炉壁氧枪4座,采用流钢控制技术等,确保了熔清后碳含量为0.30%~0.80%,磷含量为0.010%~0.030%水平,电炉冶炼周期明显缩短,达到平均42 min水平,冶炼电耗和电极消耗明显降低。
2.4 二次精炼
2.4.1 精炼装备概况
2004年前,与转炉配套的精炼装备只有2座LF精炼炉,与50 t电炉配套的精炼装备为1座LF和1座VD炉,VD炉只在生产轴承钢时使用。为进一步提高产品质量档次,开发新品种,在股份炼钢转炉上又新增了1座LF精炼炉,同时提高了VD炉的利用率(利用率达100%),在120 t转炉投产同时,先后配套了5座LF精炼炉、2座RH精炼炉。精炼装备的提升,实现了全精炼工艺措施,对提高产品质量、开发新品种、生产高附加值产品以及提高产品的市场竞争力打下了坚实的基础。表1为莱钢具备的二次精炼设备和功能。


2.4.2 主要工艺技术
1)实施智能吹氩工艺技术。为实现良好精炼氩气搅拌效果,在LF精炼炉引进钢包底吹氩气控制系统,实现自动调整压力,精确了氩气流量控制,杜绝了系统堵塞或者漏气现象,对净化钢水、均匀成分等效果理想,特别是对Al 2 O 3 等夹杂物的去除有良好作用。技术规格指标满足生产需要,设定流量和实际流量偏差<5 L/min;生产过程中小范围调整流量,设定气体的流量与实际流量反应时间<2 s,实现了吹氩智能化,提高了精炼过程的气体搅拌效果。
2)提高真空脱气精炼处理率。随着超低碳钢生产的需要,对新增的RH精炼装置进行技术研究和操作完善,RH真空处理技术不断进步,RH处理比例从2007年不足4%提高到2009年25%。随着蒸汽回收技术的不断完善,将回收的蒸汽用于VD处理,大大提高了VD炉利用率。经过真空处理的钢水,达到了低氢、低硫、低氧效果,钢水质量得到明显改善。
3)充分利用LF炉渣精炼工艺技术。莱钢型钢炼钢厂有120 t LF精炼炉3座,主要完成钢水的加热升温、脱氧、脱硫、促使夹杂物上浮去除以及合金成分调整等任务。近几年研究开发了适合莱钢120 tLF的精炼基础渣和精炼埋弧渣,既能很好地完成脱氧、脱硫等冶金功能,又能实现 LF 的全程埋弧操作。目前,经过LF处理的钢水,脱硫效率可以达到
60%~80%,极低硫钢中硫含量可达到10×10 -6 以下,最低达到8×10 -6 ,为批量生产极低硫钢种创造了条件。此外,RH精炼设备也具有升温功能,这些均是通过铝或硅的氧化反应放热来实现的。根据不同升温工艺,其升温速度为5~10 ℃/min。它们所具有的升温功能对于生产组织、物流顺畅起到了良好的作用。
2.5 连铸
2.5.1 主要装备和功能
莱钢股份炼钢厂现有6台连铸机,其中3台小方坯连铸机、1台带钢坯连铸机、1台矩形坯连铸机和1台6机6流方/圆坯合金钢连铸机。莱钢型钢炼钢厂现有1台近终型异型坯连铸机和3台板坯连铸机。型钢炼钢厂通过不断优化连铸保护渣、提高浇铸速度和连浇炉数、采用异钢种连浇等技术,连铸机的产能和连铸坯质量得到很大的提高。为了进一步提升产品质量和满足下工序不断提高的板坯质量要求,2007年和2008年分别对2号、3号板坯连
铸机进行了综合技术改造,连铸坯厚度由160 mm扩展为175 mm,连铸机中间包采用了液压升降台,为连铸恒速浇铸创造了条件。莱钢特殊钢厂合金钢连铸机于2008年进行了全面升级改造,实现方圆兼顾,并且在结晶器和连铸末端实现了电磁搅拌,减少了铸坯缺陷,提高了连铸坯等轴晶率。
2.5.2 新技术的应用
随着连铸技术的进步,莱钢积极跟踪、应用连铸新技术,在连铸机的建设改造中,主要采用的新技术有:中间包液压升降、结晶器电磁搅拌、结晶器在线高速调宽、结晶器液压振动、动态二冷和动态轻压下控制等技术,这些技术的采用,较大地改进了板坯表面和内部质量。
2.6 资源综合利用
改变原有炼钢过程产生大量废弃物的概念,将炼钢过程产生的液态、固态和气态的物质定义为炼钢过程副产品加以利用。
2.6.1 转炉除尘灰和钢渣的综合利用
莱钢转炉除尘灰返回烧结利用开始于2004年,2005年9月开始将转炉除尘污泥也返烧结利用,有效回收利用了除尘灰和污泥中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分。目前烧结竖炉球团矿中的除尘灰配比为4%左右,烧结矿中配比约为3%,年使用量稳定在14万t以上。转炉钢渣,尤其是前期的喷溅渣含铁较高,一直以来,都外卖给莱钢附企回收利用。2009年,莱钢炼钢厂尝试将转炉前期含铁较高的喷溅渣返回转炉利用,试验结果表明,通过适当的工艺将钢渣返回转炉利用,可以有效地促进转炉冶炼过程的前期化渣,降低石灰的消耗,提高金属收得率,达到降本增效的目的。
2.6.2 蒸汽和煤气的回收利用
转炉炼钢产生大量的高温烟气,经除尘后,回收了其中大量的煤气和蒸汽,转炉工序已经实现负能炼钢,莱钢型钢炼钢厂最低达到吨钢-7.04 kg,莱钢股份炼钢厂也于2009年上半年实现负能炼钢,转炉工序能耗达到-0.94 kg。
3 自主开发集成的主要技术
莱钢炼钢系统从投产以来,经历了引进、消化、吸收、改进和创新的过程,近年来自主开发了多项工艺技术,促进了炼钢生产技术的进步和发展,为莱钢生产高附加值和高难度新钢种创造了条件。
3.1 智能炼钢技术
2004年,莱钢型钢炼钢厂的120 t转炉投产后,一直采用人工经验炼钢,转炉终点温度和终点碳氧含量不能准确控制,极大影响了钢水质量和生产节奏。2007年,在转炉副枪系统改造完成后,通过优化原材料条件,提高设备装备水平,完善数据监测及采集系统,提高自动化控制水平,优化冶炼模型等措施,2009年智能炼钢比例达到92.6%,最终完成了转炉智能炼钢技术。自转炉全封闭智能炼钢技术成功开发以来,氧气消耗减少,碳温双命中率提高,钢水过氧化现象减少,钢铁料消耗大幅度降低,经济效益明显增加。

