冶金新技术讲座.ppt

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1、冶金新技术讲座,主讲人 杨吉春,主要讲授内容,1.冶金工业发展历程回顾与展望 2.直接还原和熔融还原技术新进展 3.转炉、电炉炼钢技术新进展 4.炉外精炼和连铸技术新进展 5.特种冶金技术的发展 6.近终成形新技术 7.计算机在冶金中的应用 8.钢铁冶金工艺流程新进展,第一章 冶金工业发展历程回顾与展望,1.钢铁生产发展简史 人类历史上从铁器时代开始,钢铁就是兵器及生产工具的主要材料。原因：1）铁资源丰富，约占总资源的5%。2）铁矿石中铁主要以氧化物和碳酸化合物形式存在，且较易被还原制取，生产成本低。3）铁碳合金有较优良的性能。结果：20世纪产业革命以后，世界钢产量迅速增长，钢铁企业日益扩大，

2、优质钢和合金钢比率增大，出现空前繁荣局面。钢产量成为一个国家综合国力的标志。20世纪以来钢铁工业发展的几个阶段：一、1945 1970 年，世界钢铁工业处于高速发展阶段，平均年增长率6.3%背景：第一次及第二次世界大战期间，战争促使钢铁生产的竞赛。,钢铁生产发展简史,二、1970年以后世界钢产量增长缓慢，停滞不前，出现1987 1996的十年徘徊，世界粗钢产量在7.5亿吨左右波动，这时有了“钢铁工业是夕阳工业”之说。背景：1）工业发达国家钢铁产量已达到社会所需饱和值，人均钢材消费量：日本680Kg，美国660Kg。2）两次石油危机造成能源短缺，降耗才能盈利，促使钢铁工业流程、工艺进一步革新，使

3、传统全流程钢铁企业处于萎缩状态。3）90年代世界格局发生变化，冷战结束，出现“和平与发展”的新阶段，高新技术发展要求钢铁工业从“产量型”向“质量型”转化。4）有色金属及合金、陶瓷材料、塑料、复合材料的发展一定程度上取代了钢材。三、1996年以后，由于高新技术进入产业，引发了“第三次产业革命”、“第四次浪潮”。高新技术的基础是新材料，优质合金钢及超级合金在新材料中占相当比重。背景：各国在发展高新技术过程中，钢铁新材料占到一半以上。,中国钢铁工业的发展历程,2.中国钢铁工业的发展历程1890年中国第一家钢铁厂在汉阳创建；1949年新中国成立，当年钢铁产量只有15.8万吨，居世界第26位，不到当时世

4、界钢铁年总产量的1.6亿吨0.1%；经过第一个五年计划,1957年钢产量就达到535.5万吨；到1978年，我国钢产量达到3178万吨，居世界第五位，占当年世界钢铁产量的4.42%。1979年以后，我国钢铁工业获得了快速发展，新建了宝钢、天津钢管等大型现代化钢铁企业。通过对老企业挖潜改造，钢产量以每年400-500万吨的速度快速增长。1989年，我国钢产量达到6159万吨，首次突破6000万大关，成为继美国、苏联、日本之后第4个产钢大国。,上世纪80年代，我国钢产量平均年增长率5.82%；90年代为6.99%；到1996年,我国钢产量已突破亿吨大关,达到10124万吨,跃居世界第一位；进入21

5、世纪，20002004年的四年间，平均增长率就高达20.71%；2003年，我国钢铁产量突破2亿吨，成为世界上唯一年产钢超过2亿吨的国家；2004年，我国粗钢产量已达到2.72亿吨，占全球钢产量10.5亿吨25.8%。中国粗钢产量已从占世界的10%上升到了25%；2005年，我国钢、铁、材的产量突破3亿吨，只用了短短的两年时间；2012年，我国成品钢材产量突破9.52亿吨。,中国钢铁工业的发展历程,中国钢铁工业的发展历程,突破1亿吨我们用了47年时间；翻一番到2亿吨用了七年时间；从2亿吨到3亿吨用两年时间；从3亿吨到4亿吨用一年时间钢铁生产基本满足了国民经济快速发展的需要，中国钢铁工业为振兴中

6、华做出了重大贡献，已经成为我国经济综合实力的重要标志，成为我国为数不多的具有国际竞争力的行业。占世界五分之一的人口能生产世界50的钢是中国人民的骄傲。,我国钢铁工业现状分析,3.我国钢铁工业现状分析 1）我国钢铁产品产量大幅度增长,我国钢铁工业现状分析,2）产品结构优化，板带比增加，关键钢材品种自给率提高,2012年我国进口钢材1366万吨，其中板材1166万吨,2012年我国进口钢材一览,单位：万吨,单位：万吨,我国钢铁工业现状分析,3）钢铁企业由多变少,我国钢铁工业现状分析,4）装备水平大幅度提高，主要经济指标不断改善宝钢、鞍钢、武钢、马钢、太钢等大型企业的工艺装备水平已达到或接近世界先进

