发展炼钢——连铸技术

摘要 分析了20世纪90年代以来我国炼钢 - 连铸生产技术取得的成就、技术进步的原因和当前发展面临的背景；提出了21世纪初叶中国炼钢 - 连铸技术发展的思考点和技术进步的重点，论述了技术进步和投资战略的协调问题。

关键词 炼钢 - 连铸  技术进步  发展

1  20世纪90年代以来中国炼钢 - 连铸生产技术取得的进步和当前发展面临的背景

自1988年确定以大力发展连铸为中心的战略，通过90年代的努力，迅速地优化了炼钢生产结构，并在带动整个钢铁生产流程现代化和企业结构优化起到了关键的作用。

1．1  90年代以来炼钢 - 连铸生产技术进步的主要成就

1．1．1  连铸生产快速发展成为推动炼钢和整个钢铁生产蓬勃发展的主要技术动力（见表1）

以1990年为基数，十一年来，钢、连铸坯的总增长量分别为 8 731万 t、11 879万 t；钢和连铸坯的年平均增长量分别为794万t、1080万t。在钢产量快速增长的情况下，十一年间实现了年增连铸比5．89个百分点。尤其是1996年钢产量突破1亿t后的六年来，创造了年均增加钢产量和连铸坯产量分别为955万t、1488万 t的世界纪录。2001年钢、连铸坯增量双双超过了 2 000万 t，分别达到 2 417万 t和 2 838万t，更是世界钢铁生产历史上从未有过的。

1．1．2  连铸工艺消除了模铸 - 初轧/开坯工艺对转炉生产效率的“瓶径”性制约

随着连铸工艺的发展，特别是连铸比的提高，转炉生产效率大幅度提高，并且呈现了转炉利用系数成倍增长的局面（见表1）。

1．1．3  加速淘汰了平炉、化铁炼钢等落后的生产工艺和装备

表2列出了我国20世纪90年代以来连铸技术的发展对淘汰平炉的影响。

在我国，转炉 - 连铸工艺与平炉 - 模铸工艺相比，吨钢可降低成本250－450元，突出的原因，是因为转炉 - 连铸一次成材工艺与平炉 - 模铸 - 初轧／开坯二次成材工艺之间，在成本、生产效率、能耗、环保等方面存在巨大反差。

1．1．4  炼钢一连铸技术取得了一系列创新成果

（1）高效化连铸生产水平大大提高

我国连铸技术，经历了1989－1992年间的单机达产攻关阶段后，从1993年起，推行了以“炼钢 -炉外处理-连铸”三位一体组合优化为基础的全连铸炼钢厂发展战略。进而又从90年代中期起，加速开发常规连铸高效化技术，很快取得突破性进展，广泛地应用于各企业的技术改造项目中。我国自己开发的高效化铸机不仅拥有了一批主体工艺技术与装备，而且配套的相关技术与管理也有了长足的进步，方坯高效连铸技术总体上达到了国际先进水平。

（2）近终形连铸连轧生产飞速发展，我国已成为采用紧凑流程的主要国家之一

1998－2001年，我国已有珠钢、邯钢、鞍钢、包钢四条紧凑流程生产线投产。邯钢、珠江分别成为转炉、电炉CSP工厂中达产最快的生产线；鞍钢的坯厚135mm连铸机单流产量已超过100万t/a 的水平。刚进入试生产阶段的包钢CSP生产线，是我国第一条双流连铸与连轧衔接的紧凑流程生产线，我国在钢铁生产现代化的标志性技术――薄板坯连铸连轧方面取得了扎实的进展。

（3）转炉高效化生产技术国际领先

我国不仅转炉利用系数居国际领先地位（≤30t转炉利用系数超过50t／t?d），而且由于溅渣护炉技术的深入开发和不断提高，在确保钢水质量和良好经济效益的前提下，一批大、中、小型转炉炉龄分别突破了1万炉。转炉作业水平方面也有了明显提高，＜30t的炉子，年产炉数可达15 000炉，甚至更高；30－80t炉子年产炉数可达 11 000－15 000炉；＞120t的炉子也可达 8 000－10 000炉。我们的方向应是做到每年更换一个炉衬并与其它相关设备检修同步，目前一些
钢厂已达到了这一水平。