3.2 铁水+矿石转炉炼钢技术
随着市场上废钢、铁块资源紧缺,价格大幅度上涨,造成废钢、铁块供应不及时而且质量也难以保证。转炉入炉料结构根据市场形势进行动态调整,波动很大,对稳定转炉操作造成不利影响,转炉钢铁料消耗也大幅增加。从2006年1月份开始,莱钢对转炉入炉料结构进行试验研究,提出了多加入铁矿石代替废钢和铁块的入炉模式,试验研究取得明显效果,转炉氧气消耗从原来的55 m 3 /t降低到52m 3 /t,钢铁料消耗也由1 095 kg/t降低到1 087 kg/t。
3.3 电炉第4孔除尘余热回收利用技术
2006年,在保留50 t电炉原除尘系统的基础上,新建了一套电炉第4孔除尘余热回收利用系统,该系统主要由第4孔移动滑套、高温烟道、燃烧沉降室、余热换热系统、除尘器、风机、吹灰系统、软水站、电气系统、仪表及自动化系统等组成。系统的主要目的是利用烟气余热和热管锅炉产生饱和蒸汽,供给VD炉生产或作为热源外供,最大限度地回收电炉余热能量。
4 展 望
面对快速发展的中国钢铁业和竞争日益激烈的市场环境,为了提高莱钢炼钢的整体实力,增强莱钢产品的市场竞争力,今后几年应炼钢采取的措施如下:
1)提高装备水平,生产洁净钢种。莱钢型钢炼钢厂4 # 大板坯连铸机投产后,将大大提高船板钢、管线钢和深冲钢等品种的产量和质量,并且也将新上KR脱硫装置,极大提高入炉铁水质量。莱钢股份炼钢厂银山前区将来也要新增1套2个工位的VD脱气装置,实现转炉优特钢钢水精炼脱气处理,提高钢水洁净度。
2)优化和完善炼钢新工艺、新技术,不断拓展品种,提高质量。推广炼钢洁净钢生产技术的应用;完善铁水包喷吹脱硫工艺技术,稳定脱硫效果;优化转炉复吹技术,提高复吹比例和底吹效果;优化转炉挡渣技术,减少钢包渣量;进一步完善钢水快速精炼技术和极低碳钢生产技术;完善连铸电磁搅拌技术和动态轻压下技术,改善铸坯质量;优化
完善管线钢、深冲钢和船板钢等高端产品的生产工艺技术,以批量、稳定、合理成本为下工序提供优质连铸坯。
3)建立高效转炉、精炼、连铸生产系统,为炼钢在定修、炉修期间保持物流畅通创造良好的条件。现代化的炼钢生产不仅要提高各工序的作业效率,更重要的是提高整条生产线的作业效率,其中各工序的设备功能完好是建立高效转炉、精炼、连铸生产系统的基础。
4)环保和资源回收利用。随着人们对环境要求以及国家对排放标准的不断提高,对炼钢也提出了更高要求。为进一步减少对周边环境的不利影响,炼钢在除尘方面还要做大量工作,除了减少粉尘的产生以外,还要有效控制粉尘的排放,防止对大气的污染。今后几年要始终坚持科学发展观,依靠科技进步,推进循环经济发展,加大对资源利用、节能降耗、清洁生产、污染控制等方面的技术研究,使炼钢成为走可持续发展道路的样板。
参考文献:
[1] 王广连,申景霞,王学利,等.50 t EAF-LF冶炼终点(TPC)和窄成分(NCC)控制技术的应用[J].特殊钢,2007,28(3):59.

