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《山东冶金》 2000年第4期 我国钢铁工业装备的现状和发展趋势 井永水,孙彦江,曾庆国 (济南钢铁集团总公司装备部,山东 济南 250101) 摘 要：系统地介绍了我国钢铁工业及其装备的现状,并结合国家有关产业政策以及近年来国外钢铁的发展趋势,给出了我国钢铁工业发展布局以及较为理想的紧凑型短流程工艺。 关键词：钢铁工业;装备;短流程工艺 中图分类号: TF089,TF31 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2000)04-0006-04 Actualities and Development of Equipments for Chinese Iron and Steel Industry JING Yongshui,SUN Yanjiang,ZENG Qingguo (The Equipment Department of Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China ) Abstract:On the basis of data,this paper introd uces t he actualities about the iron and steel industry in our country,referring to the state policy on the iron and steel industry and the new technology progress ove rseas in the last ten years,and also provides the development distribution of th e iron and steel industry in our country and CSP production line for making iron and steel. Key words:iron and steel industry;equipment;compact short process(CSP); production line 自80年代以来,我国钢铁工业取得了举世瞩目的发展,现已成为世界第一产钢大国,截止1998年我国冶金行业产钢11558万t,实现利润20亿元。但由于大部分企业技术和生产工艺仍相当落后,装备水平低,制约了产品质量和效益的提高,造成了总效益呈现较大程度的滑坡。因此,了解我国钢铁工业的当前形势和装备现状及其发展,对于制定企业的发展规划是非常必要的。 1 我国钢铁工业装备的现状 1.1 主体生产设备已具备较大的生产能力 (1)炼铁高炉有3227座,总容积275397m3,总生产能力为12648万t,居世界第一。铁矿石烧结机419台,总面积437296m2。(2)炼钢设备(包括平炉、电炉、转炉)总炉数3767座,总生产能力11467万t。连铸设备271套,806流,总生产能力为6233万t。(3)轧钢设备(包括初轧机、开坯机、型钢轧机、线材轧机、薄板轧机、带钢轧机、中厚板轧机、行星轧机、无缝管轧机、焊管轧机、车轮轮毂轧机等)总共7182套,总生产能力14243万t。(4)制氧机784台,黑色冶金矿山用钻机1720台〔1〕。 1.2 工艺技术装备结构与发达国家比差距较大 1.2.1 工艺技术装备的现状及其与国际水平的差距 按1998年生产能力统计,重点企业和地方骨干企业中,达到国际水平的装备,炼铁占25%,烧结占8%,机械化焦炉占7.9%,转炉占9.4%,电炉占9.7%,轧机占11.3%,其它各工序均为10%左右。从整体上看,达到国际先进水平的大型企业,目前还只有宝钢和天津钢管公司两家,年产钢的能力约为1000余万t,在全国总钢产量中不足10%。 据90年代中期统计,在全国29家重点钢铁企业和56家地方骨干企业中,共有36～4350m3高炉218座,总容积119941m3。其中，重点企业有100~4350m3高炉79座 ,总容积86153m3,平均容积1090m3;骨干企业有36~1260m3高炉139座,总容积33788m3,平均容积243m3;地方小铁厂和乡镇企业的小高炉,容积多为30～50m3,乡镇企业容积小于10m3的高炉亦为数不少。在这些炼铁高炉中居国内一般水平的占50%左右,居落后水平的有20%左右,按照国家产业政策限制发展和限期淘汰的占一定比例。 我国258座转炉中,达到国际先进水平的只有宝钢的3座转炉,占全国转炉钢生产能力的9.4%;达到国内先进水平的有39座转炉,占全国转炉钢生产能力的38.3%;国内一般装备水平的转炉89座,占全国转炉钢生产能力的38.4%;15t以下的127座小转炉,均为落后装备水平。 我国现有电炉1580座,生产能力约为2400万t。其中重点企业有电炉197座,生产能力832万t;地方骨干企业有电炉197座,生产能力754万t;其他地方企业电炉生产能力约246万t;冶金系统外的电炉生产能力约500万t。50t及以上的电炉20座,能力368万t;30~49t电炉40座,能力532万t;30t以下电炉约1520座,能力1500万t。