表1     20世纪90年代以来中国钢产量和连铸主要技术指标     万t

*从2000年起，统计口径变化，地方企业概念已不存在，故不再统计该项指标不。

表2    20世纪90年代以来中国连铸技术的发展对平炉钢淘汰进程的影响

（4）电炉生产高效化也有了显著进步

20世纪90年代以来，在对电炉流程优化研究的指导下，我国建设了一批现代化电炉（约36座），容量大都是在60t以上，而且形成了电炉冶炼-精炼-连铸或形成电炉冶炼-精炼-连铸-连轧一一对应的优化匹配的现代电炉流程。出现了一批设计配置、生产运行具佳的电炉短流程钢厂。我国电炉钢的产量从 1990年的 1402万 t，提高到 2000年的 2 020万 t，然而，电炉钢比却相应地从21．45％下降到15．72％，这是一个值得注意的问题。

（5）适应连铸生产发展和品种质量日益提高的要求，炉外处理技术取得了明显进步

铁水预处理比和钢水精炼比分别由1991年3．1％和2．82％，提高到了2001年的25％以上。

（6）钢包技术的改进

由于耐火材料的改进和转炉-精炼-连铸衔接匹配技术的提高，宝钢、济钢、珠江等炼钢厂的钢包个数减少、钢包周转速度加快，钢包寿命提高，出钢温度降低，促进了炼钢-精炼-连铸的协调优化。鞍钢等企业开发了钢包加盖保温技术，并形成了专利。看来，钢包寿命的提高，钢包数量的减少，钢包周转速度提高和钢包加盖保温等技术，对于炼钢-连铸的过程优化有着促进作用，应引起重视。

（7）计算机自动控制和高精度检测分析技术取得了新进展

武钢三炼钢转炉终点计算机动态自控技术，在未进行铁水三脱和没有炉气分析系统的条件下，△T＝±12℃，△〔C〕±0．015％（〔C〕≤ 0．1％时△〔C〕≤0．01％）的双命中率年平均达到 93％以上，进入了国际先进水平行列。

痕量元素高精度分析技术、OPA原位光谱分析仪以及黑体空腔辐射连续测温技术对洁净钢生产，稳定连铸生产有着促进、保证作用。

1．1．5 炼钢清洁生产水平有了较大提高

（1）各类节能措施取得了显著效果

（2）各类排放物的无害化、资源化处理程度有了提高

炼钢厂清洁生产水平的提高，已成为本世纪钢厂生存发展、提高竞争力的重要标志之一。

1．2 炼钢-连铸生产当前发展面临的背景

我国炼钢-连铸生产已具备了进一步发展的良好基础。但同时我们必须看到，我国炼钢生产发展的不平衡性和技术进步中的薄弱环节。主要反映在：

我国钢厂的装备水平虽然已有所改善，但部分钢厂整体流程结构不够优化；工艺控制及管理水平比较落后，影响了生产效率及品种质量总体水平提高；约有近一半的连铸机还尚未进行高效化改造；炉外处理比例过低，不到 30％；特殊钢厂技术进步和结构调整的问题相当严峻；不少钢厂的自动控制技术应用程度还较差；炼钢过程排放物再资源化、再能源化和无害化处理方面，还存在着先进企业与一般企业间明显的差距；一些小吨位炼钢炉的炼钢厂（尤其是小电炉厂）缺乏合格的除尘、污水处理设施，资源负荷和环境负荷都很重，这些已成为继续发展过程中必须解决的问题。

第二，由于加入WTO，取消进口配额、实现关税减让和其它原因，使钢铁企业越来越受到竞争压力的影响。炼钢生产必须适应提高质量，扩大品种，降低成本的要求，千方百计节能降耗，依靠技术进步提高竞争能力。新世纪中，不少企业正在重新定位企业的性质，定位产品市场，炼钢厂要结合企业定位的变化，在企业重新定位、进一步发展的总体框架下，尽快制定技术转型战略，完成技术转型任务。

第三，钢铁行业对国民经济发展有重要作用。但同时，能耗、水耗、过程排放的矛盾急待解决。资源负荷、环境负荷压力日益突出。建立清洁生产流程已是钢铁企业生存和发展的基本要求，提高炼钢清洁生产水平是钢铁企业可持续发展的重要基础。这是新世纪发展背景中日益紧迫的要求。

2 炼钢-连铸技术发展的思考点和重点

总体上看，当前炼钢-连铸生产发展必须立足于清洁生产流程以适应激烈的竞争和可持续发展的要求，千方百计降低生产成本，改进产品质量，提高市场竞争能力，要推广、采用已有的技术创新成果，缩小企业间的不平衡和差距，针对技术进步中的薄弱环节，开发和应用新的前沿技术，推动我国炼钢-连铸生产的优化。