7、水平 焦化已投产机械化焦炉2108座，炼焦能力29890万吨，其中7m焦炉3座，能力占1.07%，已是世界上拥有7m以上焦炉数量最多、能力最大的国家；6m焦炉119座，占19.9%；焦炉503座，占51.8%。烧结、球团2006年我国烧结机有400余台，年产烧结矿4.5亿吨，其中300m2以上烧结机26台，180m2以上烧结机34台。炼铁2006年我国炼铁总能力46987万吨，其中1000m3以上大高炉有121座，占全国生产能力的39%；300-1000m3高炉395座，占38%；300m3以下高炉738座，占23%；3000m3以上高炉11座，太钢、马钢4000m3高炉正在建设中，曹妃甸正在

8、建5500m3高炉。,我国钢铁工业现状分析,炼钢 2006年炼钢能力超过5亿吨，拥有120吨的转炉74座，产能15400万吨，占炼钢总能力的30.6%；50-100吨电炉33座，能力1890万吨，占3.8%。2006年重点企业钢铁料消耗1085kg/t，转炉炉衬寿命6052炉，连铸比98.6%，达到世界先进水平。轧钢 到2006年底，我国共有一次材轧机997套，总生产能力49260万吨，平均单套轧机能力49.4万吨，达到国际先进水平的轧机大幅度增加。铁道用材（钢轨）及大型材 各种大型轧机33套，能力2000万吨，其中60%的能力达到世界先进水平，攀钢、包钢、鞍钢、武钢4家重轨生产线，已能生产1

9、00m长尺钢轨和高速钢轨，整体装备达到世界先进水平。已建15套H型钢生产线，总能力1100万吨，其工艺装备水平已达世界先进水平，马钢、莱钢已达世界领先水平。在建4套，能力为400万吨，到2010年达2400万吨。,我国钢铁工业现状分析,棒材及钢筋轧机 已有220多套，能力1.35亿吨，2006年产量1.27亿吨，其中80%已达世界先进水平，横列式的产能不足20%。在建和计划建30套，能力2700万吨，到2010年总能力达1.6亿吨。线材轧机 2006年线材轧机152套，能力7560万吨，2006年产量7151万吨，其中高速线材轧机生产能力占83%，还有17%属于落后的复二重轧机。在建22套，能

10、力1300万吨，2010年达8800万吨。中小型轧机 2006年有中小型轧机40套，生产能力1100万吨，2006年产量950万吨，其中65%产能是落后的横列式轧机，是我国轧机装备最落后的品种。中厚板轧机 2006年已有中厚板轧机48套，生产能力5000万吨，产量4022万吨，其中属落后的2300-2500mm轧机15套，总能力1000万吨，属国际先进水平轧机占60%以上。在建12套，能力1700万吨，2010年达6700万吨。,我国钢铁工业现状分析,热轧宽带钢轧机 2006年已投产的有42套，产能1.36亿吨，2006年产量1.04亿吨，另外在建13套，其中薄板坯连铸连轧（中厚）19套，占2

11、2%，炉卷轧机6套，占2%，热连轧工艺装备均达到国际先进水平和国内先进水平，宝钢、鞍钢、武钢、太钢等连轧机达到国际领先水平。热轧宽带钢在建23套，能力8000万吨，能力到2010年将突破2亿，达到21600万吨；宽厚板在建6700万吨，窄带钢5000万吨，板带合计3.3亿吨。无缝管 2006年有无缝管轧机380套，生产能力1500万吨，2006年产量1484万吨，其中达到国际先进水平机组10套（8套二辊、2套三辊）能力430万吨，有350-400万轧机属落后能力，占25-29%需淘汰。在建20套，能力700万吨，2010年达2200万吨。另外，有窄带钢轧机82套，能力5000万吨，2006年产

12、量4100万吨。,我国钢铁工业现状分析,冷轧宽带钢轧机 目前已有冷连轧机组24套，单机架可逆轧机50台，总生产能力4760万吨，在建15套，能力3300万吨，2010年达8000万吨，连轧机已达国际先进水平，4辊6辊单双机架冷轧也属国内先进水平。热镀锌生产线 已有热镀锌线130条以上，生产能力2500万吨。重点企业普遍采用大型化（年产30-40万吨）、高速化（运行速度200m/min以上），达到世界先进水平，在建15套，能力1100万吨，2010年达3600万吨。电镀锌生产线 国内有5条，能力135万吨，宝钢2条属国际领先水平。彩涂机组 已投产120条生产线，能力1200万吨。硅钢轧机 国内已

13、投产冷轧硅钢企业四家（武钢、鞍钢、宝钢和太钢）总生产能力332万吨，其中取向28万吨，如在建投产，总能力达500万吨，取向56万吨。,我国钢铁工业现状分析,5）节能减排取得初步成效吨钢综合能耗由“九五”末的1.387tce降到“十五”末的1.042tce，年均节能率5.5%，“十一五”吨钢综合能耗下降12.1%。6）钢铁行业运行受经济形势影响，企业效益下滑 钢铁企业受世界经济衰退、原材料涨价及同质竞争，企业效益出现明显下滑。7）我国钢铁工业具备较强参与国际竞争能力 钢铁产品已能满足国民经济需要的95%左右，高附加值的板材、管材品种发展，已占出口钢材总量60%左右。,我国钢铁工业发展存在的主要问

