大型煉鋼廠的生產工藝優化探討

張 勇

（陜鋼集團漢鋼公司，陜西 漢中 724200）

煉鋼生產工藝包括轉爐、電爐以及平爐三種主要方式，但是，由于轉爐煉鋼不需要外加能源的介入，原材料主要以鐵水、廢鋼、鐵合金為主，因此，投入成本低、生產速度快、單爐產量大、投資回報高等優勢，廣泛應用于國內各大煉鋼廠，并為企業創造了豐厚的經濟效益。近年來，隨著社會各領域與國際市場對鋼材需求量的逐年增大，國內許多大型煉鋼廠在原有轉爐工藝的基礎上，不斷推陳出新，旨在提高鋼材產量，促進企業健康可持續發展。

1 煉鋼廠原始工藝弊端與生產工藝優化原則

下面以國內某大型煉鋼廠為例，闡述煉鋼生產工藝的優化舉措，該煉鋼廠于上世紀八十年代中期引進氧氣頂吹轉爐設備，但是，由于當時的轉爐設備比較簡陋，生產效率低下，產出的鋼材產品質量較差，而且投入成本高，企業獲利少，加之煉鋼生產過程產生出的廢氣、廢水、廢渣給周邊環境造成嚴重污染，導致該煉鋼廠在不到五年的運營時間內，連年虧損，入不敷出，即將走向倒閉邊緣。在這種嚴峻形勢下，煉鋼廠積極籌劃，精心組織，在煉鋼生產工藝上大做文章，并不斷開發出符合市場需求的新產品，鋼廠運營逐步走入正軌，成為扭虧增盈的典型代表。

該煉鋼廠針對生產工藝所遵循的基本原則主要包括以下三方面內容。第一，以產品質量為先導，以市場需求為導向，及時轉變經營理念，積極開展市場調研活動，大力研發鋼材市場亟需的生產技術難度大，產品附加值高的鋼材新品種，為企業創造更多經濟效益。第二，積極響應國家“節能降耗、綠色環保”的號召，進一步加大環保設施投入力度，大力實施環境友好方案，為企業贏得更好的社會信譽。第三，以區域市場為產品投放重心，利用區域資源優勢，深入挖掘企業自身潛能，以特色鋼材產品為主流產品，投入本地市場，為擴大企業知名度做好鋪墊，打好基礎。

基于上述三點優化原則，該煉鋼廠先后引進了三臺轉爐設備，鐵水預處理、爐外精煉、真空處理、1#板坯連鑄機相繼投入生產，之后，2#板坯連鑄機也投入生產，連鑄達到100%。在節能降耗環保方面，煉鋼廠對自動化轉爐系統進行改造，對煙氣凈化回收系統以及低速風機性能進行改良，不僅改善了轉爐的運行環境，而且也提升了供氧送氧速度，在2007 年初，第三臺脫硫機也投入使用，生產過程對環境造成的污染幾率也大幅降低。

2 煉鋼生產工藝優化舉措

2.1 鐵水脫硫工藝

為了收到較好的脫硫效果，為企業創造更多的經濟效益與生態效益，煉鋼廠新建了一個鐵水脫硫站，脫硫站的技術工藝原理是以金屬鎂粉與活性、流態化的石灰分混合物作為脫硫劑，采用噴入脫硫劑的方法，完成整個脫硫過程。自投入運營以來，這種新型的脫硫工藝收到了理想的應用效果，而且設備運轉良好。這種新型脫硫工藝能夠對連鑄用鋼的鐵水進行預處理，經過脫硫站處理后，鐵水中的硫元素含量遠低于0.01%，經過實地測定，硫含量的最低值為0.0007%，而每噸鐵所消耗的金屬鎂粉量只有0.6kg 左右，這些用量能夠保證鐵水中硫元素的含量從0.05%降到0.01%，每噸鐵水的處理費用不足40 元。

2.2 改性渣的應用

利用氧氣轉爐生產鋼材產品，鋼材極易摻雜各種雜物與合金元素，而嚴重影響產品質量，因此，為了提高產品質量，煉鋼廠在生產市場上亟需的鋼材產品時，向鋼包內投放改性渣，改性渣與鋼水不斷發生化學反應而被鋼水熔化，在鋼流的沖擊作用下，改性渣被裂解成細小的渣滴，遍布鋼液當中，這就增大了鋼渣的接觸界面積，提高了反應速度，同時，鋼水中含有雜質也與渣滴親密接觸，并隨著鋼流的旋轉，不斷與其碰撞、合并而完成整個煉鋼過程。由此可以看出，在煉鋼過程中投放改性渣能夠有效降低鋼包中氧化鐵與氧化錳的含量。如果在沒有進行出鋼擋渣流程的條件下，以投放5kg/t 為例，鋼包中的氧化鐵與氧化錳含量分別為4.5%與5.0%，如果采取出鋼擋渣措施，這兩種雜質的含量還會大幅降低[1]。

2.3 氧氣轉爐復吹工藝

該煉鋼廠經過反復驗證，不斷對氧氣轉爐的復吹工藝進行可行性分析與論證，最后確定了單透氣元件的轉爐復吹工藝的合理性，該工藝滿足煉鋼廠120 噸氧氣轉爐復吹的需要，并在技術人員不斷摸索過程中，通過引進國外發達國家的先進煉鋼工藝，對復吹工藝進行改良創新，收到了理想的應用效果。

