探究转炉炼钢技术的发展

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摘要：本文主要阐述了国内转炉炼钢技术的现状，在其基础上又介绍了转炉炼钢技术上的创新，探讨了目前国内炼钢生产中所存在的主要技术问题，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。

关键词：转炉炼钢；发展；创新；展望

1 转炉炼钢发展现状

1.1 转炉钢产量高速增长

由于我国废钢资源短缺，电力缺乏，电价偏高，因此电炉钢的产量增长受到一定程度的制约，平炉钢的淘汰和生铁资源的充裕也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。2000 年我国转炉钢产量不足1.1 亿吨，2010 年约为5.49 亿吨。目前我国转炉钢所占的比例约为88 %，远高于电炉钢，转炉炼钢法在我国炼钢生产中占据绝对主导地位。

1.2 转炉大型化趋势明显

“十五”后期和“十一五”期间，为满足生产需求，我国新建了一大批转炉，产能迅速扩大。从技术装备水平来看，我国转炉大型化取得了较快进展，技术装备水平也不断提高，少数大中型转炉已达国际先进水平。据统计，2007 年全国重点大中型钢铁企业共有转炉405 座。从数量上来看，我国现有转炉中以80 吨～199 吨的转炉数量最多，而200吨及以上的转炉数量最少，我国仍然保有一定数量的30 吨以下的转炉，因此淘汰落后产能任务艰巨。目前，我国100 吨及以上转炉的产能约占全部转炉产能的一半。据不完全统计，2009 年新投产转炉中100 吨及以上转炉的产能占80 %以上，随着国家不断加大淘汰落后产能的力度，我国转炉将进一步朝着大型化的方向迈进。

1.3 能耗指标降低

随着转炉技术装备的不断进步和过程控制水平的逐步提高，近年来我国重点统计钢铁企业转炉炼钢的钢铁料消耗和工序能耗不断下降，多数大中型转炉具备实现负能炼钢的装备条件，但仍须优化降罩控制、加强能源管理，少数先进钢铁企业已实现转炉-连铸全工序负能炼钢。但总体来看，我国转炉炼钢物料消耗和能源消耗与国际先进水平相比仍有较大差距，因此应大力推广高效长寿复吹、干法除尘等先进技术，重视节能环保和物料的综合利用，力争实现新的突破。

1.4 转炉生产工艺进一步优化

为提高钢材质量且扩大冶炼钢种，原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置和二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂大多配置了铁水脱硫装置，并根据冶炼钢种的要求配置了相应的炉外精炼装置，一般多采用LF 精炼，有些转炉炼钢厂还配置了VD 精炼装置，从而为高附加值钢种的生产提供了有利条件。

2 中国转炉炼钢技术的重大进步

近年来，国内转炉炼钢技术进步很快，这主要是由于以下先进技术的推广和应用。

2.1 溅渣护炉工艺的优化与完善

炉龄是转炉炼钢的重要技术指标。提高炉龄在降低生产成本的同时也提高了转炉生产效率。溅渣护炉的基本原理是利用高速氮气将成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面，形成溅渣层。溅渣层抑制了炉衬表层的氧化，减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。

采用溅渣护炉工艺后，当炉衬残砖厚度侵蚀至500 mm 左右时，炉壁冷却与炉内钢渣对炉衬的导热基本实现了动态平衡。此时，炉衬与溅渣层的结合层很难被进一步熔损。在溅渣条件下炉衬基本为“零熔损”，即随炉龄增加，炉衬厚度基本保持不变。国内不少钢厂据此研发出了长寿转炉工艺，进而使转炉炉龄达到30 000 炉以上，炉役期和产钢量同步增长，耐火材料消耗和吨钢成本也相应降低。