14、题,品种质量亟待升级，我国钢材产品实物质量整体水平仍然不高，只有约30%可以达到国际先进水平。少数关键品种钢材仍依赖进口，高强度、耐腐蚀、长寿命、减量化等高性能产品研发和生产技术水平有待进一步提高。布局调整进展缓慢。钢铁工业北重南轻的布局长期未能改善，环渤海地区钢铁产能近4亿吨，50%以上产品外销。16个直辖市和省会城市建有大型钢铁企业，已越来越不适应城市的总体发展要求。能源、环境、原料约束增强。高炉、转炉煤气干法除尘普及率较低。烧结脱硫尚未普及，绿色低碳工艺技术开发还处于起步阶段，二氧化硫、二氧化碳减排任务艰巨。铁矿石价格大幅上涨极大地挤压了钢铁行业的盈利空间，严重制约了钢铁行业的健康发展。

15、自主创新能力不强。重点统计钢铁企业研发投入只占主营业务收入的1.1%，远低于发达国家3%的水平。,钢铁工业发展关键,4.钢铁工业发展的关键技术 1）采用新流程、新技术、新装备代替传统的全流程生产方式，达到高生产率、高效率、产品优质。2）节约资源、能源，降低制造成本、投资成本及劳动成本。3）满足国民经济各部门对钢材使用性能及质量上不断提高的要求。如汽车用深冲钢板要求：钢中C+P+S+O+N+H总和不大于0.01%。4）保护环境，根治污染，保持生态平衡。5.中国需要多少钢从世界各国发展的经验来看,发达国家钢产量在达到一定规模后开始回落,之后将保持一定的需求量,即钢材需求的饱和点。如：美国1973年

16、，1.37亿吨；日本1973年，1.19亿吨；前苏联1988年，1.63亿吨。钢材消耗量及消费强度和国内生产总值及结构间的关系,中国需要多少钢,1）基础建设阶段：钢材消耗量及消费强度随国内生产总值的增加而增加；2）加速工业化阶段：钢材消耗量及消费强度有可能不变。消费强度出现徘徊或降低，但钢材消耗量会继续增加；3）发达阶段：钢材消耗量及消费强度下降。我国处于第二阶段，且处于21世纪，不会再走过去的老路（先工业化后信息化），而是走传统产业和高新技术产业及第三产业协同发展的路子。此外，我国基础差、人口多、地区发展不平衡，钢材消耗量大的阶段会持续时间长一些。如：1955年1970年，我国国民生产总值人

17、均89109美元，钢材消耗量3051420万吨，消费强度0.088kg/美元0.267kg/美元；1970年1995年，我国国民生产总值人均109537美元，钢材消耗量142013194万吨，消费强度0.267kg/美元0.142kg/美元；符合加速化工业阶段的一般情况,中国需要多少钢,设想：人均国民生产总值达到12000美元，国内生产总值18万亿美元，消费强度0.016kg/美元（美国标准），将需要钢材约3亿吨。钢材消耗量及消费强度和人口的关系 发达国家：300-500kg/人，2012年我国人口13亿；地区发展不平衡，发达程度不一样，东南沿海已经或正在进入中等发达程度，这一区域人口约5亿，

18、粗略计算：55002.5亿吨 83002.4亿吨 合计：4.9亿吨钢材消耗量及消费强度和制造业的关系 我国是机电产品出口大国，钢材消耗量会有所增加。综合以上因素，我国钢产量的发展空间，约4.5-5亿吨。,2012年美国GDP 15.83万亿美元中国GDP 8.3万亿美元日本GDP 5.3万亿美元德国GDP 3.4万亿美元欧盟GDP 16.11万亿美元 中国人均5414美元(89)2011年 中国7.43万亿元,钢铁冶金前沿技术,6.钢铁冶金前沿技术 1）传统炼铁流程：由焦化、烧结、高炉工序组成 缺点：投资大，流程长，能耗高。尤其是炼焦煤，仅占煤总储量的10%，已告缺。且炼焦排放大量的有害气体（

19、CO2，CO，NOX，SO2等），造成温室效应，严格的排放标准出台后，焦化工序将首先被淘汰。对策：开发用烟煤或天然气作还原剂，不用高炉，将铁矿石还原成海绵铁的直接还原炼铁法以及生产成铁水的熔融还原法。2）交流电弧炉炼钢生产率的提高 为降低电耗，缩短冶炼时间，与炉外精炼匹配，超高功率电炉问世，比功率逐年提高，达到1000KVA/t以上。,钢铁冶金前沿技术,缺点：大功率交流电弧炉的电弧稳定性差，对电网冲击大，产生 强烈的电压闪烁，造成噪声污染。对策：发展直流电弧炉。3）炉外精炼是提高质量、增加产量，降低成本的有效手段 没有炉外精炼，超高功率电炉无法发挥优势，炼钢和连铸得不到衔接和缓冲。增加钢的炉外

20、精炼比例是冶金工业的发展方向。4）连铸技术的发展和扩大应用引发钢铁工业又一次重大革新 高效连铸及近终形连铸对现代炼钢和高速连轧起衔接作用，使产品专业化、系列化、优化及高附加值。5）等离子冶金具有潜在优势6）真空冶金是生产超级合金的重要手段 目前在凝壳熔炼、悬浮熔炼、冷坩埚熔炼及真空电弧双电极重熔等方面有新的突破。,钢铁冶金前沿技术,7）电渣冶金在21世纪仍具有以下五个方面的优势 a.在优质大型及中型锻件生产中，处于垄断地位；b.在优质钢工具钢、模具钢、不锈耐热钢、超高强钢、管坯及冷轧轧辊生产中占绝对优势；c.在超级合金（高温合金、耐蚀合金、精密合金、电热合金）生产中与真空冶金处于竞争状态；d.

