“十三五”中國煉鋼關(guān)鍵技術(shù)進步及思考
楊利彬
(鋼鐵研究總院， 北京 100081)
摘要： “十三五”時期，中國煉鋼技術(shù)快速發(fā)展，在機理創(chuàng)新、關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備研發(fā)、高品質(zhì)鋼高效生產(chǎn)、智能化控制、低碳綠色發(fā)展等方面都取得了長足的進步。中國粗鋼產(chǎn)量持續(xù)增加，達到了世界產(chǎn)量的56.49%，在發(fā)展的同時逐步實現(xiàn)煉鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化，高品質(zhì)鋼的高效綠色生產(chǎn)為中國經(jīng)濟高速發(fā)展提供很好的支持作用。通過回顧和分析“十三五”期間中國煉鋼共性關(guān)鍵技術(shù)取得的科技成果，對“十三五”期間煉鋼科技進步進行了總結(jié)。代表性關(guān)鍵技術(shù)成果總結(jié)為兩個方面，即“高品質(zhì)鋼煉鋼-連鑄關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應用”和“潔凈鋼高效、低碳綠色煉鋼-連鑄技術(shù)研發(fā)”?！案咂焚|(zhì)鋼煉鋼-連鑄關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應用”技術(shù)主要的發(fā)展表現(xiàn)在高品質(zhì)不銹鋼脫氧及夾雜物控制技術(shù)，薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)電工鋼技術(shù)，重載車軸鋼冶金技術(shù)，高速和重載鐵路鋼軌用鋼煉鋼技術(shù)，特殊高合金鋼品種冶煉及連鑄關(guān)鍵技術(shù)；“潔凈鋼高效、低碳綠色煉鋼-連鑄技術(shù)研發(fā)”的主要發(fā)展體現(xiàn)在大型轉(zhuǎn)爐高效、綠色冶煉關(guān)鍵技術(shù)，綠色電爐高效冶煉技術(shù)，高品質(zhì)特殊鋼綠色高效電渣重熔關(guān)鍵技術(shù)，高品質(zhì)鋼高效連鑄技術(shù)。同時，煉鋼-連鑄智能化控制技術(shù)的應用取得了進展。實現(xiàn)關(guān)鍵鋼鐵材料的自主保障和前沿技術(shù)的突破是“十四五”鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要任務，結(jié)合“十四五”時期發(fā)展需求及定位，今后煉鋼技術(shù)的重點發(fā)展方向包括潔凈鋼煉鋼-連鑄高效、協(xié)同生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新和應用；煉鋼-連鑄智能控制技術(shù)的集成和應用；低碳綠色生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新應用；近終形連鑄連軋技術(shù)。
關(guān)鍵詞： “十三五”； 煉鋼； 高品質(zhì)鋼； 高效； 低碳； 智能化
1 引言
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為國家建設提供了重要的原材料保障，有力支撐了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動了中國工業(yè)化、現(xiàn)代化進程，促進了民生改善和社會發(fā)展?！笆濉睍r期是“三步走”建設制造強國的開局階段，也是鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)性改革的關(guān)鍵階段?！笆濉逼陂g，中國粗鋼產(chǎn)量持續(xù)增加，達到世界產(chǎn)量的56.49%，煉鋼技術(shù)從機理創(chuàng)新、關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備研發(fā)、高品質(zhì)鋼高效生產(chǎn)、智能化控制、低碳綠色發(fā)展等方面都取得了長足的進步。本文回顧和總結(jié)“十三五”期間煉鋼科技進步及關(guān)鍵技術(shù)成果，為下一步“十四五”煉鋼技術(shù)發(fā)展提供參考。
2 精選圖表
3 思考與展望
“十三五”期間，中國在煉鋼的機理、關(guān)鍵技術(shù)與裝備技術(shù)創(chuàng)新方面取得了長足的進步。當前，中國正加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，國際形勢不確定性和國內(nèi)大循環(huán)倒逼鋼鐵行業(yè)補短板，解決“卡脖子”等問題，實現(xiàn)關(guān)鍵鋼鐵材料的自主保障和前沿技術(shù)的突破是“十四五”鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要任務。加強煉鋼、精煉、連鑄關(guān)鍵工藝技術(shù)的創(chuàng)新，結(jié)合煉鋼多工序高效協(xié)同的需求，建立煉鋼-精煉-連鑄多工序協(xié)同的高效低碳生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)并開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)是今后的攻關(guān)方向。結(jié)合“十四五”時期發(fā)展需求及定位，今后煉鋼技術(shù)需關(guān)注如下方面的工作。