收稿日期:2009-12-22
作者简介:郑春玉,男,1974年生,1997年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业。现为莱钢技术资源部工程师,从事炼钢工艺技术及管理工作。

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KOBM转炉炼钢工艺的集成控制 Integrated KOBM Steelmaking Process Control

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今天发一篇KOBM工艺的文章,转自北科大新闻网, Integrated KOBM Steelmaking Process Control

内容如下:

2015年5月29日下午,“冶金大讲堂”第二十八讲在我校冶金楼青钢报告厅成功举办。应钢铁冶金新技术国家重点实验室刘青教授邀请,ArcelorMittal Dofasco公司的资深炼钢工艺专家廖冬生博士担任本次大讲堂的主讲嘉宾,作题目为“KOBM转炉炼钢工艺的集成控制”的学术报告。钢铁冶金新技术国家重点实验室副主任刘青教授主持了讲座,钢铁冶金新技术国家重点实验室副主任李晶教授、陈伟庆教授,冶金与生态工程学院朱荣教授、高斌副教授等多位老师和研究生参加了讲座。

廖博士向大家介绍了KOBM转炉炼钢所应用的四大特色工艺技术,包括支撑转炉配料的新一代静态模型;利用炉气成分对KOBM转炉吹炼进行系统控制;自动出钢技术;底吹转炉的定点溅渣技术。同时,介绍了如何实现自动化与四大工艺技术有效集成,形成一个高度完整、高度自动化的KOBM转炉炼钢工艺,达到操作及成本最优控制。

各位教授及研究生们对廖博士精彩的讲座给予了热烈的掌声,并就报告内容和炼钢生产问题争相提问,廖博士基于自己在现场多年的生产研究经验对提出的问题一一做出解答。最后,钢铁冶金新技术国家重点实验室副主任李晶教授向廖冬生博士颁发了冶金大讲堂第二十八讲证书。

钢铁冶金新技术国家重点实验室一直注重为教师和学生构建国际视野的学术交流平台。2015年度5月的冶金国重国际学术交流活动月不仅邀请德国、加拿大、韩国等国家著名高校学者,还邀请国外钢铁企业一线的生产专家,为师生提供多方面多类型的交流活动,形成了良好的学术、技术交流氛围,得到大家一致好评。今后,冶金国重将继续坚持举办丰富的国际学术交流活动,为全校师生拓展国际合作交流方式、建立青年教师和研究生培养的国际化机制做贡献。

主讲人简介:

廖冬生,资深炼钢工艺专家,现任职于ArcelorMittal Dofasco公司,长期从事冶金工艺理论的应用与研究和炼钢新工艺的开发。近年来,其研究小组开发了许多新工艺,新方法,并取得很好的实际效果。特别是以下几项技术取得巨大工业价值:①建立在炉气成份基础上的转炉吹炼系统控制;②炼钢工艺的系统集成和自动化;③KOBM 底吹溅渣;④高效,快捷的VD 冶炼超低碳钢工艺;⑤IF 钢的夹杂控制和纯净钢工艺;⑥炼钢炉渣的循环利用。曾两次获得ArcelorMittal 技术革新一等奖;2013年度世界钢铁协会颁发的“Steelie Award”-技术革新类;获得美国钢铁技术协会“Hunt-Kelly Outstanding Paper Award”(一等奖,二等奖各一次);二次获得美国钢铁技术协会炼钢分会“Charles H. Herty Jr.Award.”。

文章来源:北科大新闻网

冶金大讲堂第二十八讲

单位(作者):冶金国重 李想 | 来源:本站原创 | 更新时间:2015-06-01

http://news.ustb.edu.cn/xueyuandongtai/yejinguozhong/2015-06-01/60536.html

世界,您好!

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30Cr1Mo1V高洁净钢锭的生产技术控制水平研究

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作者:

王意平,陈培红,尚飞

摘要:

通过合理地控制冶炼,浇注工艺,实现了采用大气浇注方式生产40~55 t锭型高洁净钢锭的生产技术,锻件超声波探伤普遍达到Φ1 mm以下,实现了30Cr1Mo1V高中压转子钢锭用大气浇注代替真空浇注.

关键词:

高洁净钢锭 30Cr1Mo1V高中压转子 大气浇注

年份:

2020

高效率、低成本洁净钢制造平台的集成技术

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高效率、低成本洁净钢制造平台的集成技术

常金宝  冯润明  王欣
唐钢二钢轧厂在建设洁净钢平台的过程中,以稳定性、大批量为特点,充分运用六项技术即高适应性铁水预处理、高效率转炉冶炼、协同的二次冶金技术、稳定均衡的全连铸技术、顺畅—简捷的”流程网络”技术和动态—有序的物流信息化技术,形成了特色鲜明的建筑长材用钢洁净钢制造平台。通过精细化管理和优化生产工艺,实现了生产的高效率运行和低成本控制。

五吨铁水六吨钢,青山炉火益自强—-武钢炼钢厂铁钢比创0.816最优记录

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本文转自“武钢有限”公众号

原标题五吨铁水六吨钢 青山炉火益自强

进入2020年12月份中旬,武钢有限炼钢厂全厂入炉口径铁钢比咬定0.85水平线,呈现出继12月4日创造单日铁钢比0.816最优记录以来,再度提档进位的良好态势。

铁钢比
      铁水成本占钢企全流程总成本70%左右。用同量的铁水炼更多的钢,是钢企降本增效的“内功心法”“绝技要诀”。武钢有限地处内陆,先天条件决定矿石成本高于沿海钢企,铁水成本劣势明显。降低铁钢比是武钢有限提升成本竞争力的必由之路,好比一段逼仄的峡谷,冲出去则天高地迥,冲不出去则危机重重。
时不我待,迫在眉睫。今年初,就在抗疫保产最艰难困苦的相持时日,武钢有限即已启动铁钢界面的梳理优化工作。6月份,乘抗疫保产“双胜”之势,炼钢工序集中发力铁钢比攻关。9月份,中国宝武党委书记、董事长陈德荣到武汉调研时指出,武钢有限要聚焦铁钢比、铁水耗等关键指标砥砺奋进,为“梅开二度、重回标杆”筑基铸底,炼铁厂开启连续出铁模式,全面打响铁钢比攻坚战。
     
      公司成立了由制造管理部牵头、副总经理吴健鹏任组长、总经理助理佟岗任副组长的铁钢界面攻关小组,学习借鉴湛江钢铁、鄂城钢铁成功经验,全面对标找差。按照“一级计划、一级调度”原则,实行炼铁厂、条材厂、炼钢厂、运输部生产调度集中办公,铁钢界面全体相关人员“组团”“建群”,共同参与、共同策划、共同行动。
      向铁要钢,向时间要产量,向效率要效益。武钢有限铁心对标找差,铁心挖潜降本,铁心重回标杆。
打破间隔  连续出铁

 

       武钢有限五、六、七、八高炉各有4个出铁口,自开炉以来一直延续传统的渣铁排放模式,规定两炉铁之间间隔15-20分钟。这种模式便于炉前操作人员堵口后进行其它生产操作,但节奏慢,不符合追求极致效率的理念,也不适应武钢有限1600万吨产能规划下铁水资源相对紧张的现实,必须打破间隔,蹚出一条连续出铁的新路。
     