21、在有色金属生产方面，发展前景广阔；e.电渣重熔空心锭和电渣熔铸异形件具有独到之处，发展前景良好。8）近终成形是金属毛坯制备的新方向 它是将金属合成、精炼、凝固、成形集中与一道工序，是物性转变的最佳短流程，可有效控制污染，提高金属性能。9）人工智能及计算机集成系统在冶金的应用日益广泛 21世纪在钢铁企业建立CIMS综合管理系统是当务之急，结合钢铁工业短流程技术的发展，实现控制智能化。,“十二五”钢铁工业发展规划,指导思想 以钢铁工业结构调整、转型升级为主攻方向，以自主创新和技术改造为支撑，提高质量，扩大高性能钢材品种，实现减量化用钢，推进节能降耗，优化区域布局，引导兼并重组，强化资源保障，提高资

22、本开放程度和国际化经营能力，加快实现由注重规模扩张发展向注重品种质量效益转变。基本原则 坚持结构调整、坚持绿色发展、坚持自主创新、坚持区域协调、强化资源保障。主要目标 品种质量。进口量较大的高强高韧汽车用钢、硅钢片等品种实现规模化生产，国内市场占有率达到90%以上；船用耐蚀钢、低温压力容器板、高速铁路车轮及车轴钢、高压锅炉管等高端品种自给率达80%。400兆帕及以上高强度螺纹钢筋比例超过80%。,“十二五”钢铁工业发展规划,节能减排。淘汰400立方米及以下高炉（不含铸造铁）、30吨及以下转炉和电炉。重点统计钢铁企业焦炉干熄焦率达到95%以上。单位工业增加值能耗和二氧化碳排放分别下降18%，重点

23、统计钢铁企业平均吨钢综合能耗低于580千克标准煤，吨钢耗新水量低于4.0立方米，吨钢二氧化硫排放下降39%，吨钢化学需氧量下降7%，固体废弃物综合利用率97%以上。产业布局。产能过剩地区的盲目扩张得到抑制，建成湛江、防城港钢铁精品基地，从根本上解决“北钢南运”问题。资源保障。基本建立利益共享的铁矿石、煤炭等钢铁工业原燃料保障体系，新增境外铁矿石产能1亿吨以上。技术创新。重点统计钢铁企业建立起完善的技术创新体系，研发投入占主营业务收入达到1.5%以上。绿色低碳冶炼和资源综合利用等自主创新工艺技术取得进展，高效生产和节能减排等共性关键技术得到广泛应用。产业集中度。大幅度减少钢铁企业数量，国内排名前

24、10位的钢铁企业集团钢产量占全国总量的比例由48.6%提高到60%左右。,“十二五”钢铁工业发展规划,十二五时期钢铁工业发展主要指标,*为2015年比2010年增加或减少的百分点。,“十二五”钢铁工业发展规划,重点领域和任务（一）加快产品升级 全面推进钢材品种、质量和标准的提升。加大高强钢筋的推广应用。（400-500MPa）发展关键钢材品种。（二）深入推进节能减排 铁前节能减排技术（低温烧结工艺技术，烧结烟气脱硫、脱硝技术，小球烧结技术，链篦机-回转窑球团技术，球团废热循环利用技术，高温高压干熄焦技术，煤调湿技术，捣固炼焦技术，焦炉、高炉利用废塑料技术，高炉高效喷煤技术，高炉脱湿鼓风技术，高

25、炉干法除尘技术，高炉热风炉双预热技术，转底炉处理含铁尘泥技术）炼钢、轧钢节能减排技术（转炉煤气干法除尘技术，转炉负能炼钢工艺技术，电炉烟气余热回收利用除尘技术，蓄热式燃烧技术，低温轧制技术，在线热处理技术，轧钢氧化铁皮综合利用技术）综合节能减排技术（燃气-蒸汽联合循环发电技术，原料场粉尘抑制技术，双膜法污水处理回用技术，能源管理中心及优化调控技术。冶金渣综合利用技术，综合污水处理技术，余热余压综合利技术）,“十二五”钢铁工业发展规划,（三）强化技术创新和技术改造 新工艺、新装备、新技术（非高炉炼铁技术，新一代可循环钢铁流程技术，钢材强韧化技术，新一代控轧控冷技术，大型电炉设备成套技术，薄带连铸

26、短流程产业化技术，煤针状焦产业化技术，工业核心工艺控制器系统（CCTS）研究与开发）新产品、新材料技术（核电不锈钢、核岛压力容器钢板、核电发电机转子锻件合金钢、核电蒸发器传热管用钢生产技术；超超临界火电机组蒸汽管、过热器、再热器用钢，高中压电转子用钢生产技术；超纯铁素体不锈钢、高氮控氮奥氏体不锈钢、超级奥氏体耐蚀不锈钢生产技术；油船用高品质耐蚀船板、特种耐腐蚀油井管生产技术；高强高韧汽车用钢、高品质轴承钢、齿轮钢等生产技术）节能减排新技术及资源、能源循环利用技术（高炉富氧喷吹焦炉煤气技术，高炉炉顶煤气循环氧气鼓风炼铁技术，烧结脱硝脱二噁英技术，电炉炼钢中二噁英类物质的减排技术，转底炉直接还原钒