国内转炉溅渣护炉的基本经验可概括为以下几点：

（1） 根据冶炼钢种和生产工艺的不同，选择恰当的溅渣工艺；

（2） 提高氮气压力，优化溅渣工艺；

（3） 合理选择开始溅渣时机，实现炉衬的“零侵蚀”；

（4） 溅渣与补炉相结合，严格控制溅渣后转炉炉型；

2.2 长寿复吹转炉冶炼工艺

采用长寿转炉炼钢工艺后，转炉炉龄大幅提高，如何进一步延长炉底喷嘴寿命，在高炉龄条件下实现100 %复吹，是全世界钢铁企业迫切需要解决的重大技术难题。美国发明了溅渣护炉工艺，但未能解决延长炉底喷嘴寿命的技术难题。炉龄大幅提高后，复吹比显著降低，最终导致放弃复吹工艺。日本和西欧各国为保证复吹效果，尚未大规模采用溅渣护炉技术。为解决这一难题，国内钢铁企业发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术，成功解决了复吹转炉炉底喷嘴长寿命的技术难题，使底吹喷枪寿命与转炉炉龄实现了同步，并保证复吹比达到100 %，这是我国对国际钢铁生产技术发展的重大贡献。

2.3 转炉高效吹炼工艺

近年来，国内各大钢企陆续开展了提高转炉生产效率，加大供氧强度，实现平稳吹炼的技术研究，并开发出一整套转炉高效冶炼技术，使转炉生产效率大幅提高。刘浏等统计了国内大、中、小型转炉生产效率。据分析，国内小型转炉的作业率和利用系数均高于大、中型转炉，平均冶炼周期为24.7min，最短可达23 min，其主要原因是小转炉的辅助作业时间（如出钢兑铁时间）短，易于扩装。

传统观点认为，提高转炉供氧强度受炉容比限制，但采用以下技术有利于进一步提高供氧强度，从而使转炉生产效率提高：

（1） 大幅减少渣量，对于少渣冶炼转炉由于渣量减少可大幅提高供氧强度；

（2） 优化改进氧枪结构，提高喷枪化渣速度，减少熔池喷溅和避免产生大量FeO 粉尘是大幅提高供氧强度的关键；

（3） 采用底吹强搅拌工艺，促进初渣熔化，实现渣钢反应平衡，是提高熔池供氧强度的重要基础；

（4） 采用计算机终点动态控制技术，实现不倒炉出钢及提高出钢口寿命，缩短出钢时间，进而缩短转炉辅助作业时间，也是提高转炉生产效率的重要技术措施。

3 转炉炼钢技术未来的发展

3.1 开发转炉少渣冶炼工艺

我国钢铁产量迅猛增长必然会受到资源、能源及环境的制约。研发各种节铁技术，将会缓解国内铁矿资源紧张的现象。转炉采用少渣冶炼工艺可大幅提高铁水收得率，降低生产成本，获得良好的经济效益。

少渣冶炼技术应包括更广泛的内容：

（1） 炼铁原料结构优化，降Si 提Fe，提高入炉矿

石品位；

（2） 高炉低Si 冶炼；

（3） 转炉少渣冶炼。

3.2 吹炼终点动态控制技术

终点控制是炼钢操作的技术关键。目前，国内钢铁企业多采用人工经验控制，无法满足洁净钢和高品质钢种生产的质量要求。因此，尽快采取措施提高炼钢终点的控制精度和命中率已成为当前国内炼钢生产中迫切需要解决的技术问题。

提高转炉炼钢终点控制水平的技术关键主要有以下两点：

（1） 优化复吹工艺，促进钢渣平衡，稳定终点操作；

（2） 采用终点动态控制技术，根据炉内反馈信息来实现对炼钢终点的精确控制。

3.3 节能与环保技术的发展

钢铁生产的技术进步必须与环境协调发展。就转炉炼钢厂而言，必须采用各种综合节能技术，实现“负能”炼钢。为消除对大气环境的污染，必须进一步做好烟尘处理，积极采用干法除尘技术，节约水资源。必须采用各种环保与综合利用措施，将炼钢厂建设成为无污染、零排放与生态平衡的绿色工厂。

主要技术措施：

（l） 采用铁水脱硅工艺，减少炉渣生成量；

（2） 精炼渣、炼钢炉渣回收，资源循环利用；

（3） 烟气粉尘回收处理，提倡采用干法除尘工艺，综合利用；

（4） 推广煤气回收技术，余能发电；

（5） 不用混铁炉，并控制好各种无序排放物。

为加速新时期国内先进钢铁厂的建设，应加大国内钢铁生产技术的自主创新、原始创新和集成创新力度，不断提高工艺技术装备水平和自动化控制水平，进一步提高钢的质量，并根据市场需求大力开发高附加值产品，使我国炼钢生产技术水平能得到更大的发展。