      七高炉“第一个吃螃蟹”。自2006年开炉至今,七高炉已迈入国内长寿高炉的序列,炉身冷却壁破损不断加剧,高炉休风率居高不下,炉缸状况欠佳,渣铁难出,影响高炉顺行。炼铁厂把提升出铁效率和优化炉况一体策划,一体推进。通过缩小开口机钻头直径、提升炮泥强度、精心设置铁口深度等措施,延长单次出铁时间,有效出铁时间由不足85%提升到95%以上。坚持大风量、大富氧操作方针,有效控制铁水硅硫含量和炉渣碱度波动范围,提高铁水物理热,活跃炉缸。开启连续出铁模式后,七高炉炉况更稳定,抗干扰能力更强,11月份平均日产8296吨,高炉利用系数2.592t/m3.d,分别较10月份提高了645吨、0.202t/m3.d。
     
      出得快还要运得快。炼铁厂与运输部协同联动,从配罐模式、运输组织入手,提高铁水罐周转率,降低铁水温降,向时间要效益、要产量。推进“一罐对一包”装载模式,大罐全部尽量受铁走罐,尽可能减少二次受铁,全天缩短大罐停留时间80分钟以上。高效完成七高炉全车衡检修,加强大罐受铁装准率的管控,平均装准率提升至97%以上。
           目前,连续出铁模式已经由点到面,在八高炉、六高炉、五高炉依次“开花“,四高炉也积极组织推进。11月,炼铁厂生铁产量超计划3.5万吨,计划完成率103.02%,累计完成铁产量1291万吨,超计划6.8万吨,计划完成率100.53%。
一气贯注  趁热打铁

                   从高炉到转炉,理想状态是:铁水在途时间最短,总量损耗最低,温度减降最少。
               理想很丰满,现实很骨感。武钢有限铁区五座现役高炉离散分布,斗折蛇行,形似“汤勺”。当初建设并无总体规划和前瞻布局,而是因地就形、见缝插针。炼钢序列则迥然不同,CSP、一炼钢、四炼钢、三炼钢自南向北依次展开,是一个“雁阵”造型。如果从“汤勺”的中部向底端引一条直线,大体与“雁阵”的斜线平行。但此般巧合丝毫无益于铁钢之间高效互联。受制于地形空间、铁道线路等多种因素,就近原则并非高炉与转炉“配对”的唯一原则。如果转炉会说话,一炼钢的转炉一定会对7号高炉说,世上最远的距离不是天涯海角,而是“鸡犬之声相闻”却“老死不相往来”。它们直线距离最近,却隔着一座山包!
                  从湛江钢铁调来的副总经理(主持工作)、党委副书记敖爱国在比较东山与青山铁钢布局后说:“成本首先是设计出来的,青山基地的铁水成本在设计上先天不足,必须靠后天努力找补回来。”
“大事以一气贯注而成”。趁热打铁意味着更优的组合,更快的节奏,更高的效率。
                   年初,武钢有限运输部制定了优化高炉配罐走罐方式、提高铁水装载精度、加强铁水定向管理等措施。运输部铁运分厂大力推行打破区域界限、减少钩活交接、跨区取配、分片交接。铁区党支部攻关小组通过运营系统分析和工艺流程演算,就物流途径、看罐模式形成颠覆性革新方案。第一阶段,将四高炉配罐模式改为8+1模式。第二阶段,将100吨看罐由老罐库前移至CSP北头栈桥。第三阶段,试运行“一罐对一包”生产模式,每罐铁水装载量200±10吨;将七高炉配罐模式改为1+1模式,全部改为大罐配位。第四阶段,将八高炉配罐模式改为2+1+1模式,先到先出,先出先走;创新运输模式,实行单罐运输,加快周转。
“切勿浪费较多的东西去做用较少的东西同样可以做好的事情。”——“剃刀原理”亦称“简单有效原理”,通常浓缩为8个字:“如无必要,勿增实体”。为了降低铁钢比,敖爱国举起了“剃刀”:大罐从45个减到30个,小罐从65个减到45个。
      “剃刀”之下,面目一新。原先,空罐配罐模式为:高炉所需大小罐全部配好后才开始出铁,报铁后再一起运输至钢厂,现在改为不用全部配齐,只配部分就开始出铁,后续快速组织配罐配位。原先,重罐走罐模式为:高炉报铁后一起运输至钢厂,现在改为高炉拆分报铁,即报即走。原先,大罐不加盖、不烘烤,现在改为上线加盖,下线烘烤。
     