27、钛磁铁矿技术，矿产资源综合利用新流程技术，高炉渣、钢渣等显热回收利用技术，共伴生矿、难选冶矿应用技术）,“十二五”钢铁工业发展规划,品种质量（发展高速铁路用钢、高磁感取向硅钢、高强高韧汽车用钢、高强度机械用钢、低温压力容器板、船舶行业用耐蚀钢、高性能油气输送管线钢、高强度机械用钢、海洋工程用钢、油气储罐用钢、电力行业用高压锅炉管和核电用钢等高精尖产品和关键钢材品种）资源开发（低品位、伴生矿采选冶炼，尾矿综合利用，废钢加工等）节能减排（转炉、高炉烟气干法净化与余热余压综合利用系统集成优化，电炉烟气余热回收，烧结工序节能减排系统集成优化，冶金渣等固废处理利用与过程中余热利用系统集成优化）工艺技术（

28、洁净钢生产、新一代控轧控冷（TMCP）等工艺技术改造和工艺流程优化）两化融合（钢材性能在线监测、预报、控制技术改造，信息化集成系统技术改造，建设能源管理中心）（四）淘汰落后生产能力烧结、球团和炼焦生产工艺装备（90m2以下烧结机，土烧结矿、热烧结矿工艺，8m2以下球团竖炉，土法炼焦（含改良焦炉），单炉产能7.5万吨/年以下或无煤气、焦油回收利用和污水处理达不到准入条件要求的半焦（兰炭）生产装置，炭化室高度4.3m（捣固焦炉3.8m）以下常规机焦炉）炼铁、炼钢生产工艺装备（400立方米及以下的炼铁高炉，200立方米及以下的专业铸铁管厂高炉，生产地条钢、普碳钢的工频和中频感应炉（机械铸造用钢锭除外

29、），30吨及以下炼钢转炉，15000千伏安及以下（30吨及以下）炼钢电炉，5000千伏安及以下（公称容量10吨及以下）高合金钢电炉）,“十二五”钢铁工业发展规划,轧钢生产工艺装备（复二重线材轧机，叠轧薄板轧机，横列式棒材及型材轧机，普钢初轧机及开坯用中型轧机，热轧窄带钢（600mm及以下）轧机，三辊劳特式中板轧机，直径76mm以下热轧无缝管机组，三辊横列式型线材轧机（不含特殊钢生产）落后产品（热轧硅钢片，I级螺纹钢筋产品，级螺纹钢筋产品(按建筑行业用钢标准和建筑规范要求淘汰)，25A空腹钢窗料，普通松弛级别的钢丝、钢绞线）（五）优化产业布局 环渤海、长三角地区原则上不再布局新建钢铁基地。西部地

30、区部分市场相对独立区域，立足资源优势，承接产业转移，结合区域差别化政策，适度发展钢铁工业。新疆、云南、黑龙江等沿边地区，积极探索利用周边境外矿产、能源和市场，发展钢铁产业。充分发挥攀西钒钛资源和包头稀土资源优势，发展具有资源综合利用特色的钢铁工业。继续推进东南沿海钢铁基地建设。“十二五”期间，加快建设湛江、防城港沿海钢铁精品基地，彻底改变东南沿海钢材供需矛盾，推进福建宁德钢铁基地建设，促进海峡西岸经济发展。有序推进与城市发展不协调的钢厂转型或搬迁。支持广州、青岛、昆明、合肥、唐山（丰南）、杭州、芜湖等城市钢厂搬迁改造或转型发展，科学论证西宁、抚顺、石家庄、贵阳等城市钢厂发展定位,“十二五”钢铁

31、工业发展规划,（六）增强资源保障能力 强化铁矿石资源保障体系建设。规范国内铁矿石市场秩序，加大国内铁矿资源的勘探力度，提高尾矿回收综合利用水平。加快建立适应我国钢铁工业发展要求的废钢循环利用体系。依托符合环保要求的国内废钢加工配送企业，重点建设一批废钢加工示范基地，完善加工回收配送产业链，提高废钢加工技术装备水平和废钢产品质量。积极研究制定进口废钢的优惠政策措施，鼓励在海外建立废钢回收加工配送基地。（七）加快兼并重组 重点支持优势大型钢铁企业开展跨地区、跨所有制兼并重组。充分发挥宝钢、鞍钢、武钢、首钢等大型钢铁企业集团的带动作用，形成35家具有核心竞争力和较强国际影响的企业集团。重点推进完善鞍

