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新中国70年炼钢工业的进步与发展历程
发布者:admin 2019-11-26 | 1452

1 炼钢历程回顾

1949 年新中国诞生至今,已走过了 70 年历程。在此期间,我国钢铁工业在战争的废墟上艰苦创业,一路走来,我国钢铁工业取得了令人瞩目的辉煌成就。从 1949 年新中国成立到改革开放的近 30 年时间里,我国一直把发展钢铁工业作为实现工业化的中心环节。经过近 30 年的努力,我国基本形成比较完整的钢铁工业体系,为改革开放后钢铁工业的快速发展奠定了基础。

20 世纪 50 年代,重点是对当时现有的钢铁生产工艺装备进行恢复、扩建、改造,以满足新中国经济建设的急需。第一个五年计划(1953 年 -1957 年)期间,苏联援助中国建设 156 个工业项目中,包括鞍钢、本钢改扩建、武钢、包钢、齐齐哈尔钢厂新建等共 8 个钢铁项目,8 个钢铁项目占 156 个项目的总投资额近一半,投资额最大的是鞍钢的扩建改造。此外,“一五”期间,在苏联帮助下,还开启了对石景山钢铁厂等近 20 个钢铁企业改造和扩建工程。

1956 年规划并开始建设的“ 三大、五中、十八小”, “三大”是继续进行鞍钢、武钢、包钢三个大型钢铁基地建设 ;“五中”指扩建、新建太钢、重钢、马钢、石景山钢铁厂、湘钢 ;“十八小”指济钢、临钢、南钢等十八个小型钢厂; 此外,1958 年各省市自治区还建设了一批地方中小钢铁企 业,全国掀起了大炼钢铁运动, 当年即建钢厂 30 余家。

从 1964 年开始的“三线建设”高潮。钢铁工业在调整的同时,开始了以西南攀钢、西北酒钢为主的“大三线”建 设和以中西部地区军工配套的 “小三线”建设。通过这轮新建以及对其他已有钢厂的改扩 建,使我国初步形成了基本完 整的钢铁工业布局。此后,这 些企业绝大数成为我国钢铁行 业的骨干,至今仍发挥着重要 作用,并发展壮大。这对我国 钢铁工业发展来说意义重大, 为新中国钢铁工业日后发展打 下了重要的基础,新中国成立70 年来我国主要炼钢大事记如表 1 所示。

