歐洲煉鋼技術發展趨勢分析
發布日期：
2013-12-09 來源:
電爐產業網 查看次數:
2665核心提示：2012年，27個歐盟國家的粗鋼產量為1.685億噸，其中有19個國家年粗鋼產量超過300萬噸。這些國家主要的工藝路線是轉爐煉鋼和電爐煉鋼，其中轉爐煉鋼比例為58.3，電爐煉鋼為41.7.但各國工藝路線區別很大
2012年，27個歐盟國家的粗鋼產量為1.685億噸，其中有19個國家年粗鋼產量超過300萬噸。這些國家主要的工藝路線是轉爐煉鋼和電爐煉鋼，其中轉爐煉鋼比例為58.3，電爐煉鋼為41.7.但各國工藝路線區別很大。意大利和西班牙電爐煉鋼比例超過2/3，盧森堡、葡萄牙和斯洛文尼亞這一比例達到100.與此相反，在奧地利、荷蘭、捷克、斯洛伐克和匈牙利，轉爐煉鋼比例超過90.在德國，電爐煉鋼比例占32，轉爐煉鋼比例占68.
轉爐與電爐：結合顯優勢相比于電爐煉鋼，轉爐煉鋼具有更大規模生產特定鋼種的能力。精細的鋼種用于供應扁平材及長材產品、半成品、線材、熱軋卷和冷軋卷的生產使用。氧氣轉爐煉鋼工藝主要分為3種：頂吹LD爐、底吹BOP爐、為了增加廢鋼比例的頂底復吹Q-BOP爐。
1952年~2007年，底吹BOP轉爐粗鋼產量遠遠低于頂吹LD轉爐粗鋼產量。許多優化LD轉爐的工藝和裝備技術使其在世界范圍內得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動化的副槍技術、實現出鋼溫度和成分命中的動態工藝模型的發展、各種形式的出鋼擋渣系統和通過爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實現頂底復吹。
底吹轉爐改善了爐渣熔池反應和脫碳效果。在出鋼時具有相似碳含量的情況下，相比于LD轉爐，BOP轉爐渣中鐵含量降低。
可生產多樣性鋼種是轉爐煉鋼和電爐煉鋼的共同特征。較少種類的高品質結構鋼、耐腐蝕耐熱鋼和工具鋼多采用電爐生產。許多化學元素可以當作合金原料用于生產多種市場所需的鋼材產品以滿足客戶要求。1980年~2011年，歐盟國家電爐煉鋼產粗鋼比例從20增長到42，增幅超過1倍?？沙掷m發展是這些數字背后的驅動力，因為各種級別廢鋼的循環利用是電爐煉鋼的重要任務。此外，電爐煉鋼相對于長流程煉鋼來說也減少了CO2的絕對和相對排放量。
在德國，28座電爐中有3座是直流電爐，分別位于翁特威倫博恩、派尼和喬治瑪林。直流電爐主要具有低噪音、低電耗、長爐齡、對電網沖擊小等優點。
就電爐煉鋼流程來說，伊斯肯德倫MKK冶金公司擁有300噸容量的電爐（交流電），東京鋼鐵公司擁有420噸容量的電爐（直流電）。這些電爐煉鋼廠粗鋼年產能達到250萬噸，接近中等規模轉爐煉鋼廠的產能水平。
Conarc工藝代表了轉爐煉鋼和電爐煉鋼技術的結合。根據原材料的不同，兩個獨立的熔池可以同時冶煉或者分別作為轉爐和電爐冶煉。原材料可從全鐵水到全廢鋼變化，充分考慮原材料的靈活性是Conarc工藝的特點。
采取改善轉爐傳感器技術和工藝建模等措施的目的在于增加轉爐的有效性及保證轉爐在換襯和緩沖期的安全準確維護。此外，其也有助于改善能量利用率、二次燃燒率、轉爐爐氣回收和增加原料廢鋼比等。但是，電爐煉鋼爐氣利用仍然是一個重要問題。
因為高品質廢鋼數量的有限性限制了電爐煉鋼生產粗鋼比例的提升，所以電爐熔化廢鋼和海綿鐵、轉爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復合工藝得到發展。