32、钢与攀钢、本钢、三钢等企业，宝钢与广东钢铁企业，武钢与云南、广西钢铁企业，首钢与吉林、贵州、山西等地钢铁企业兼并重组。积极支持区域优势钢铁企业兼并重组，大幅减少钢铁企业数量，促进区域钢铁企业加快产业升级，不断提升发展水平，形成67家具有较强市场竞争力的企业集团。巩固河北钢铁、山东钢铁重组成果，积极推进唐山渤海钢铁、太原钢铁开展兼并重组，引导河北、江苏、山东、山西、河南、云南等省内钢铁企业兼并重组。重组企业要发挥协同效应，注重体制和机制创新，加大淘汰落后和节能减排力度，切实保障职工合法权益。,“十二五”钢铁工业发展规划,（八）加强钢铁产业链延伸和协同 转变服务理念、增强服务意识，建立钢铁企业与下

33、游用户战略合作机制，发展钢材深加工，完善物流配送体系，提升产品价值和企业服务功能，促进由钢铁生产商向服务商转变。鼓励钢铁企业建立钢材服务中心，联合下游行业开发钢铁新材料和下游产品，为用户提供全方位钢铁材料解决方案，实现钢铁工业与下游行业互利共赢。积极开展维修、仓储、物流等服务外包，以及制氧、石灰、渣处理、废钢分类加工等辅助工序外包。（九）进一步提高国际化水平 充分利用两个市场、两种资源，统筹“引进来”与“走出去”，加强国际化经营，深化经济技术合作。鼓励国外先进知名钢铁企业参股和投资国内钢铁企业和项目，在钢材产品深加工领域投资设立企业和研发中心，提升我国钢铁企业的创新能力和管理水平。支持国内钢铁

34、企业及其他企业在境外投资建设钢铁厂及经贸合作区，参与国外钢铁企业的兼并重组，开拓市场营销网络等。支持部分沿边地区发展市场、原料及能源在外的钢铁产业。,“十二五”钢铁工业发展规划,2015年粗钢消费量约7.5亿吨 铁矿石2015年自给率达45%,2015年关键钢材品种消费预测,“十二五”冶金十大关键技术,新一代钢铁流程技术低品位难选矿综合利用技术大中型高炉的高效、节能、长寿综合技术高效、低成本的转炉洁净钢生产系统技术以超快冷为核心的新一代控轧控冷技术高炉炼铁二氧化碳减排和利用关键技术非高炉炼铁技术无头轧制和半无头轧制技术薄带铸轧技术钢渣、铁渣显热回收和综合利用技术,第二章 直接还原和熔融还原技术

35、新进展,1.直接还原 1)发展背景 直接还原工业化试验始于50年代，但成功例子很少。60年代天然气大量开采，1968年美国Midrex法成功，直接还原得到迅速发展。1975年DRI海绵铁产量269万吨，1995年增至3075万吨，在冶金史上实属罕见。,直接还原将铁矿石在固态还原成海绵铁（Sponge Iron)的方法。所得产品称为直接还原铁DRI(Direct Reduction Iron)。熔融还原（Smelting Reduction)用铁矿石和普通烟煤作原料，经流化床直接生产铁水，使渣铁分离的方法。,直接还原和熔融还原技术新进展,发展的客观原因世界多数国家严重缺乏焦煤，不少国家有优质铁矿

36、及天然气和烟煤资源。如委内瑞拉、印度尼西亚、墨西哥，主要发展气基竖炉；南非、印度、新西兰有丰富的烟煤和优质铁矿，以煤基回转窑为主。电炉短流程的发展，电炉钢产量日益增长，废钢用量供应紧张，需要一部分DRI铁来补充。近年来钢铁工业受高分子材料和硅酸盐材料的竞争，总产量始终未有突破。但以质量、性能及品种取胜的小型特钢厂发展较快，电炉钢选择原料，自然更多选择直接还原铁。世界焦煤储量锐减，环保要求提高，炼焦炉停产，迫使企业选择新的生产流程。直接还原技术上的新突破，促使其发展。,直接还原发展背景,2.煤基回转窑直接还原 煤基回转窑直接还原流程见下图：,铁矿石+煤,在1100下，铁矿石呈固态,海绵铁,直接还

37、原铁内含有一定数量的脉石，因是固态反应，不能使铁渣分离，对DRI产品脉石含量有一定限制：,煤基直接还原流程成熟的工艺是德国SL/RN法，英国的DRC法，法国的Codir法。,煤基回转窑直接还原流程图,配料仓,还原窑1100,8-10小时完成还原反应，在冷却塔冷至100以下,气基竖炉直接还原,3.气基竖炉直接还原,气基Midrex法工艺由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气重整炉组成。,反应式为：,气基法的能耗低，效率高，质量好，易操作，作业温度低，产品无需再分选。,气基Midrex法工艺流程图,还原气温度900,6h完成冶炼,我国直接还原的发展,为保证炼钢用DRI的TFe90%，要求：,是否可

38、用于直接还原的铁矿石的判断标准为：,5为优质DRI用矿,5-9为DRI可用矿,9不宜用于DRI，仅用于高炉冶炼,此外，直接还原过程不能脱磷，故要求矿石含P0.027%。,国内本钢南芬矿、辽阳棉花堡矿、山东金岭矿、太钢尖山矿、陕西大南沟矿、安徽霍邱矿及海南铁矿均符合DRI要求。,天津大无缝引进英国Davy公司的关键技术和设备，兴建年产30万吨的两条5m80m回转窑，采用进口矿石。,HyL反应罐法,墨西哥的HyL法采用了4个反应罐串联操作，还原煤气用天然气制造,先在换热式转化炉中不充分转化。经过每一个罐反应后都进行脱水、二次转化和提温，煤气在1100的高温下进行还原。第三代的HyL法已放弃四个反应