      新模式大幅缩短了高炉下、运输中和转炉前大小罐等待时间,降低了大小罐投用量,加快了运输周转,周转率由原来2.4左右提升到3.5以上,运输温降从154℃降到143℃。
 
好木顶梁  好铁成钢

 

         五吨铁水六吨钢,“魔术”最终是在转炉里完成的。
         条材厂优化生产组织模型,重构一炼钢和CSP生产界面,按照“四炉五机”模式一体化组织生产,生产节奏更快,铁水积压和温降显著优化。抓住“牛鼻子”,做好“硫文章”,梳理不同钢种的硫控要求,优化脱硫工艺,分类执行深脱硫、浅脱硫、不脱硫工艺标准,推进普钢和重轨钢铁水直兑,降低铁水脱硫比,减少热量损失和脱硫剂消耗。
       炼钢厂从降低铁钢界面温度损失、提高内部效率减少工序温降、减少转炉冷料加入、管控钢铁料消耗四个方面着力,实行“天天读”、“炉炉清”,想尽一切办法利用好每一度热量。与上年同期相比,11月份,三炼钢、四炼钢入炉铁水温度分别提高35℃、34℃(其中高炉出铁温度升高贡献7℃),转炉出钢温度分别降低16℃、21℃。
       没有什么“隔空取物”,“五吨铁水六吨钢”就必须增加废钢装入量。这就意味着转炉要“多啃骨头少喝汤”。条材厂结合“三拼三争”、“我为企业献一计”活动,发动员工现场攻关,合理扩大废钢槽容量,科学推进多加废钢、少兑铁水,解决了“啃骨头”后的“肠道消化”问题,CSP废钢加入量突破300kg/t,比上年增加60%。炼钢厂结合党支部“创先争优”、党员登高计划、工会劳动竞赛,发动各产线攻坚克难,员工自主设计出一种炉后高效加废钢的装置。该装置集成了铲车和废钢槽效能最佳结合点,实现了自卸行走。利用这种多功能废钢槽装置从炉后直接加废钢入大罐,既减少了热量损失,又提高了钢水收得率。
条材厂还推行铁钢比和钢铁料“一体双降”,结合经济炉龄机理,实行留渣作业,减少转炉吹损,钢水浇尽,余渣回收,循环利用,降低金属料流失,一炼钢和CSP钢铁料消耗比去年分别降低了6kg/t和10kg/t。炼钢厂通过推进留渣作业,降低熔剂消耗,减少热量损失;实行“炉炉清”,降低冷却剂消耗,减少热量浪费,污泥球团消耗也大幅降低。
        初心不改,使命必达。条材厂铁钢比3季度实现“破九见八”,11月份仅为0.835,较2019年降低87kg/t。炼钢厂连续6个月刷新纪录,12月4日创造单日铁钢比0.816最优记录。公司钢坯日产量由4.1万吨提升到4.8万吨。
         当前,武钢有限铁钢比全力冲刺0.85,常态化“五吨铁水六吨钢”胜利在望,极大提振了干部员工的士气和信心。按照宝钢股份党委《学习贯彻习近平总书记考察中国宝武重要讲话精神行动方案》要求,武钢有限党委书记、执行董事吴小弟牵头完成了《深入对标华菱钢铁,落实三年提升计划,全面提升武钢有限盈利能力》调研报告。报告写道:“短期来说,2021 年,在一座高炉大修的情况下,以生产规模不低于 2020 年为总要求,确保铁 1280 万吨、钢 1480 万吨,挑战铁 1300 万吨、钢 1500 万吨。长期来说,在实施三年提升计划后,在不新增冶炼设备投资的情况下,生产规模要保持 1600 万吨钢以上。”
          纵向比进步很大,横向比尚有差距。武钢有限将按照“转观念、提效率、动真格、迎头上”十二字方针,坚持目标导向、问题导向、结果导向,切准问题本质,把准进步方向,突破固有思维束缚,以颠覆性的理念和行动,朝着“七吨铁水九吨钢”的一流目标和“梅开二度、重回标杆”的绚丽梦想阔步前进。