2.4 AHF 鋼包精煉裝置的引入

AHF 鋼包精煉裝置具有成分微調、化學升溫、吹氬攪拌等功能，這種生產工藝能夠調節氧氣轉爐與連鑄間的時間、成分與溫度，并通過吹氬、喂線等工序除去鋼液中的雜物，進而提高鋼產品質量，改善鋼產品性能。這種裝置經過實際運行，各項技術指標也達到了市場標準要求。與此同時，在確保連鑄機正常運轉的情況下，能夠使100%的連鑄鋼水得到精煉處理，其生產工藝也已達到了世界領先水平。

2.5 RH-TB 鋼水真空處理裝置

RH-TB 鋼水真空處理裝置主要由合金料自動添加系統與抽真空系統組成，經過實際運行，該裝置的年生產能力達到87.5 萬噸。每天的處理鋼水的能力達到5000 噸，鋼水的循環速率達到每分鐘130 噸。RH-TB 鋼水真空處理裝置在一些特殊鋼種的生產過程中得到推廣應用，生產出的鋼產品質量符合國家標準要求。RH-TB 鋼水真空處理裝置的生產工藝參數如表1 所示。

表1 RH-TB 鋼水真空處理裝置的生產工藝參數

2.6 板坯連鑄機的投產使用

該煉鋼廠目前有兩臺年產量達到175 萬噸的板坯連鑄機，均已投產使用，這也添補了該煉鋼廠板坯連鑄的市場空白。板坯連鑄機的回轉臺可獨立升降，鑄機半徑為10m，鑄機長度為29.2m，最大鑄機速度為2.5m min-1，澆鋼速度根據板坯厚度的不同，速度也存在明顯差異，厚度為210mm 的板坯，最大速度達到1.8 m min-1，厚度為230mm 的板坯，最大速度達到1.5 m min-1，厚度為250mm 的板坯，最大速度達到1.25 m min-1。

在煉鋼生產過程中，采用板坯連鑄裝置涉及到先進技術包括鋼水全程無氧化保護澆注技術、連續彎曲連續矯直技術、漏洞鋼預報技術、全程分節小輥密排技術、二冷水氣霧動態冷卻技術以及拉低溫坯時的自動保護扇形段技術等。該煉鋼廠在第一臺板坯連鑄機運營期間，僅用了5 個月時間就完成了從熱負荷試車到驗收流程，從驗收階段到達標生產只用了短短4 個月的時間。在總結了第一臺連鑄機的運營經驗后，第二臺連鑄機在投產后的第二個就已經實現了達標生產。而且生產出的板坯質量不但符合國內質量鑒定機構制訂的標準要求，同時在國際市場也享有很高的聲譽。

3 煉鋼生產工藝優化成果

該煉鋼廠通過引進先進的生產加工設備，并對現有的生產工藝不斷進行優化，取得了階段性優化成果。煉鋼廠鐵水預處理、氧氣轉爐復吹、爐外精煉、板坯連鑄等技術工藝的先進性逐步得到印證。

3.1 產品質量有保障

生產工藝優化后，鐵水中硫元素的含量由此前的0.055%降至0.010%，鋼水中的硫元素含量以及磷元素含量也分別降至0.017%與0.010。自從應用板坯連鑄工藝后，鋼水中的氧含量與氮含量指標得到了較大改善，生產出的板坯外觀具有規則的幾何形狀，產品表面與內部很少有裂紋存在，而且鋼材廢品率大幅降低，市場銷售前景廣闊。

3.2 生產效率提升

以鋼錠的年產量為例，在技術工藝優化之前，每年的鋼錠產量始終保持在200 萬噸左右，而技術工藝優化后，鋼錠的年產量直線上升，現已突破了300 萬噸大關。生產效率的提高，激發了企業員工的生產斗志，這給煉鋼廠的長遠發展也打下堅實基礎。

3.3 產品附加值提升

近年來，國內工業生產制造企業對鋼材產品的需求量不斷攀升，尤其是鐵路、汽車等行業，亟需深沖鋼、鍍鋅板、氣瓶鋼、模具鋼、集裝箱鋼等特殊鋼材產品，因此，自煉鋼廠優化生產工藝后，這些特殊鋼產品的產量與日俱增，產品的市場附加值也逐年提升，比如煉鋼廠生產的優質X60 石油套管線鋼、J55 石油套管鋼等特殊鋼種，市場銷量遙遙領先[2]。

3.4 投入成本減少，企業發展潛力巨大

在采用新技術、新工藝之前，煉鋼廠連年虧損，生產出的鋼材產品甚至無人問津，而優化生產工藝后，鋼產品質量實現了質的飛躍，市場銷路也逐步打開，在一段時期內，一些特殊的鋼種還出現了供不應求的局面。同時，煉鋼廠生產的產品還遠銷世界其它多個國家，并且受到當地鋼材市場的普遍認可和稱贊。由于鐵水預處理技術與板坯連鑄工藝的介入，原始的模注與初軋開坯技術逐步被淘汰，這就使得鋼鐵原材料的消耗量大幅下降，轉爐的使用壽命較過去相比，也延長了近一倍。另外，由于能耗減少，投入成本降低，煉鋼廠的經濟效益逐年轉好，社會知名度得到大幅提升。

4 結束語

由此可以看出，煉鋼生產工藝的優化不僅符合市場動態變化趨勢的要求，而且也是新時代、新形勢下，鋼鐵企業保質量、提產量、促效益的一條有效路徑，因此，煉鋼廠應當始終秉持與時俱進的態度，不斷創新和改良煉鋼生產工藝，積極借鑒先進的生產技術與經驗，在為社會提供優質鋼產品的同時，為煉鋼廠的健康可持續發展保駕護航。