“十三五”中国炼钢关键技术进步及思考
杨利彬
(钢铁研究总院， 北京 100081)
摘要： “十三五”时期，中国炼钢技术快速发展，在机理创新、关键工艺技术和装备研发、高品质钢高效生产、智能化控制、低碳绿色发展等方面都取得了长足的进步。中国粗钢产量持续增加，达到了世界产量的56.49%，在发展的同时逐步实现炼钢结构优化，高品质钢的高效绿色生产为中国经济高速发展提供很好的支持作用。通过回顾和分析“十三五”期间中国炼钢共性关键技术取得的科技成果，对“十三五”期间炼钢科技进步进行了总结。代表性关键技术成果总结为两个方面，即“高品质钢炼钢-连铸关键技术开发与应用”和“洁净钢高效、低碳绿色炼钢-连铸技术研发”。“高品质钢炼钢-连铸关键技术开发与应用”技术主要的发展表现在高品质不锈钢脱氧及夹杂物控制技术，薄板坯连铸连轧生产电工钢技术，重载车轴钢冶金技术，高速和重载铁路钢轨用钢炼钢技术，特殊高合金钢品种冶炼及连铸关键技术；“洁净钢高效、低碳绿色炼钢-连铸技术研发”的主要发展体现在大型转炉高效、绿色冶炼关键技术，绿色电炉高效冶炼技术，高品质特殊钢绿色高效电渣重熔关键技术，高品质钢高效连铸技术。同时，炼钢-连铸智能化控制技术的应用取得了进展。实现关键钢铁材料的自主保障和前沿技术的突破是“十四五”钢铁行业实现创新发展的重要任务，结合“十四五”时期发展需求及定位，今后炼钢技术的重点发展方向包括洁净钢炼钢-连铸高效、协同生产技术创新和应用；炼钢-连铸智能控制技术的集成和应用；低碳绿色生产技术创新应用；近终形连铸连轧技术。
关键词： “十三五”； 炼钢； 高品质钢； 高效； 低碳； 智能化
1 引言
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，为国家建设提供了重要的原材料保障，有力支撑了相关产业发展，推动了中国工业化、现代化进程，促进了民生改善和社会发展。“十三五”时期是“三步走”建设制造强国的开局阶段，也是钢铁工业结构性改革的关键阶段。“十三五”期间，中国粗钢产量持续增加，达到世界产量的56.49%，炼钢技术从机理创新、关键工艺技术和装备研发、高品质钢高效生产、智能化控制、低碳绿色发展等方面都取得了长足的进步。本文回顾和总结“十三五”期间炼钢科技进步及关键技术成果，为下一步“十四五”炼钢技术发展提供参考。
2 精选图表
3 思考与展望
“十三五”期间，中国在炼钢的机理、关键技术与装备技术创新方面取得了长足的进步。当前，中国正加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，国际形势不确定性和国内大循环倒逼钢铁行业补短板，解决“卡脖子”等问题，实现关键钢铁材料的自主保障和前沿技术的突破是“十四五”钢铁行业实现创新发展的重要任务。加强炼钢、精炼、连铸关键工艺技术的创新，结合炼钢多工序高效协同的需求，建立炼钢-精炼-连铸多工序协同的高效低碳生产技术系统并开发关键技术是今后的攻关方向。结合“十四五”时期发展需求及定位，今后炼钢技术需关注如下方面的工作。
(1)持续推进洁净钢炼钢-连铸高效、协同生产技术创新和应用。随着技术的进步，提高炼钢过程单体炉/机的生产能力，并使之相互匹配形成“动态-有序”、“协同-连续”的准一体化的炼钢模式，是实现全流程高效、绿色稳定生产炼钢技术的重要抓手。根据企业现场调研分析，转炉冶炼周期和连铸拉速普遍存在是限制性环节。大型转炉冶炼周期缩短到32 min以内，中、小型转炉冶炼周期缩短到25和20 min以内是主要方向，为此需要针对性开发转炉高强度低喷溅供氧技术和匹配的高强度底吹技术。在不断提升恒拉速/高拉速连铸水平的条件下，克服不同钢种连铸坯裂纹、偏析与疏松等冶金缺陷，结晶器、二冷区和凝固末端等连铸机重要部位新技术开发需要关注，以解决高拉速条件下出现的凝固坯壳不均匀、结晶器卷渣、铸坯质量等技术难题。运用流程工程学技术融合单体工序关键技术，实现“铁水预处理-炼钢-精炼-连铸”多工序的高效协同，这是炼钢技术进步的重要方向。
(2)以数字化、智能化为手段，集控平台为依托，推进炼钢-连铸智能控制技术的集成和应用。对于炼钢过程而言，冶炼过程涉及多个工位，因其流程长、涉及多物质多种形态(气、液、固)的转变、消耗及排放量大、运行规律复杂、过程控制参数多变，其高质量、高效、绿色低碳、低成本的稳定运行需依赖智能化实施途径做保障。推进炼钢集控平台建设，建立“铁水预处理-炼钢-精炼-连铸”多工序大数据协同控制平台，以满足炼钢多工序工艺升级和炼钢过程动态高效、安全、低碳环保、质量及成本等多目标管控的需求。依托数字化、智能检测及控制、大数据分析、智能算法、装备自动控制等手段，针对不同工序的冶炼功能建立或开发基于机理和关键控制技术的模型，促使关键工艺与检测系统、控制系统耦合，实现全冶炼周期的自动化炼钢、一键式精炼等单体工序智能控制，钢包智能动态调度，实现坯铸机全自动无人浇铸等技术。
(3)深入推进低碳绿色生产技术应用。对于低碳绿色发展而言，炼钢技术需要做几个方面的工作：一是提高生产效率，从源头降低辅料、合金、耐火材料等物料的消耗水平，减少渣量，降低钢铁料消耗，降低过程能耗；二是促进炼钢过程低碳绿色生产，最大限度地提高钢水洁净度，减少碳排放污染、降低物料消耗和能耗并实现回收及资源化利用(少渣炼钢、少渣精炼、炉渣热循环、炉渣梯级资源化利用、炼钢烟气和炉渣余热回收、炉渣及烟气钢化联合利用)；三是深化BF-BOF流程高废钢比冶炼技术，配套完善能量平衡体系，开发废钢分拣与杂质元素控制等技术，为BF-BOF流程低碳技术升级提供支撑；四是开发全废钢电炉短流程技术，全废钢电炉流程能耗低、环境负荷小，吨钢CO2排放量仅为高炉-转炉流程的1/3，是典型的低碳、环保、高效的钢铁制造流程，随着社会循环废钢的增加，依托城市铁资源的循环利用，开发高效低成本电炉冶炼技术、废钢冶炼高品质钢技术、全废钢电炉流程技术，逐步发挥电炉低碳冶炼的优势已成为“十四五”发展重要议题；五是推进炼钢工序“CO2捕捉-资源利用”技术，综合评估CO2捕捉、运送过程能耗及碳排放与利用效率的平衡关系，有效提高CO2利用过程效率并降低CO2利用全过程的能耗排放。
(4)近终形连铸连轧技术。近终形连铸连轧技术能够极大地精简钢铁制造流程的时间和空间，在实现高效化生产的同时显著降低制造过程能源和二氧化碳排放量。近年来，以无头轧制和薄带连铸连轧为代表的近终形制造技术在中国的钢铁工业得到快速应用，但从总体水平而言，仍处于跟跑阶段。在国家碳中和战略目标的背景下，近终形连铸连轧技术必将成为钢铁工业进行流程再造的重要技术路径之一。