(1)持續(xù)推進潔凈鋼煉鋼-連鑄高效、協(xié)同生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新和應用。隨著技術(shù)的進步，提高煉鋼過程單體爐/機的生產(chǎn)能力，并使之相互匹配形成“動態(tài)-有序”、“協(xié)同-連續(xù)”的準一體化的煉鋼模式，是實現(xiàn)全流程高效、綠色穩(wěn)定生產(chǎn)煉鋼技術(shù)的重要抓手。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研分析，轉(zhuǎn)爐冶煉周期和連鑄拉速普遍存在是限制性環(huán)節(jié)。大型轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短到32 min以內(nèi)，中、小型轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短到25和20 min以內(nèi)是主要方向，為此需要針對性開發(fā)轉(zhuǎn)爐高強度低噴濺供氧技術(shù)和匹配的高強度底吹技術(shù)。在不斷提升恒拉速/高拉速連鑄水平的條件下，克服不同鋼種連鑄坯裂紋、偏析與疏松等冶金缺陷，結(jié)晶器、二冷區(qū)和凝固末端等連鑄機重要部位新技術(shù)開發(fā)需要關(guān)注，以解決高拉速條件下出現(xiàn)的凝固坯殼不均勻、結(jié)晶器卷渣、鑄坯質(zhì)量等技術(shù)難題。運用流程工程學技術(shù)融合單體工序關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)“鐵水預處理-煉鋼-精煉-連鑄”多工序的高效協(xié)同，這是煉鋼技術(shù)進步的重要方向。
(2)以數(shù)字化、智能化為手段，集控平臺為依托，推進煉鋼-連鑄智能控制技術(shù)的集成和應用。對于煉鋼過程而言，冶煉過程涉及多個工位，因其流程長、涉及多物質(zhì)多種形態(tài)(氣、液、固)的轉(zhuǎn)變、消耗及排放量大、運行規(guī)律復雜、過程控制參數(shù)多變，其高質(zhì)量、高效、綠色低碳、低成本的穩(wěn)定運行需依賴智能化實施途徑做保障。推進煉鋼集控平臺建設，建立“鐵水預處理-煉鋼-精煉-連鑄”多工序大數(shù)據(jù)協(xié)同控制平臺，以滿足煉鋼多工序工藝升級和煉鋼過程動態(tài)高效、安全、低碳環(huán)保、質(zhì)量及成本等多目標管控的需求。依托數(shù)字化、智能檢測及控制、大數(shù)據(jù)分析、智能算法、裝備自動控制等手段，針對不同工序的冶煉功能建立或開發(fā)基于機理和關(guān)鍵控制技術(shù)的模型，促使關(guān)鍵工藝與檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)全冶煉周期的自動化煉鋼、一鍵式精煉等單體工序智能控制，鋼包智能動態(tài)調(diào)度，實現(xiàn)坯鑄機全自動無人澆鑄等技術(shù)。
(3)深入推進低碳綠色生產(chǎn)技術(shù)應用。對于低碳綠色發(fā)展而言，煉鋼技術(shù)需要做幾個方面的工作：一是提高生產(chǎn)效率，從源頭降低輔料、合金、耐火材料等物料的消耗水平，減少渣量，降低鋼鐵料消耗，降低過程能耗；二是促進煉鋼過程低碳綠色生產(chǎn)，最大限度地提高鋼水潔凈度，減少碳排放污染、降低物料消耗和能耗并實現(xiàn)回收及資源化利用(少渣煉鋼、少渣精煉、爐渣熱循環(huán)、爐渣梯級資源化利用、煉鋼煙氣和爐渣余熱回收、爐渣及煙氣鋼化聯(lián)合利用)；三是深化BF-BOF流程高廢鋼比冶煉技術(shù)，配套完善能量平衡體系，開發(fā)廢鋼分揀與雜質(zhì)元素控制等技術(shù)，為BF-BOF流程低碳技術(shù)升級提供支撐；四是開發(fā)全廢鋼電爐短流程技術(shù)，全廢鋼電爐流程能耗低、環(huán)境負荷小，噸鋼CO2排放量僅為高爐-轉(zhuǎn)爐流程的1/3，是典型的低碳、環(huán)保、高效的鋼鐵制造流程，隨著社會循環(huán)廢鋼的增加，依托城市鐵資源的循環(huán)利用，開發(fā)高效低成本電爐冶煉技術(shù)、廢鋼冶煉高品質(zhì)鋼技術(shù)、全廢鋼電爐流程技術(shù)，逐步發(fā)揮電爐低碳冶煉的優(yōu)勢已成為“十四五”發(fā)展重要議題；五是推進煉鋼工序“CO2捕捉-資源利用”技術(shù)，綜合評估CO2捕捉、運送過程能耗及碳排放與利用效率的平衡關(guān)系，有效提高CO2利用過程效率并降低CO2利用全過程的能耗排放。
(4)近終形連鑄連軋技術(shù)。近終形連鑄連軋技術(shù)能夠極大地精簡鋼鐵制造流程的時間和空間，在實現(xiàn)高效化生產(chǎn)的同時顯著降低制造過程能源和二氧化碳排放量。近年來，以無頭軋制和薄帶連鑄連軋為代表的近終形制造技術(shù)在中國的鋼鐵工業(yè)得到快速應用，但從總體水平而言，仍處于跟跑階段。在國家碳中和戰(zhàn)略目標的背景下，近終形連鑄連軋技術(shù)必將成為鋼鐵工業(yè)進行流程再造的重要技術(shù)路徑之一。