39、罐，改用一个，接近Midrex法。,流态化法,在流态化法还原中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。流态化还原有直接使用矿粉省去造块的优点，并且由于矿石粒度小而能加速还原。,细粒矿粉易粘结，一般在600700不高的温度下操作，还原速度不大，极易促成CO的析碳反应。流态化海绵铁活性很大，极易氧化自燃，需经处理，才便于保存和运输。,回转窑炼铁操作示意图,PF法直接还原铁新工艺,2007年北京冶金设备研究设计总院研究设计的单孔罐式还原炉在河北唐山工业性试验成功,PF法直接还原铁工艺主要特点：,1、反应室与燃烧室分隔，产品金属化率高。预热段、还原段、冷却段分别采用不同材料和结构，能连续

40、生产，比反应罐法生产率高，能耗低；而且罐体不像隧道窑中那样反复加热、冷却，寿命长。,PF法直接还原铁新工艺,2、能像回转窑和转底炉一样连续生产，但炉体不动而炉料自动下落，炉气逆流上升，设备简单可靠，有利于加热和直接还原反应进行，可方便地控制炉料还原温度和时间，利用系数高、作业率高，能源和原料消耗低；3、直接还原与反应罐法和回转窑法一样采用外配碳，还原剂和脱硫剂可适当过量，确保还原和脱硫效果，又不增加产品灰分，使得原燃料选用范围广、工艺设备简单、产品质量好，而投资少、成本低；4、反应室、燃烧室间隔排列，机构紧凑，每组反应罐都是一座独立的还原设备，若干组并列、组成各种生产能力的还原炉；5、适合作为

41、煤基直接还原铁工艺主体设备，也易改造为气基法竖炉和其他工业炉窑。,PF法直接还原铁新工艺,PF法是一种安全可靠的竖炉直接还原工艺，而且综合了当前几种直接还原铁工艺长处，在节能、环保和工程投资、生产成本等方面有明显改进。,Energiron新一代直接还原技术,达涅利和得兴HYL技术联合体所展现的Energiron工艺代表了全球钢铁市场该领域的顶尖技术。全面控制DRI的金属化程度和高碳含量，以适应长途运输和电炉的高功率。Energiron技术有如下显著特点：该工艺对原料适应性强；DRI质量控制(高碳)（14含碳量）；电炉直接热装DRI；高效率，降低生产成本。通过HytempR气动传输技术，可直接将

42、DRI热送至电炉进行炼钢。,熔融还原,2.熔融还原 到目前为止，开发的熔融还原有36种之多。从预还原方式分有竖炉法、液化床法、热旋分离法；从终还原方式分有熔融气化炉、铁浴反应炉。其中以日本的DIOS法、澳大利亚Hismelt法、俄罗斯的PFV法及美国的AISI直接炼钢法具有独到之处。但投入工业生产的只有奥钢联与德国科尔夫公司共同开发的COREX法。南非伊斯科尔钢铁公司建起了世界第一座年产30万吨的熔态还原装置，1989年正式投产。美国、澳大利亚、意大利正在筹建年产150-200万吨的COREX厂，估计到目前有近10座COREX设备投产。COREX的优点如下：1）可用普通煤炭代替焦碳；2）可使用

43、块矿、球团矿及烧结矿；3）投资省，比传统工艺建高炉、焦炉省30%；4）生产成本低，操作及维修人员比传统工艺低1/3；5）产生大量可供发电用的燃气；6）生铁质量优良。,COREX工艺流程图,熔融气化炉,煤与1100还原气接触，煤转为焦,铁矿石还原率达90%,铁水温度1450,COREX工艺流程,煤，氧气还原气化炉（焦碳流化床）焦碳和优质还原气，铁矿石竖炉还原海绵铁粒，煤气还原气化炉（加热熔化）铁水、炉渣 建立短流程现代钢铁企业：COREX铁水预处理脱磷、硫转炉复吹二次精炼RH薄板坯连铸连轧CSP冷轧,世界最大、中国第一座COREX C3000熔融还原炼铁装置,年产铁水150万吨，能力较世界上目前

44、仅有的四套已经投运的COREX装置即南非SALDANHA钢铁厂、韩国浦项钢铁厂、印度JINDAL钢铁厂等的COREX C2000型装置提高近1倍。,HIsmelt工艺,金属熔池作为基本的反应媒介，炉料直接注入到金属中，熔炼过程主要通过熔解碳进行。其他熔融还原炼铁的生产工艺一般都采用顶装矿石和煤炭工艺，通过渣层中的碳化物（及少量金属）进行熔炼。与渣中的碳相比，金属中的熔解碳作为还原剂的反应效率更高。,省去了烧结和炼焦工序，可直接使用铁矿粉和非焦煤，并且还可“吃”传统钢厂的废弃物，如钢渣和除尘器排出的污泥，轧钢皮、焦粉和布袋除尘、静电除尘的灰尘也“通吃”。,典型Hismelt和高炉工艺的投资和生产