表1:新中国成立 70 年来我国主要炼钢大事记

时间

炼钢大事记

1949年4月25日

鞍钢第一炼钢厂2#平炉成功炼出了新中国第一炉钢水

1950年6月

本钢特钢厂首次完成了新中国RS5型枪钢的试制生产任务

1951年9月

由中国人民解放军创办新疆八一钢铁厂

1952年9月

太钢成功冶炼出新中国第一炉不锈钢

1954年9月10日

抚顺特钢成功试炼新中国第一炉铬不锈钢

1954年9月

本钢特钢厂研制成功我国第一批P类炮钢

1956年3月26日

抚顺特钢成功冶炼出新中国第一炉高温合金

1958年

首钢建起我国第一座侧吹转炉。

1964年

重钢建成国内第一台立式方坯连铸机、第一台弧形板坯连铸机投产

1964年12月

首钢建成我国第一座30t顶吹转炉

1975年

包钢引进瑞典两台ASEA - SKF型钢包精炼炉,开始推广钢包精炼

1978年

宝钢开始建设,是新中国成立以来最大的钢铁工业引进项目

1983年10月

新中国第一台18t AOD炉在太钢建成投产

1985年3月

武钢二炼钢厂实现全连铸,成为我国第一个全连铸炼钢厂

1985年11月

新中国第一台不锈钢立式板坯连铸机投产

1986年5月

在天津签字筹建TPCO油井管项目,是继宝钢之后,我国引进的重点钢铁项目

1988年9月

太钢由奥地利引进的新中国第一台立弯式特殊钢板坯连铸机投产

1990年1月

宝钢转炉开启负能炼钢,达到国际先进水平

1990年4月

舞钢从奥地利引进的我国第一台90t 超高功率电弧炉及我国第一台1.9m大型板坯连铸机投产

1994年3月

江苏沙钢建成国内第一座90t 竖式电弧炉,德国福克斯公司制造

1996年

我国钢产量突破1亿吨,达到1.0124亿吨,成为世界第一产钢大国

1999年10月

唐山钢铁公司侧吹转炉停产,至此我国淘汰了侧吹转炉

2002年

使用三步法炼出中国第一炉转炉不锈钢

2002年

我国平炉全部停产、淘汰

2003年2月

首钢最后一座30t 顶吹转炉停产

2006年

中国不锈钢产量超越日本,居世界第一

2006年

宝钢成功开发出X120管线钢

2006年7月

鞍钢首次开发出X100管线钢,也是国内首次

2009年8月

上海重型机器厂正式投产的450t 电渣重熔炉,是目前世界上最大的电渣炉

2011年11月

最大规格Φ1000mm连铸圆坯在兴澄特钢投产

2012年2月

江苏重工220t康斯迪(Consteel)电炉成功投产,也是目前我国最大的电弧炉

2014年10月

兴澄特钢450mm最厚板坯连铸机投产,设计最大铸坯宽度为2600mm

2014年12月

世界第一台立式两机两流大圆坯连铸机在中原特钢建成投产

2017年6月

国家要求工频、中频感应炉生产的地条钢全部清除

2018年11月

国内第一台量子电弧炉在桂林平钢公司建成投产

2019年7月

宝武一键转炉智能炼钢成功

1949 年新中国成立时,我国只有 15.8 万吨钢,占世界 钢 产 量 的 0.1% ;1978 年我国改革开放时粗钢产量只有 3178 万吨,占当年世界粗钢产量的 4.4% ;改革开放后1986 年突破 5000 万吨,1996年粗钢年产量突破 1 亿吨,成为世界最大的产钢国和消费国。2003 年突破 2 亿吨, 以后大约每两年增加 1 亿吨左右,2018 年粗钢产量达到 9.28 亿吨,占当年世界粗钢产量的50% 以上。在世界钢铁行业的地位显著提升 ;钢铁产品的进出口格局也发生了根本性的变化,彻底结束了我国钢材“供不应求”的历史。这有力推动了我国工业化和现代化的进程,显著增强了综合国力,支撑了世界大国的地位。必须看到,我国成为制造业大国,钢铁工业功不可没,对国防工业、石油工业、造船工业、基础建设、装备制造业等都起到了很大的支撑与推动作用。


2 炼钢技术的进步与发展

新中国炼钢科技进步取得举世瞩目的成就,科技成果不断涌现。在很大程度上解决了一些制约炼钢发展的技术瓶颈,我国炼钢技术装备国产化、现代化取得重大进展,品种质量得到优化、提升,整体水平明显提高。节能环保迈出了大步伐,使炼钢整体水平迈上了新台阶。包括鞍钢、包钢等大型老企业的现代化新区陆续建成并投产,一批沿海现代化钢铁基地也正在崛起。

目前,国内传统钢材产品基本都以转炉炼钢为主,电炉炼钢的生产优势已被压缩到有限的高合金钢、工模具钢等生产范围(当然大众化钢种也能生产,但在产量、成本上竞争力较低),其市场竞争力明显下降。目前,炼钢生产工艺流程主要有 3 种 :

1)转炉流程 :高炉 - 铁水预处理- 转炉- 二次精炼- 连铸 - 轧制。

2)电炉流程 :电炉 - 二次精炼 - 连铸 - 轧制。

3)特种冶金 :电渣重熔、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等(如钛合金生产)- 锻造或轧制。


2.1 转炉炼钢

氧气顶吹转炉是 1952 年首次提出,并在过去的近七十年里迅速发展,随着用户对钢材性能和质量的要求越来越高,钢材的应用范围越来越广,用户对提高产品产量和质量, 扩大品种越来越重视。在这种情况下,转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展,打破了传统的转炉炼钢模式。已由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理→复吹转炉冶炼→炉外精炼→连铸这一新的工艺流程。这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点,目前,国内最大转炉已达 350t。氧气转炉已由原来的主导工序变为新流程的一个工序环节,主要承担钢水脱碳和升温的任务了。负能炼钢、节约能源、转炉炼钢成为当代炼钢的主流。

随着炼钢技术的不断进步,传统的生产流程(高炉→ 转炉→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→转炉→炉外精炼→连铸)所代替。炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位。以不锈钢冶炼为例:不锈钢可采用一步法、二步法和三步法。

1)一步法是指在电弧炉内完成所有的冶金任务,包括废钢和合金的熔化、脱碳精炼、钢渣还原和合金化。目前,一步法工艺由于冶炼周期长、耐火材料烧损严重、成本高等原因已经被淘汰 ;

2)二步法是指以初炼炉

(如转炉、电弧炉)熔化废钢及合金料生产不锈钢母液,然后在转炉(电炉)精炼炉中精炼成合格的不锈钢钢水 ;