2.1  炼钢-连铸发展的思考点

（1）必须从钢铁生产流程的整体优化来考虑炼钢生产流程的优化，而不是只局限于炼钢生产中某个工艺、装备的最优化、万能化，关键是要充分注意新世纪中钢铁生产流程优化的主流方向是连续化、紧凑化、高效化和智能化。

首先，炼钢厂改造或新建必须从总图、物流输送方式等方面考虑，与炼铁、废钢原料、轧钢等工序间的物流输送顺畅，衔接、匹配、布置紧凑合理，从工序功能分配和工序关系匹配上力求达到效率高、冶金效果好、消耗低、环境负荷低。

第二，要区别平村、长材和管材等不同产品、不同规模、不同的工艺流程结构和不同的冶金品质要求，来优化炼钢生产流程中各工序的配置。

第三，要充分认识计算机自动控制和通信技术是稳定地满足上述要求的必要手段，坚持实现过程控制为基本要求的配置原则，逐步扩大采用数字化、智能化的各种技术。

（2）坚持炼钢-炉外处理-连铸三位一体组合优化的思考原则，对生产流程进行解析-集成优化，进行配套的改造和建设。当前解析-集成优化的要点是在继续完善连铸高效化的基础上，从高效化的要求出发，把发展炉外处理技术当作一项紧迫的任务，根据不同产品、不同规格分层次地抓好落实；并把炼钢炉的终点控制准确率和出钢过程分渣技术抓好，为炉外处理技术创造条件。

（3）要注意到我国钢铁工业发展不平衡这一基本特点，企业要在做好产品结构自我定位的基础上，进一步优化工艺流程结构使之与产品品种、规格相互适应。同时，要充分发挥企业的特色的优势，避免投资失误。

对于已采用国际一流技术和装备的大型炼钢厂，应发扬自主创新精神，开发国际领先技术，在初步掌握洁净钢生产工艺的基础上，进一步研究开发超深冲钢、X80级以上管线钢、高速铁路用钢以及轴承钢、齿轮钢和弹簧钢等高级产品，参与国际市场竞争。

对于处于产品结构调整的钢厂，应充分注意产品结构与工艺结构的优化合理匹配，使改造后的产品质量、成本与工艺装备达到国内先进水平。

对于某些小型钢厂，应以加速淘汰落后工艺装备为手段，早日实现工艺流程的优化。

（4）必须坚持可持续发展的基本思考点，充分认识炼钢厂在钢铁生产中承上启下的重要作用，提高对炼钢一连铸清洁生产的含义、目标和重要性的认识，来确定炼钢清洁生产技术优化的重点。应当明确：清洁生产不能简单地等同于环保，特别是不同于污染物的末端治理。思考的要点主要有：根据源头治理、最终产品的性能和“绿色度”要求，来合理选择精料的程度；采用效率高、消耗低、产品质量好的工艺流程；积极回收利用余热、余能，对过程排放物进行再资源化、再能源化和无害化处理。

2．2  当前炼钢-连铸技术进步的重点

根据对背景和思考点的分析，可以将当前炼钢-连铸技术进步的重点归纳为八个方面：

2．2．l 坚持常规高效连铸技术系统优化的方向，带动炼钢生产整体优化

在当前重点是：

（1）规范从炼钢到连铸的过程时间、过程温度控制，掌握低过热温度、长时间连浇的连铸技术。

（2）密切关注国外技术发展动向，结合本企业品种质量及生产工艺的要求，加强电磁技术在连铸的应用研究。

（3）抓好“十五”合金钢连铸攻关项目中铸坯动态轻压下技术的专题研究和应用。

（4）全面提高数字式液面自控、二冷水动态自动控制、全数字化结晶器高精度振动、中间包连续测温、在线原位分析等技术与装备的水平，实现高效连铸的智能化控制。

2．2．2  提高对发展紧凑型流程紧迫性认识，重点抓好已有的薄板坯连铸连轧生产线的优化和完善

（1）研究薄（中薄）板坯连铸对不同钢种的钢水洁净程度、过程温度要求，确定炉料结构、铁水预处理、钢水二次精炼的最优配置和工艺规范。

（2）优化结晶器、保护渣、浸入式水口的材质和结构设计，确保提高拉速和铸坯质量。

（3）研究薄板坯连铸、连轧过程中金属凝固组织转变规律及工艺特点。扩大其生产品种，提高经济效益。

（4）研究高精度、薄规格产品的连铸-连轧系统优化技术。正在建设的三套薄板坯连铸-连轧生产线要借鉴已投产的四套铸机的经验及时进行调整。

我们应对薄带材生产最新技术的发展给予更多的关注，在我国“七五”－“九五”研究成果的基础上或在引进的条件下，早日实现产业化，为炼钢生产结构优化、调整开辟新途径。

2．2．3 大力开发洁净钢生产技术

对一些技术装备先进的生产流程，要进一步开展洁净钢生产软件的系统研究，提高冷轧薄板、镀锌板、冷轧硅钢片、管线钢等高级产品的实物质量，适应国民经济发展的需要并增强国际市场竞争力。