45、成本,不同工艺生产铁水的化学成分比较表,HIsmelt工艺能提高生产率，缩短炼钢周期，减少吨钢能耗；降低成品钢中的残余夹杂含量，产品质量更加稳定；有效减少造渣剂的消耗量和吨钢耐火材料的消耗量。此外，其开炉、停炉、停产等操作均非常简单易行。,FINEX熔融还原工艺,FINEX工艺主要特点有：直接使用粒度8 mm的烧结用粉铁矿；直接使用煤；节省资源、降低能耗和减少污染排放的；产出有价值的煤气，可用于多种冶金工艺过程或发电；产出的铁水质量可以与高炉及COREX产出的铁水质量媲美。占世界铁矿产量60以上的烧结用粉铁矿，可以直接作为FINEX工艺的原料；省去了焦化、烧结和球团工艺，减少了污染排放和资源及

46、能源的消耗。,FINEX工艺流程,第三章 转炉、电炉炼钢技术新进展,1溅渣护炉技术的发展和特点 发展概况 技术特点 2溅渣护炉工艺和实践 基本原理和操作方法 基本工艺参数 溅渣护炉和冶炼工艺的相互影响 3溅渣护炉带来的问题,一、转炉溅渣护炉技术,发展概况,炉龄是转炉炼钢一项综合性技术经济指标。转炉炉衬工作在高温、高氧化性条件下，通常以0.20.8mm炉的速度被侵蚀。为保证转炉正常生产和提高炉衬寿命，如采用焦油白云石砖、轻烧油浸白云石砖，贴补、喷补、摇炉挂渣等措施，使炉龄提高到1000炉以上。进入80年代，转炉普遍采用镁碳砖，综合砌炉，使用活性石灰造渣，改进操作，采用挂渣、喷补相结合的护炉方法，

47、使转炉炉龄又有明显提高。溅渣护炉是近年来开发的一项提高炉龄的新技术。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂(GreatLakes)，由普莱克斯(Praxair)气体有限公司开发的。,发展概况,1991年，美国LTV公司的印地安那哈的厂用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂232t顶吹转炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到0.38kgt钢，喷补料成本节省66，转炉作业率由1984年的78提高到1994年的97。美国内陆钢公司炉龄已超过20000炉。加拿大、英国、日本等也已相继投入试验和应用。我国从1994年开始转炉溅渣护炉试验，采用和发展的速度很快。鞍钢、首钢、宝钢、武钢、太钢等

48、一些转炉厂采用溅渣护炉技术，炉龄大幅度提高，取得了明效果。其中，宝钢、首钢炉龄已逾万炉。,技术特点,操作简便 炉渣调整成分后，利用氧枪和自动控制系统，改供氧气为供氮气，即可降枪进行溅渣操作；成本低 充分利用了转炉高碱度终渣和制氧厂副产品氮气，加少量调渣剂(如菱镁球、轻烧白云石等)就可实现溅渣，还可以降低吨钢石灰消耗；时间短 一般只需34min即可完成溅渣护炉操作，不影响正常生产；溅渣均匀覆盖在整个炉膛内壁上，基本上不改变炉膛形状；工人劳动强度低，无环境污染；炉膛温度较稳定，炉衬砖无急冷急热的变化；由于炉龄提高，节省修砌炉时间，对提高钢产量和平衡、协调生产组织有利；由于转炉作业率和单炉产量提高，

49、为转炉实现“二吹二”或“一吹一”生产模式创造了条件。,基本原理和操作方法,溅渣补炉的基本原理是在转炉出钢后，调整终渣成分，并通过喷枪向渣中吹氮气，使炉渣溅起并附着在炉衬上，形成对炉衬的保护层，减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷和化学侵蚀，从而达到保护炉衬、提高炉龄的目的。如：太钢目前的三段溅渣法(前期不溅，中期间隔溅，后期炉炉溅)，溅渣时炉衬最大平均侵蚀速度为0.095mm炉，相当于不溅渣时侵蚀速度的13。,溅渣（a）与未溅渣（b）时残留炉衬对比图,4409炉,1196炉,基本原理和操作方法,溅渣护炉操作步骤：1)将钢出尽后留下全部或部分炉渣；2)观察炉渣稀稠、温度高低，决定是否加入调渣剂，观察炉衬

50、侵蚀情况；3)摇动炉子使炉渣涂挂到前后侧大面上；4)下枪到预定高度，开始吹氮、溅渣，使炉衬全面挂上渣后，将枪停留在某一位置上，对特殊需要溅渣的地方进行溅渣；5)溅渣到所需时间后，停止吹氮，移开喷枪；6)检查炉衬溅渣情况，是否需局部喷补，达到要求，出渣，溅渣操作结束。溅渣护炉的效果取决于：熔池内留渣量和渣层厚度；熔渣的物化性质，包括成分、熔点、过热度、表面张力和粘度；溅渣气体的动力学参数，包括喷吹压力和流量，枪位及喷枪孔数和夹角等。,基本工艺参数,1)熔池内的合适渣量冷态试验结果，各种顶吹气体流量条件下，11渣量溅渣效果最好。国内几家钢厂溅渣实践和效果表明，渣量在100kgt较为合适。2)炉渣性