电炉短流程钢厂新发展

LIU1018

电炉短流程钢厂新发展

    随着电炉钢产量的迅速增长，电炉短流程钢厂生产技术也有众多新发展，主要表现在以下几个方面。
    1）生产品种的增加，从起初的长材、扁平材到如今的高附加值产品。
    2）电炉容量及短流程炼钢生产规模不断扩大。最大电炉容量达400t，新建电炉钢厂电炉容量由80～120t增至150～200t，近年来还增建了若干250～300t电炉的短流程钢厂。
    3）高化学能电炉的发展，使电弧炉电耗不断降低。
    4）原料多样化，出现了从铁矿石到热轧产品的电炉短流程钢厂（联合小钢厂），不少电炉采用了部分热装铁水工艺。
    5）将各项先进技术综合，组成连续布置的电炉短流程钢厂。
    6）前沿技术组成的电炉短流程钢厂，如薄带连铸、无头轧制等。  
    电炉炼钢已成为世界钢铁生产的两大主要流程之一。在全球范围内电炉炼钢占总产钢量比例已从20世纪50年代初的7.3%，提高到近年来的32%～35%，美国和欧盟电炉钢比例已达50%以上。
    由于电炉炼钢是以废钢为主要原料来源，直接体现了金属材料的循环利用，减轻了环境负荷，不使用短缺的焦煤资源。随着废钢积蓄量的增加，电炉炼钢将成为钢铁生产可持续发展的重要模式，有广阔的发展前景。
    1. 电炉短流程钢厂
    电炉短流程钢厂原用于生产棒、线材等长材，随着薄板坯连铸连轧带钢技术发展和新一代炉卷轧机的出现，电炉短流程钢厂进入了板带材生产领域，促使电炉钢占总产钢量的比例大幅度增加。
    进入21世纪以来，电炉短流程钢厂开始生产高附加值产品。如美国新建Severcorr钢厂以生产汽车板为主；俄罗斯联合冶金公司Vyksa厂主要生产用于北极及其他高寒地区的管线钢，如API X700钢管用钢板；美国阿姆科公司曼斯菲尔德厂主要生产铁素体不锈钢和硅钢；我国天津无缝钢管公司、衡阳钢管公司、舞阳钢铁公司在无缝钢管和高质量特厚钢板生产方面也表现突出。
    2. 短流程钢厂规模及电炉容量不断扩大
    俄罗斯马格尼托哥尔斯克钢铁公司和土耳其Atlas合资建设的Atlas公司，配置一台300t超高功率交流电弧炉，年钢产量240万t。土耳其Colakoglu钢厂已建成一台装有特大功率变压器（240MVA+20%），出钢量约320t的电弧炉，年产钢能力200万t/a（现已达到月产21万t钢）。韩国东部制钢已建成年产320万t电炉钢厂，配置有2台160t电炉。土耳其Icdas公司2号电炉容量为220t，年产钢能力200万t。意大利阿尔维迪公司新建成设有1台250t电炉钢厂，年产能200万t。
    3. 高化学能电炉不断降低电耗
    土耳其Icdas厂1号电炉容量175t，装有6个喷嘴，总功率为39MW，喷嘴总流量21000Nm3/h，天然气总耗量6Nm3/t，总耗氧47Nm3/t，其电耗在热废钢时为290kWh/t，冷废钢时为325kWh/t。Atlas 300t电炉（变压器容量300MVA）装有3支氧枪和5支碳枪，每炉通电时间36min，生产率为320t/h，电耗为340～390kWh/t，氧耗为40～45m3/t。
    4. 原料多样化
    在电炉短流程钢厂发展的初、中期，在一些有丰富天然气资源但废钢缺乏的国家和地区设有直接还原铁生产装置。电炉原料供给的新发展表现在以下几方面。
    1）采用COREX/DR装置供给COREX铁水及直接还原铁作为电炉原料
    例如，南非萨尔达尼亚厂设置C-2000 COREX及Midrex炉，供给80万t铁水。同时，将COREX炉气取代天然气，作为Midrex炉还原剂，年产直接还原铁80万t。两者供给电炉冶炼成钢水。再经过ISP薄板坯连铸连轧生产线生产热轧带钢（薄至1.0mm，宽至1560mm）140万t/a。
    最近印度埃萨公司Hazira厂从韩国购买了两台COREX-2000装置，加上原有的Midrex装置、电炉、热轧带钢机，用以生产热轧带钢。
    2）近年来，SMS Siemag公司和Midrex技术公司联合推出从铁矿石到热轧带的电炉短流程钢厂
    其工艺流程是以铁矿石（球团矿）为原料，经Midrex装置生成直接还原铁（DRI）以600～700℃温度热装至电炉（电炉车间距竖炉约100m）。DRI温度每增加100℃，可节电20kWh/t（以100%DRI为原料）。电炉钢水精炼后，进入CSP薄板坯连铸连轧生产线生产热轧带钢。据介绍，该工艺流程较传统高炉转炉流程，有更高的能源利用效率，且CO2排放量能减少一半。阿曼Shadeed钢铁公司近日向Midrex技术公司订购直接还原炼铁装置，可提供700℃的热直接还原铁。炼钢车间设有80t电弧炉及钢包炉各1座，3流小方坯连铸机2台，年产能力60万t。