目前，用氣體作為還原劑已經不僅限于研究階段，奧鋼聯在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠。一些地區的天然氣價格較低，使得這項技術具有重要意義。
爐外精煉：精細靈活轉爐煉鋼廠典型的爐外精煉工藝開始于出鋼過程中加入合金元素。LF爐可以用電作為能源對鋼液進行加熱，這給煉鋼工人帶來了許多便利且具有其他優點：①出于工藝考慮可以降低轉爐出鋼溫度，②可以延長轉爐爐襯壽命，③使加入大量合金原料成為可能。
加熱鋼液也可以在HALT或者CAS-OB通過鋁脫氧放熱實現。VD/VOD或者RH可以進行脫氣和脫碳。在鋼包脫氣過程中，利用適宜的爐渣條件可以將鋼中硫含量降至*低值。而RH爐為脫碳提供了*適宜的條件。
鋼種的多樣性和客戶的需求導致爐外精煉的工藝路線比較復雜，轉爐煉鋼和電爐煉鋼都是如此，其中考慮到了煉鋼、攪拌、RH和VD/VOD脫氣、LF和化學升溫等因素。實際工藝路線的選擇由冶金需求決定，可以同時采取多種工藝路線，而且這些工藝路線互相關聯。因此，煉鋼廠的調度安排變得越來越重要，這也對工人操作水平和設備有了更高的要求。
客戶需求和產品種類決定了所需要的爐外精煉裝備。通常來講，滿足殘余元素或者微量元素的下限與生產有合金元素上限的鋼種是兩個不同的任務和工藝。此外，從不同元素的需求來看，LF爐的關鍵地位是顯而易見的。鋼種合金元素總體含量越高，采用LF精煉就越重要。這是由于工藝所允許的溫度上限有要求，煉鋼時輸入鋼液的能量不能保證添加大量合金元素的需求。
自20世紀50年代裝備了**臺爐外精煉設備以來，人們付出了巨大的努力推動精細冶煉工序的發展，這也可以從鋼中殘余元素*低值要求的變化看出：1960年，鋼中[C]、[S]、[N]、[O]、[H]含量總和為600ppm，到2010年，這一值降低到了70ppm.顯然，這一數值已經沒有必要再向更低的水平發展了。
現在，爐外精煉的主要類型有VD/VOD和RH.采用RH工藝，鋼液終點碳含量僅為采用VD/VOD工藝終點碳含量的1/3.另一方面，由于VD可以優化爐渣成分進行脫硫，鋼中硫含量約為RH的1/4.因此，VD在中厚板和管線鋼的生產中扮演著重要角色。
從歐洲1990年~2010年每5年中新建成的脫氣裝置可以看出，主要趨勢是在轉爐煉鋼廠裝備RH，在電爐煉鋼廠裝備VD/VOD.但是，也有不同工序的不同組合。大約50的RH使用的鋼包容量超過150噸，而大部分VD/VOD使用的鋼包容量都小于150噸。
對LF工藝技術來說，可以總結出以下趨勢：轉爐煉鋼生產高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉爐出鋼溫度以降低鋼中磷含量，這也有利于延長爐襯壽命；開發出水冷銅元件可以避免結殼。
預期LF今后會在轉爐煉鋼中扮演重要的角色。煉鋼工藝需要更高的靈活性與更加精細鋼種數量的增加相結合，這給爐外精煉帶來了一個新挑戰。煉鋼物質流的持續改善是另一個主要任務。在高合金鋼的生產中，合金系統必須升級到更大效率，同時保證更好的分析彈性。在線工藝建模的重要性已經增加，光學檢測和攝像系統配合圖像分析軟件的應用是此技術發展的另一個趨勢。爐外精煉設備數量的穩定增加和精細技術的投入使用，確保了該工藝操作的*大靈活性，從而有利于更好地滿足當今和未來的市場需求。
連鑄：穩中求“精”