图文:程琳  班兆东 苏洁 程刚 何怡
编辑:雪雪君儿 明程

降低铁水单耗创新低

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3月份,陕钢集团汉钢公司钢轧事业部铁水单耗完成889.04kg,首次突破月铁水单耗900kg,创历史新低。

项目管理+政策导向,联合发力“降消耗”

2018年,为进一步降低铁水单耗,陕钢集团汉钢公司钢轧事业部成立了由事业部部长任组长的“降低铁水攻关”项目组,由各单位共同发力,一方面在转炉生产时根据生产状况执行最大废钢比,单炉次未完成目标铁水单耗的分析原因,及时采取措施调整;综合管理科每周测算当周及月累计铁水单耗,通过数据核算反馈工段,强化细化影响环节,及时调整操作及废钢配加模式;另一方面在内部开展铁水单耗劳动竞赛,并制定相应的竞赛方案,明确赶超目标,强化工艺纪律、严格奖励考核,进一步激发岗位人员降成本的潜能,推动了指标的不断向好

市场行情+综合判断,价低质优“购废钢”

废钢的加入量与提产能降消耗有着直接关系,为确保采购“价低质优”废钢,该事业部在建立“铁水成本倒推”及“钢材成本倒推”两种模式测算废钢采购价格的基础上,联合计量检验中心、内保监督科对每车进厂废钢严格把关,对含杂、料型等进行研判,对每一批次、每一合同号的废钢进行抽样测试,转炉工段各班组根据废钢配加及出钢情况计算收得率反馈供销部,通过收得率指导废钢采购。同时,主动与供销部沟通,分析废钢市场行情,在废钢采购时按旬预定,以此达到多次低价位大量进购优质废钢。

增加配比+规范工艺,提质降耗“增效益”

为增加废钢配比增效益,该事业部转炉工段根据热平衡原理,确定了最大限度使用化渣球,在确保化渣的前提下,降低烧结矿使用量;同时制定了高碱度、高氧化镁的护炉策略,增加石灰及轻烧白云石的配加确保炉衬运行,降低石灰石、生白云石冷渣料加入,为增加废钢创条件;此外还强化人员操作,从装入量配比、铁水成分传递、一次倒炉率、出钢碳及降低喷溅次数等方面严格规范,增加单炉次出钢量。

2018年,在400万吨钢的产量目标及市场效益驱动下,陕钢集团汉钢公司钢轧事业部集思广益,紧紧围绕效益最大化,确定了节铁增钢的总思路,大胆尝试,经努力,单炉次废钢配加由2月份的22.79吨增加至3月份的25.95吨,铁水单耗由2月份的927.889kg降低至3月份的889.04kg,降低38.849kg,降幅4.18%,在3月16日-3月22日铁水单耗一度达到880.34kg。

鞍钢集团与北科大签订战略合作协议

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11月2日,鞍钢集团与北京科技大学(下称北科大)签订战略合作协议,双方将在先进材料开发、冶金工艺提升、智能制造、绿色制造、人才培养与交流等方面全面展开战略合作,提升自主创新能力,实现共赢发展。

鞍钢集团党委书记、董事长谭成旭,党委副书记、总经理戴志浩,党委常委、副总经理邵安林、段向东;北科大校长、党委副书记杨仁树,副校长吴爱祥,中国工程院院士毛新平出席签约仪式。戴志浩、杨仁树代表双方在战略合作协议上签字。

杨仁树表示,鞍钢集团与北科大具有良好的合作传统和基础,尤其在“十三五”期间取得了丰硕的合作成果。北科大会一如既往地支持鞍钢集团创新发展,为其提供全链条支撑服务,希望双方持续加强沟通协作,引领产业科技进步。谭成旭表示,鞍钢集团将做好“十四五”规划,不断提升科技创新能力,努力实现科技自立自强。希望双方加快校企协同攻关,进一步加大开放创新力度,拓展创新合作模式。戴志浩表示,双方将以这次战略合作协议签订为契机,聚焦关键共性技术、智能制造、绿色制造等发展方向,推进产学研一体化,促进科技成果转化,打造双赢、可持续发展的战略合作伙伴关系,共同书写高质量发展新篇章。

当日,双方还举办了学术交流会。毛新平和北科大专家学者做学术报告。11月3日,北科大专家学者与鞍钢集团相关人员还围绕炼钢、轧钢、矿产资源等内容进行了分组学术交流。

为我国炼钢事业添砖加瓦

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