3)三步法是在两步法的基础上,增加了深脱碳的装备,用以生产超低碳或超低碳氮不锈钢。


2.2 电炉炼钢

20 世纪 70 年代前,我国电弧炉一般都是 30t 以下的普通功率电炉。

20 世纪 80 年代开始建设50-75t 普通功率和高功率电炉,同时引进建设了 50-150t 高功率和超高功率电炉。配备不同型式的炉外精炼装置,炼钢工艺由传统的电炉一步炼钢法转变为电炉与炉外精炼配合的二步炼钢法,电炉承担熔化任务,还原精炼移到了炉外精炼装置中进行。工艺流程由传统的电炉炼钢→模铸的生产流程演变成采用高功率或者超高功率电炉→炉外精炼→连续铸钢的新流程。

电炉炼钢在这 70 年中,其发展速度虽然比不上 20 世纪 60 年代后转炉发展的那样快,但随着电炉炼钢技术的进步,大型超高功率电炉技术的发展以及炉外精炼技术的采用,使电炉炼钢技术有了长足进步,电炉钢产量及其占比有所增长。目前,我国最大电炉已达 220t(最大电渣重熔炉已达 450t ;最大的真空感应熔炼炉已达 13t),这为我国核电站、高温合金、航天航空材料等特殊材料需求提供了保证。

目前,我国炼钢企业中, 转炉炼钢仍然占据主导地位, 而电炉炼钢仅仅占炼钢总量的11%左右,远低于世界平均水平。随着我国废钢产量的增加以及电力成本的降低,我国电弧炉炼钢产量有很大的成长空间。然而,我国真正开始大力发展电弧炉则是在 20 世纪 80年代至 90 年代初,电炉正在成为转炉炼钢的一个竞争者。目前,电弧炉除电极提供能量外,还可以通过氧枪和燃料燃烧器补充(如二次燃烧技术),电弧炉是最有效的废钢熔化炉(可采用废钢预热技术, 可以减少能量需求),减少碳排放量,鉴于电弧炉炼钢产能的增加,社会上也要求减少碳排放量以及更加灵活的操作方式,因此,电炉还是有潜力和发展前景的炼钢方法。


2.3 精炼

早在 20 世纪 50 年代至60 年代,我国上钢五厂、大连、抚顺、太钢等一些特钢厂就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备, 受当时工艺技术的限制效果不够理想。1967 年大冶钢厂从西德引进第一代 RH(循环法) 真空处理设备,在我国特钢企业中率先采用炉外精炼技术。

20 世纪 70 年代后期,我国又从瑞典、西德、日本引进了多种炉外精炼设备,并自行研制开发了   LF、VOD、VD、AOD 等精炼炉,各特钢厂根据自己生产的品种和质量要求及具体条件,纷纷建设多种形式的炉外精炼装置。如太钢炼钢采用电炉→ AOD 生产不锈钢,经济效益显著 ;上钢三厂与长城钢厂用 VOD 生产不锈钢效益也很好 ;上钢五厂与大冶钢厂用LFV 和VHD/VOD(实际按 LF/VD 使用)生产轴承钢、齿轮钢等,使钢中气体含量降至[H] ≤ 2ppm,[O] ≤ 10ppm,[N] ≤ 20ppm ; 钢水中[S] ≤ 0.005%,[P] ≤ 0.008%, 达到国际轴承钢的水平。

能生产高质量品种,炉外精炼成为不可缺少的手段,炉外精炼在生产中的效能充分发挥。以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(转炉或电炉)→精炼→连铸,成为现代化典型的工艺短流程。

但我国真正拥有钢包精炼技术是从 1975 年包钢引进瑞典两台 ASEA-SKF 型钢包精炼炉开始的。

1979 年我国设计了第一台 40t LF/VD 钢包精炼炉,其配套用的 200kg/h 六级蒸汽喷射泵也是由国内设计制造。从此,50t 以下的钢包精炼炉被各钢厂推广使用,但大型的钢包精炼炉还是依靠进口。

1991 年 6 月, 天津钢管公司引进一套 150t LF/VD 大型钢包精炼炉(真空脱气)投产 ;1996 年我国具备了设计制造大型钢包精炼炉的能力, 上海浦钢、上钢五厂、武钢等钢厂投产了大型国产 LF/VD 钢包精炼炉,这样我国的钢包炉设计技术和装备水平可以完全替代进口。