比較7年間歐洲噸鋼研發投入與噸鋼附加值之間的關系和技術差別可看出，薄帶連鑄仍有很多問題。也就是說高研發投入卻獲得低附加值。未來幾年工藝優化的一個重要方向可能是提升薄帶連鑄產品的附加值。薄板坯連鑄處于較好態勢，但是要獲得高附加值仍然需要高研發投入。
當今95的鋼材仍由傳統連鑄工藝生產，因為其能夠以較低的研發投入獲得較高的產品附加值。德國厚板廠商迪林格公司正準備采用一種近終型連鑄工藝，旨在建造一臺可生產*大厚度500mm板坯的連鑄機以滿足客戶在厚板市場的需求，預計將在2014年投產。
薄板坯連鑄。自1984年紐科公司**家薄板坯廠在克勞福茲維爾建成以來，這項技術在高質量熱軋板卷的生產中扮演了重要的角色。薄板坯連鑄主要的優勢在于相對低的能量消耗，約比傳統板坯連鑄-熱軋工藝低一半。
據統計，全世界薄板坯連鑄工藝產能總和達到8150萬噸。有44家工廠采用CSP工藝，有12家采用FTSC工藝，5家采用其他工藝，如DSP、ESP、ISP.這些技術在電爐煉鋼廠和轉爐煉鋼廠都有使用。這些工廠主要分布在歐洲和北美，也有的部分位于印度、韓國和中國。
目前，歐盟國家有7家薄板坯廠正在運營，年產能達到900萬噸，分別采用ESP、ISP、CSP或DSP工藝。為使產量實現*大化，這些廠不斷提高連鑄坯拉速。比如克雷莫納廠采用的ESP工藝，*高拉速可達到8.5m/min；土耳其伊斯肯德倫也有一家工廠采用FTSC工藝。
薄帶連鑄。為了生產厚度為1mm~5mm的近終型產品，雙輥薄帶連鑄工藝被開發出來。由于產品厚度降低，可以減少軋鋼機架數量，從而大幅縮短生產線。相對于傳統（厚板坯）連鑄-熱軋工藝，雙輥薄帶連鑄工藝能量消耗*多可降低90；由于鋼液凝固時間為傳統連鑄的1/700，微觀組織也能得到改善，且可以避免微觀偏析和宏觀偏析，從而允許更高的殘余元素含量。在生產高錳和高鋁含量的鋼種時，薄帶連鑄具有極大的吸引力。
目前，主要有3家薄帶連鑄廠正在運營。韓國浦項在2002年建成了一座類似的工廠用于生產不銹鋼和硅鋼。2002年，紐科公司在美國克勞福茲維爾建成一臺雙輥軋機，年產能54萬噸。此后，其又在美國布萊斯威爾建成了第2臺，生產的鋼種包括碳素結構鋼和低合金鋼。
一般來說，表面缺陷不能通過火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術的主要問題。該技術在側板密封技術、邊緣板型控制、凝固過程控制和工藝收益率等方面還尚待改進優化。
德國扁鋼廠商薩爾茨基特公司在世界上首次實現了BCT薄帶連鑄工業化，相應的試驗工廠位于克勞斯塔爾大學。通過旋轉，鋼液從類似于中間包的容器中澆出，冷卻成鋼帶。初級冷卻主要在連鑄滾帶上進行，凝固過程在惰性氣體氣氛下進行。澆鑄成的鋼帶厚度在10mm~15mm之間。
相對于雙輥薄帶連鑄工藝來說，BCT薄帶連鑄工藝表面缺陷沒有那么嚴重，且具有偏析輕、在線軋制能耗低、軋鋼機架數量少等優勢。同時，由于不用經過彎曲和矯直，該工藝避免了熱致裂紋的發生，可專門用于高錳鋼的生產。
技術展望。在德國鋼鐵協會會員公司中，當前連鑄技術的發展趨勢主要集中在提升工藝可靠性和工藝穩定性、裝備模塊化和改善靈活性方面。對于傳統連鑄工藝的優化策略是根據產品市場定位來確定進一步發展的方向。短期來看，薄板坯連鑄工藝將會引起極大關注；長遠來看，則必須發展精細的設備和工藝流程。然而，未來薄板坯連鑄的發展也要取決于技術可行性和經濟效益情況。
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