2．2．4 大力发展铁水预处理和钢水二次精炼技术

（1）完善铁水预处理技术

――关注高炉炉前铁水预处理技术的进展。

――研究大型转炉脱磷或“三脱”技术，提高生产效率与冶金效果。

――对氧化钙基的KR法、喷吹法脱硫和镁基脱硫剂（纯镁、镁基混合、复合）脱硫技术进行深入的机理研究和技术经济对比研究，实现最优化选择。

――推荐采用大高炉一大转炉一平村流程全脱硫、深脱硫或三脱工艺；中、小高炉-中小转炉-普通长材流程脱硫及部分深脱的工艺流程。

――配套完善我国液压、风动扒渣机技术。

（2）优化钢水精炼技术

――在板材和合金钢生产厂，要大力提高钢水真空处理比，并研究高效的RH加顶吹氧喷粉、单嘴真空精炼炉等技术。

――要对吹氩、喂丝等几项基础精炼技术进行优化（尤其是吹氩），以降低消耗，提高处理的冶金效果。同时，要着重开发适合中小钢包用的专用精炼技术与装备（如 CAS小型化等）。

――开发炉外精炼高效精炼渣、埋弧渣和泡沫渣精炼技术；开发快速脱氧、脱硫、去除夹杂技术；开发精炼残渣处理、防止污染的技术。

2．2．5  大力提高转炉高效化生产水平

（1）开发和应用多孔氧枪、束流氧枪新技术，提高供氧强度，提高流量调节范围。

（2）继续开发转炉复吹与溅渣护炉长寿炉龄同步的优化技术；研究长寿炉龄条件下的炉壳、托圈安全维护技术；减少喷补料、调渣剂消耗；进一步开展永久衬技术可行性的研究。

（3）有条件的单位要深人开展转炉终点准确控制的静态、动态模型的研究和炉气气相质谱仪的应用研究；积极推广应用出钢分渣技术，提高生产效率和钢水质量，为精炼创造条件。

2．2．6 认真探讨高效化电炉生产新技术

（1）优化炉料结构与供电、加铁水制度。
（2）高效、大功率氧枪，氧燃烧嘴的应用研究；开发二次燃烧技术。
（3）开发电炉终点控制技术。
（4）开发电炉低N钢生产技术。
（5）电炉一LF炉一连铸高效化联合运行技术。
（6）加强废钢预热与环保研究，特别是注意废钢预热中的二恶因、NOx、SOx的排放问题。

2．2．7  深入研究炼钢清洁生产系统技术

（1）提高转炉煤气回收水平，新设计的转炉煤气回收量应不小于100Nm³／t，除自用、烧活性石灰外，应与化工、石化部门联合，开发提纯制取化工原料、清洁燃料等高附加值产品的系统技术。
（2）完善和推广应用电炉。转炉汽化冷却向VD、RH供应蒸汽的节能、节水系统技术。
（3）继续完善转炉干法除尘技术和装备，在有条件的企业加快推广应用，这些技术有利于大幅度节水和尘泥的利用，改善转炉系统总图布置，降低除尘设备运行成本。

2．2．8  配套开发更长寿、无污染、功能化的炼钢-连铸铺助材料，满足炼钢-连铸生产过程的特殊要求

（1）把钙系钢包、中间包功能性耐火材料开发和应用放到重要位置。要使大部分钢厂钢包寿命提高到100炉/次以上，部分钢厂向＞200炉／次的方向努力。中间包寿命则应普遍提高到24h／次以上，部分钢厂应努力超过50h／次。
（2）改进各类引进和国产气烧石灰窑的操作工艺和装备，进一步提高活性石灰的强度和质量。
（3）针对合金钢连铸及超低碳钢连铸生产的需要，开发性能稳定的专用保护渣。
（4）加快ø600mm以上优质超高功率电极生产和应用技术的开发。