    3）在缺乏天然气资源的地区，最近已开发出用煤制气，作为直接还原炼铁装置的还原气体，建设联合小钢厂
    印度Jindal公司建设一座年产DRI 200万t的Danarex装置，用煤制气为还原剂，反应器直径7m，用60%～100%球团矿和0～40%块矿为原料，产品金属化率93%以上。
    在有高炉铁水供应的电炉钢厂，常采用部分热铁水作为电炉炼钢原料，这项工艺在我国已普遍使用。由于废钢短缺和其中含有较多有害元素，以及废钢价格偏高，导致电炉使用热铁水为原料的比例增多。
    全国电炉使用热铁水比例高达48%左右，个别厂的比例（如鄂钢、韶钢）还要高，其好处是除前述优点外，还可大幅降低电耗。我国重点钢铁企业2008年电炉冶炼电耗为239kWh/t，但其负面影响也甚大。
    大量使用铁水或新建高炉系统，使原来电炉短流程钢厂的流程不再短，无法体现金属材料的循环利用，仍需部分短缺的焦煤资源，增加了对环境的负担，因此在有条件的地区适当采用部分热铁水作为电炉原料是可以的。美国纽柯公司作为全球最大的电炉短流程钢厂之一，也采用铁水作为电炉原料。但如果电炉使用铁水比例过大，也会减弱并可能导致部分丧失电炉短流程的固有优点，这是一个值得深入探讨的问题。
    5. 综合先进技术的电炉短流程钢厂
    这类钢厂的特点是全面采用全球范围内已出现的成熟的先进技术，并连续布置联成一体。如美国Severcorr钢厂，一期年产钢136万t/a，已建成投产。二期工程正在建设（规模为272万t/a），产品为热轧、冷轧和镀锌带钢。
    其特点：一是，布置非常紧凑，炼钢精炼（设有130t电炉、钢包炉、真空脱气装置）、连铸热轧（CSP薄板坯连铸连轧生产线）、冷轧、镀锌等工序布置在相连的厂房内；二是，流程非常顺畅，连续生产，热轧带卷、酸洗热轧带卷、冷轧带卷、镀锌板各有其仓库及输出通道；三是，各工序均用国际最先进技术装备；四是，以生产高质量高附加值产品如汽车板为主。如俄罗斯乌拉尔矿山冶金公司Tiumen特钢长材电炉短流程钢厂，从废钢处理到炼钢、精炼、方坯连铸、热轧在线热处理及最终优质圆棒材的冷加工等连续布置。产品主要为汽车工业用钢材、轴承钢和不锈钢等。采用了焊接无头轧制、在线热处理、连铸坯热装热送等先进技术。
    6. 前沿技术组成的电炉短流程钢厂
    1）意大利阿尔维迪公司克雷莫纳ESP无头轧制带钢厂
    在意大利阿尔维迪公司ISP薄板坯连铸连轧多年生产经验的基础上，阿尔维迪和西门子奥钢联公司合资组成克雷莫纳工程有限公司。在阿尔维迪克雷莫纳钢厂内部建成全球第一套Arvedi ESP无头轧制带钢厂，包括一座250t电炉，2座250t钢包精炼炉和ESP无头轧制带钢生产线。设计年产能力为200万t，可生产厚0.8～12.0mm，宽1590mm带钢。
    生产线由4段组成：第一段设有薄板坯连铸机，并在铸机出口设置了三机架压下机组；第二段中间带坯在一台感应加热器中加热和均热；第三段包括一套五机架四辊精轧机组和一条带钢冷却线；第四段设有一台高速飞剪及三台地下卷取机。与ISP工艺的主要区别是：在铸机和精轧机架间，除感应加热器外不需要过渡设备，即不再设置克雷莫纳炉或热卷箱、辊底式炉并实现连续无头轧制。
    ESP生产线有以下特点：
    ◆由于布置紧凑，总长仅190m，设备简化，从而节约基建投资；
    ◆减少加热能源，轧机功率和轧钢能耗，与传统轧制线相比可节约30%；
    ◆无头轧制，提高成品率；
    ◆控制好带钢凸度和平直度获得良好带钢质量。
    2）美国纽柯公司克劳福兹维尔Castrip薄带连铸生产线
    钢水来自克劳福兹维尔厂改造后的电炉炼钢车间，在薄带连铸车间设钢包炉，用于保温和调整化学成分，车间宽135m，长155mm。生产线从钢包台到卷取机全长仅60m，钢水由钢包通过中间包再经过渡设备进入浇铸辊，然后凝固经拉料辊送热轧机。为避免带坯氧化，浇铸辊到拉料辊均置于保护气体中。在铸机和热轧机架间未设加热装置，钢带通过热轧机架（一台或两台，但非必要）后，即成厚0.7～2.0mm，宽2000mm成品薄带，设计年产能力约50万t。
    Castrip工艺由于冷却速率高，凝固时间短，拉速高（一般为80～150m/min），因而具有高生产率，并且能获得极细的微观组织。
    该生产线在2002年投产后到2008年9月，已累计生产0.85～1.5mm薄钢板85万t，主要用于建筑和制造业，并可部分代替冷轧薄板。
    由于克劳福兹维尔厂成功实践，纽柯公司在美国阿肯色州的纽柯-大和厂已建成第二套Castrip生产线，投资1.1～1.2亿美元，年产能力达50～60万t。