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中國金屬學會于2016年9月20-21日在寧夏銀川召開“2016年全國煉鋼-連鑄生產技術會”。會議主題為“高效優質、清潔智能化生產”。會議圍繞主題,就如何提高煉鋼高效優質和智能化水平,促進煉鋼-連鑄節能減排,實現高效優質、低成本、低排放清潔生產,打造智能化工廠等方面的重點問題進行深入研討。
本次會議特別邀請了中國金屬學會名譽理事長、中國工程院殷瑞鈺院士作了題為《智能化鋼廠雛議》的大會主題報告。北京科技大學王新華、張立峰和朱榮教授,東北大學朱苗勇教授,特鋼分會主任委員董瀚,連鑄分會副主任委員楊拉道,以及來自寶鋼、武鋼、鞍鋼、首鋼、河鋼等的多位行業專家,就近年來我國煉鋼-連鑄的技術發展及應用情況等內容在大會上作了精彩報告和交流。對報告內容分析總結發現: 近年來,經過鋼鐵行業的科技工作者們不斷的研究和探索,薄帶連鑄連軋技術、CO2煉鋼等一批新工藝、新技術逐步成熟和走向應用。
1、寶鋼薄帶連鑄連扎技術的突破
薄帶連鑄連軋技術是鋼鐵近終形加工技術中最典型的高效、節能、環保技術,由于實現鑄軋一體化,生產更緊湊,生產成本更低,投資成本更少,節能減排優勢明顯,綠色環保效應顯著。寶鋼歷經15年的持續研發,從實驗室機理研究階段、核心技術突破,到小批量應用驗證的中試階段以及工業示范線,經過了三個研發階段,在2011年自主集成建設了國內第一條薄帶連鑄連軋示范線,形成了整套的生產技術,該示范線在2014年4月進入熱試車。實現最薄0.9 mm厚超薄熱軋帶的穩定生產,目前可連續生產近4小時,實現異鋼種連澆、在線變規格鑄軋,澆鑄厚度規格為1.6~2.6 mm,軋機最大的壓下率45%,軋后產品的厚度規格為0.9~2.0 mm,鑄帶的表面和邊部質量良好。寶鋼薄帶產品獲得了用戶的批量驗證和質量認可,并在市場上形成了相對穩定的客戶群。這也標志著寶鋼薄帶連鑄技術已躋身世界先進行列。
2、CO2在煉鋼中應用取得進展
通常情況下,CO2的化學性質非常穩定,無毒且不助燃;在高溫下CO2可作為氧化劑,發生弱氧化反應。如果利用這些特性,將CO2作為資源應用于鋼鐵冶金流程,用于攪拌作用、覆蓋保護作用和稀釋作用,高溫下與碳反應吸熱還可以起到控溫作用,不僅可以實現鋼鐵行業碳減排,還可以達到節能降本及提高鋼鐵產品質量。國內外科研院所和研究機構經過長時間研究和實踐,證明了CO2可以在鋼鐵冶煉多個工序應用,有望噸鋼使用量可達100kg以上,應用前景非常廣闊。
CO2在煉鋼過程的主要應用成果有:
(1)轉爐復吹CO2:與純氧相比,采用CO2作為煉鋼過程氧化劑時,由于CO2參與熔池反應為吸熱或微放熱反應,反應的熱效應較低,因此轉爐可以頂吹一定比例的CO2實現煉鋼脫磷過程溫度的調控,為脫磷反應的發生創造良好的熱力學條件。利用CO2參與反應產生更多的氣體,有利于強化熔池攪拌,其底吹攪拌能力強于Ar和N2,為脫磷反應創造良好的動力學條件;同時CO2不像底吹N2/Ar型復吹轉爐易使鋼中[N]增加,也不像底吹O2/CxHy型轉爐易使鋼中[H]增加,因此底吹CO2是成本較高的Ar和有潛在危害的N2的一種有效的替代品。
