1、炼钢历程回顾
1949年至今,已走过了70多年历程。在此期间,我国钢铁工业在战争的废墟上艰苦创业,一路走来,我国钢铁工业取得了令人瞩目的辉煌成就。从1949年到改革开放的近30年时间里,我国一直把发展钢铁工业作为实现代化的中心环节。经过近30年的努力,我国基本形成比较完整的钢铁工业体系。为改革开放后钢铁工业的快速发展奠定了基础。
50年代,重点是对当时现有的钢铁生产工艺装备进行恢复、扩建、改造,以满足新中国经济建设的急需。第一个五年计划(1953~ 1957年)期间,苏联援助中国建设156个工业项目中,包括鞍钢、本钢改扩建、武钢、包钢、齐齐哈尔钢厂新建等共8个钢铁项目,8个钢铁项目占156个项目的总投资额近一半,投资额最大的是鞍钢的扩建改造。此外,“一五”期间,在苏联帮助下,还开启了对石景山钢铁厂等近20个钢铁企业改造和扩建工程。
1956年规划并开始建设的“三大、五中、十八小”,三大是继续进行鞍钢、武钢、包钢三个大型钢铁基地建设;五中指扩建、新建太钢、重钢、马钢、石景山钢铁厂、湘钢;十八小指济钢、临钢、南钢等十八个小型钢厂;此外,1958 年各省市自治区还建设一批地方中小钢铁企业,全国掀起了大炼钢铁运动,当年即建钢厂30 余家。
从1964年开始的“三线建设”高潮。钢铁工业在调整的同时,开始了以西南攀钢、西北酒钢为主的“大三线”建设和以中西部地区军工配套的“小三线”建设。通过这轮新建以及对其他已有钢厂改扩建,使我国初步形成了基本完整的钢铁工业布局。此后,这些企业绝大数成为我国钢铁行业的骨干,至今仍发挥着重要作用,并发展壮大。这对我国钢铁工业发展来说意义重大,为新中国钢铁工业日后发展打下了重要的基础。
1949年新中国成立时,我国只有15.8万吨钢,占世界钢产量的0.1%;1978年我国改革开放时粗钢产量只有3178万吨,占当年世界粗钢产量的4.4%;改革开放后1986年突破5000万吨,1996年粗钢年产量突破1亿吨,成为世界最大的产钢国和消费国。2003年突破2亿吨,以后大约每两年增加1亿吨左右,2018年粗钢产量达到9.28 亿吨,占当年世界粗钢产量的50%以上。在世界钢铁行业的地位显著提升;钢铁产品的进出口格局也发生了根本性的变化,彻底结束了我国钢材“供不应求”的历史。这有力推动了我国工业化和现代化的进程,显著增强了综合国力,支撑了世界大国的地位。必须看到,我国成为制造业大国,钢铁工业功不可没,对国防工业、石油工业、造船工业、基础建设、装备制造业等都起到了很大的支撑与推动作用。
炼钢技术的进步与发展
新中国炼钢科技进步取得举世瞩目的成就,科技成果不断涌现。在很大程度上解决了一些制约炼钢发展的技术瓶颈,我国炼钢技术装备国产化、现代化取得重大进展,品种质量得到优化、提升,整体水平明显提高。节能环保迈出了大步伐,使炼钢整体水平迈上了新台阶。包括鞍钢、包钢等大型老企业的现代化新区陆续建成并投产,一批沿海现代化钢铁基地也正在崛起。
目前,国内传统钢材产品基本都以转炉炼钢为主,电炉炼钢的生产优势已被压缩到有限的高合金钢、工模具钢等生产范围(当然大众化钢种也能生产,但在产量、成本上竞争力较低),其市场竞争力明显下降。目前,炼钢生产工艺流程主要有3种:
(1) 转炉流程:高炉-铁水预处理-转炉-二次精炼-连铸-轧制。
(2) 电炉流程:电炉-二次精炼-连铸-轧制。
(3) 特种冶金:电渣重熔、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等(如钛合金生产)—锻造或轧制。
2.1 转炉炼钢
氧气顶吹转炉是1952年首次提出,并在过去的近70年里迅速发展,随着用户对钢材性能和质量的要求越来越高,钢材的应用范围越来越广,用户对提高产品产量和质量,扩大品种越来越重视。在这种情况下,转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展,打破了传统的转炉炼钢模式。已由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理—复吹转炉冶炼—炉外精炼—连铸这一新的工艺流程。这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点,目前国内最大转炉已达350t。氧气转炉已由原来的主导工序变为新流程的一个工序环节,主要承担钢水脱碳和升温的任务了。负能炼钢,节约能源,转炉炼钢成为当代炼钢的主流。随着炼钢技术的不断进步,传统的生产流程(高炉→转炉→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→转炉→炉外精炼→连铸)所代替,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位。以不锈钢冶炼为例:不锈钢可采用一步法、二步法和三步法。一步法是指在电弧炉内完成所有的冶金任务,包括废钢和合金的熔化、脱碳精炼、钢渣还原和合金化,目前一步法工艺由于冶炼周期