20 世纪 80 年代以来,我国炉外精炼技术发展很快,钢铁企业建设精炼炉突飞猛进, 尤其是重点钢铁企业已普遍装备了炉外精炼,全面向炼钢(转炉、电炉)→炉外精炼→连铸方向发展。

1983 年我国上钢五厂第一台 40t LF 精炼炉研制成功后,大部分电炉炼钢厂都开始配备 LF 炉,生产能力也可提高 15%-30%, 钢厂炉外精炼所需的真空脱气(真空脱碳) 与成分精确微调等功能,均由精炼装置来实现。

目前,国内应用最多的精 炼 装 置 有 LF、RH、VD、AOD、VOD 等。(VOD 则主要用于超低碳不锈钢的精炼)。从炼钢厂总体工艺与其品种质量角度考虑,以满足绝大部分钢水脱氢、脱氧和去除夹杂的质量要求,并可通过真空脱碳反应冶炼超低碳钢,并有利于去除夹杂和促进脱硫反应、成分微调功能,对某些成分控制要求严格的钢种(如电站、油井管用钢等),在真空下或还原性气氛下,精确微调成分, 当精炼超低硫钢种时,还需具备快速高效的脱硫功能,并通过钙处理改变硫化物夹杂形态,从而提高钢材质量。


2.4 连铸

20 世纪 90 年代,我国新建炼钢连铸项目技术水平和设备档次不断提升,新建连铸项目技术水平、设备档次的起点均比较高。连铸过程中,钢水从钢包流出后,再经过中间包流入结晶器。整个过程中钢水容易与空气接触,产生二次氧化物夹杂,影响连铸坯质量, 直接影响钢材的产品质量。

为了提高连铸坯质量,采用了诸多提升产品质量、增加经济效益的工艺技术,如钢水保护浇注、结晶器液压振动、电磁搅拌装置、二冷动态模型控制技术、铸坯动态轻压下、钢包下渣检测、结晶器漏钢预报等技术。

2010 年, 我国在自主连铸装备水平、产品档次提升方面,各种机型连铸机技术均稳步发展并有所突破。特别是采用自主技术的国产连铸机、超大规格连铸机相继创造新的纪录。目前,国内最厚的板坯连铸机已达 450mm, 最大铸坯宽度为 2600mm ;最大圆坯连铸机断面已达 Φ1000mm ; 国内方坯连铸机断面也达到400mm 以上。超大规格的板坯、圆坯、方坯代替模铸,大幅度提高成材率,生产效益得到很大提高。国产连铸装备不仅在国内已经具备与外商同台竞争的实力,而且已经实现成套出口。

总之,钢铁工业科技创新成果推广、应用效果明显。炼钢重点推广了工艺、装备、节能、环保、资源综合利用等一大批先进技术。保证了一大批高端产品的研发生产,为各主要用钢下游行业的升级发展作出了贡献。如能源行业中天然气长输管道用 X100、X120 钢;超低冷 LNG(液化天然气)储罐钢板 ;LNG 运输船用钢板等已实现国产化 ;能源行业的 700℃超超临界锅炉用钢国产化 ;再以钢管为例,电站用 Inconel 690U 型镍基合金钢管 ;在石油行业中,2006 年 7 月塔深 1 井完钻井深 8408m ; 2019 年 7 月轮探 1 井再创完钻井深 8882m。这些成绩的取得与炼钢工艺技术的进步是分不开的。改革开放我国钢铁工业成效显著,极大地促进了炼钢工艺技术结构的变化,并缩小了与世界先进水平的差距。

在炼钢工艺技术和装备、产品质量上取得骄人业绩的同时,在节能减排上也取得了巨大进步。优化炼钢生产工艺, 降低炼钢能耗,加强精细管理与操作,充分利用钢水中化学反应产生的化学能和排放废气中的物理能,如二次燃烧技术和废钢预热技术 ;同时,开发新型电弧炉,高效利用电能, 实施绿色环保电弧炉冶炼 ;同时,长流程炼钢最大限度地减少和避免环境污染,发展绿色冶炼,如烟尘收集、预热利用等技术、转炉“负能炼钢”。企业平均吨钢综合能耗下降, 吨钢耗新水量不断减少,吨钢二氧化硫排放量大幅降低 ;这些指标意味着目前冶炼 1t 钢的综合能耗仅相当于改革开放前的 1/4-1/5。此外,工业粉尘类排放也大幅下降,推进行业绿色生产、绿色制造、智能制造,一大批花园式工厂、清洁生产环境友好型钢铁企业相继涌现。

(本文转载自《世界金属导报》)





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