(2)LF爐底吹CO2:LF精煉過程底吹CO2氣體,可以使鋼液攪拌增強,脫硫率由49.7%提高到65.1%,爐渣平均(FeO)質量分數均小于0.5%,滿足精煉過程對爐渣氧化性的要求。鋼液中夾雜物的種類、形貌和組成變化較小,夾雜物當量密度減小,鋼液潔凈度提高,試驗表明LF爐可使用CO2氣體進行精煉。
(3)電弧爐底吹CO2:電弧爐冶煉過程使用CO2替代Ar進行底吹攪拌,與常規底吹Ar工藝相比,底吹CO2增加終點[C]含量,氧化少量[Cr],但不會對[Mn]、[Mo]、[O]、[N]含量產生影響,并且能增強熔池攪拌、提高爐渣堿度、降低渣中(FeO)含量,為電弧爐脫硫提供了良好的動力學和熱力學條件,使得電弧爐脫硫率提高7%,同時良好的熔池攪拌也有利于脫磷反應的進行。
3、自動化煉鋼新技術
鐳目公司針對轉爐煉鋼開發了RAMON智能煉鋼系統。該系統具備“鐵水倒罐-自動化煉鋼-自動化出鋼-自動化濺渣-自動化出渣”全煉鋼流程的全套智能控制。通過自主開發了鐵水倒灌及兌鐵自動化模塊、自動化煉鋼主模塊、出鋼自動化模塊、其他輔助模塊的集成,可以實現魚雷罐車動力供電自動插拔、出鐵口形狀監控、鐵水罐自動識別和定位、鐵水液面圖像檢測、智能天車實現自動倒罐和兌鐵;監控爐內聲吶變化,判斷爐渣噴濺和返干情況;監控爐口火花變化,判斷爐內碳含量和溫度;實時采集煙氣中CO、CO2濃度信息,實現鋼水化學成分及鋼水溫度的協同控制;采用防塵激光定位裝置、極限機械位置定位、鋼包車稱重多重保險,實現出鋼、濺渣護爐、倒渣全程自動化無人控制。
4、精煉與連鑄新技術
(1)鋼包底噴粉新工藝(L-BPI):L-BPI新工藝技術的開發與應用將對高效低耗的潔凈鋼生產及流程變革產生深刻影響。東北大學在底噴粉精煉反應動力學研究基礎上,開發了底噴粉元件、新型噴粉裝置,并在45t鋼包試驗成功,取得合金收得率提高10%~20%,鋼水脫硫率提高10%,縮短冶煉周期15~20 min,噸鋼節能2.5~4.5 kgce的效果。
(2)微合金鋼連鑄坯裂紋控制:微合金鋼廣泛用于能源電力、船舶工程、機械制造、石油化工、海洋工程等重要行業,產量占鋼總量的15%。針對高品質鋼連鑄坯生產存在微合金鋼連鑄坯角/橫裂紋、中心偏析、疏松缺陷等問題,東北大學從產生機理研究出發,發現要加快鑄坯角部傳熱,關鍵是設計合理的結晶器錐度,抑制鑄坯角部氣隙生成和厚保護渣堆積。由此開發了角部超快冷內凸曲面新型結晶器(ICS-Mold)、超細晶化連鑄二冷新工藝。這項新技術在梅鋼、唐鋼應用后,顯著提高連鑄生產效率和效益。
(3)連鑄坯凝固末端重壓下技術(SHR):對于大規格型/棒材和特厚板軋制,一般連鑄坯發生中心偏析與疏松的質量問題。在輕壓下,對連鑄坯偏析有重要作用,但避免疏松和加強致密化就要發揮重壓的作用。東北大學開發了拉矯機/扇形段壓力-輥縫復合控制技術和拉矯機/扇形段扭矩動態分配控制技術,通過對壓下量、坯型、輥型、溫度等合理控制,實現壓下量的高效傳遞,同時避免裂紋缺陷。攀鋼對大方坯采用重壓下工藝,棒材中心疏松區域明顯減小;唐鋼280mm中厚板應用后,鑄坯致密度和晶粒細化得到整體提升。SHR的開發與應用為低軋制壓縮比制備厚板、大規格型棒材提供了高質致密連鑄母坯,大幅提高金屬收得率與生產效率,降低能耗與投資維護成本。