3  关于技术进步和投资战略的思考

在2000－2005年期间，甚至到2010年，我国炼钢-连铸生产将进一步发展，各钢厂在推进技术进步、实施技改措施时都会面临技术进步和投资战略的协调问题，这是必须慎重决策的重大问题。不少企业都有投资效益良好或投资失误的经验和教训。除了前面已经分析过的从流程优化总体要求来考虑总图布置的连续顺畅、紧凑、节省投资外，在如下几个问题上也应有清晰的概念，将投资战略和技术进步结合起来，形成自主创新的特色。

3.1  现代制造流程的共同特点是专业化

应尽量按照专业化生产的板材、长材、管材、合金钢、不锈钢等不同生产流程特点来考虑各种高效、优质生产的有关专业新技术，以专业化生产为主要目标，集中投资，尽快取得效益是十分重要的。过去有的企业按产品万能化的钢厂模式来投资，采用或预留各种规格的从一般产品到最高档产品所需的新技术、新装备，并认为这是实现了技术进步，后果是引起装备能力过剩、装备功能过剩、投资额过大，其实际投资效益是不够好的。

3．2  应认真研究长材、扁平材生产厂的规模和炼钢-连铸工艺技术与装备的合理配置

常规流程的薄板生产厂规模一般应在300万t/a以上，甚至更大。目前看，一般应配备200t左右的大型转炉、全量铁水预处理、RH、CAS、板坯铸机等成套设备，以适应生产高质量、深加工的产品。薄板坯连铸-连轧紧凑型流程的生产规模应以200－250万t/a为宜，对应的转炉应≥120t，一般应配备全量铁水预处理及CAS、RH等手段，电炉则以150t为宜，一般应配LF炉、LF／VD甚至LF／RH等钢水真空精炼的技术和装备。由于常规薄板轧机在产品宽度尺寸上的发展和薄板坯（中薄）连铸-连轧作业线在生产超薄规格热轧薄板的共同影响，致使一些2300mm、2 500mm中板轧机面临严峻的市场竞争，因此，中板轧机将向≥3200mm宽度发展，而且质量要求更高，因此应该相应配置120t转炉和真空处理装置或LF炉。

在装备配置上应尽量减少炉座和铸机台数，优先考虑炼钢炉、精炼炉、连铸机、轧机―一对应模式。这样有利于物流效率，有利于降低成本，减少投资。

炼钢厂在统一考虑冶炼炉、精炼炉和铸机高效化的条件下，应充分核算主要生产钢种在这三个工序生产节奏的衔接匹配问题。包括时间节奏、温度衔接、质量保证、生产成本。

3．3  关于特钢技术进步和投资

通过对众多问题的分析及与国外特钢厂发展的对比可以看出，应重点解决技术进步和投资的思路问题。

第一，特钢厂也要以发展连铸为中心，带动生产流程整体优化，加快特钢发展。特钢企业中，至今仍对是否适合大力发展连铸，促进从冶炼到加工的特钢技术系统优化的思路仍有不同认识，现在已建立连铸生产线的特钢企业除少数外，由于电炉-精炼-连铸-轧机之间缺乏有效的衔接匹配，流程的整体优化程度不够，致使连铸生产效率、产品质量和品种开发不够理想，难以实现降低成本、改善质量、提高效益的目的。实际上国外主要特钢生产企业的连铸比已达到70％以上，有的甚至超过了 90％；如果我们不能坚持钢厂要发展连铸的思路和切实建立以连铸为中心的有效生产管理体系，特钢发展的困境将难以解脱。当然，如果要以连铸为中心发展特钢，则必须充分考虑两点：一是电炉-精炼炉-连铸机-连轧机组合优化；二是品种规格的专业化，不能追求万能化。

第二，特钢技改的投资思路应该适应专业化生产和生产流程整体优化的要求，确定投资方向、投资顺序和重点项目。总之，特钢企业必须理清思路，加速发展。

3．4  关于新技术应用与投资风险问题

首先要对新技术的成长性和应用前景有一个准确判断。一般来讲，新技术的先进性和经济性应当是统一的，只是在对新技术的掌握和达产时间长短上具有一定的风险性，这是采用新技术前进中的问题，不是本质性的难题。如果采用“新技术”在发展前景上存在不确定性，就不属于“风险”问题，而是带有盲目的“冒险”了。把握好这个“度”确实不容易，但又必须深入认真地研究它，作出科学的判断，既不可为了“稳妥”而坐失通过投资获得技术进步的大好时机，也不可为先进而先进，盲目投资，给企业带来巨大的经济损失。

作者：殷瑞钰，男，67岁，中国工程院院士，教授