我国现有电炉中属国际水平的有4座,能力155万t;国内先进水平的电炉24座,能力235万t;属国内一般水平和落后水平的电炉约1500余座,占总能力的83%。目前,能够实现超高功率大电炉—炉外精炼—连铸“三位一体”的现代化电炉炼钢生产线共有3条,能力135万t,占总能力的5.6%。 我国轧钢装备达到国际水平的占11.3%,居于国内一般水平和落后水平的占64%,型钢轧机、线材轧机、热轧无缝管轧机居国内一般水平的装备分别为360套、75套和32套,而居落后水平的分别为3292套、735套和37套〔1〕。 从以上资料可以看出,我国钢铁工业工艺技术装备与国际水平的差距在于:(1)中小型装备多,规模小,技术水平低,消耗高,效率低。(2)成熟的先进技术装备在我国没有普及和利用率不高。如:炉外精炼设备,铁水预处理设备,超高功率大电炉,薄板坯连铸设备等等。(3)工艺结构不合理。表现为尚存有平炉炼钢和化铁炼铁,企业内部各工序生产能力不能很好地相互衔接等。(4)自动化程度不高。一些企业不少工序还是手工操作,而有些设备有了自动化也没有充分发挥其作用;90年代中期,按生产能力统计,基础自动化不足20%,过程自动化仅占14%。(5)我国尚有占总数10%、居于淘汰的冶金设备还在生产,如:平炉、横列式轧机、叠轧薄板、小电炉、小高炉、模铸、初轧等。 1.2.2 能耗高,环境污染严重 吨钢能耗比世界先进水平高20%～40% ,主要原因是铁钢比高,连铸比低,工艺技术装备落后,二次能源没有得到有效地回收利用。 1.2.3 现有的装备技术经济指标落后 我国重点钢铁企业高炉利用系数仅为1.81t/m3.d,世界发达国家已超过2.0t/m3.d;转炉利用系数平均1.80t/m3.d,各类轧钢设备利用率与国外相差大;90年代建设的项目也没有有效地发挥能力〔2〕。 2 世界钢铁工业技术发展新趋势 2.1 电炉钢发展迅速 近些年美国钢铁企业经过调整改革,经受了环保、质量、效益的严峻挑战,昔日的高炉转炉已逐步被电炉所代替。据统计,1997年美国电炉钢比为46.4%,到2000年预计将超过50%,美国的钢铁生产计划电炉钢在2000年将达到5810万t。其他国家电炉钢比增加也很快,1995年欧共体电炉钢比为35%,1997年已达42.3%,预计2010年可达50%。在亚洲,《金属市场报》预测韩国将从31%增加到36%,中国台湾将从33.4%增加到57.2%,印度的新五年计划把电炉钢产量增加1倍,日本电炉钢受到成本影响增长不快,但为了保持电炉钢的产量,要把电炉用电价格降低3.5%。电炉钢产量在过去的十年内一直是粗钢产量的新增长点,而且这种趋势还将继续下去,世界钢铁协会预测2010年电炉钢将达到4亿t。另一个新的发展是电炉与转炉组合在一起,能把电炉高电能输入的灵活性同转炉生产率高、处理铁水能力强结合起来的炼钢设施。这种双炉壳高效直流转电炉具有生产率高、冶炼周期短、电耗和电极消耗低、对电网的影响小、投资少等优点。 2.2 高炉座数减少生产率提高 当前温室气体排放成为全世界关注的问题。为了减缓全球气候变化,限制和减少温室气体排放,世界各国都在减少焦炉、高炉座数。1998年,美国钢协称美国运转的高炉为40座,到2015年将下降到35～38座,1976～1996年焦炭产量由5000万t下降到2000万t,到2015年将下降到1400万t。德国在1971年有70座高炉,到1994年减少为23座。日本通产省最近公布一个调查材料,在1996年前的四年间,高炉产量减少2400万t(-14%),转炉减少10座(-7%),电炉产量增加60万t(+14%)。 除中国以外,主要产钢国家都在减少焦炉、高炉座数,而钢的产量还在增加,这有可能产生两个问题:废钢不足和铁水不足。这就为发展非高炉炼铁提供了较大的空间,同时,也为提高高炉利用系数和生产效率的研究带来了动力。 2.3 非高炉炼铁已有新进展 1952年瑞典首次将直接还原铁工艺应用于生产。40多年经过不断改进,不论是煤基,还是气基,都已走上稳定生产的阶段,而且增长速度越来越快。1995年,世界海绵铁的生产能力、产量及其占铁总量的百分比分别为4600万t、3075万t和5.7%；金属通报统计1997年世界海绵铁产量比1996年增长9%,达3600万t；美刊报道,1997年有16家企业正在新建工厂,年生产能力为1540万t,其中年产400万t有3家。 90年代Corex有7套定单。其中南非、蒲项两套装置已建成投产。据报道,南非伊斯称尔公司蒲雷陀利亚厂Corex-1000,1998年5月份用100% Sishen块矿,日产1281t铁水,周均生产8000t,超设计能力(5000~7000t/周),证明Corex技术具有潜力和竞争力。因焦炭资源有限,炼焦过程污染严重,积极发展无焦炼铁是我国钢铁工业长远发展大计,应予以重视〔3〕。 2.4 紧凑型联合钢厂的发展 新一代紧凑型联合钢厂生产流程:Corex法板卷生产线(125～２５０万t/a),用球团或块矿和非焦煤生产铁水,无炼焦和烧结厂,有利于环保、节约投资,占地面积小。可建一套或两套C-2000或C-3000装置;铁水通过紧凑型LD(BOF)和连铸连轧,加工成材;Corex+DRI生产线,利用Corex生成的煤气生产海绵铁。一套C-2000(Corex生产线,设计生产能力2000t/d)或C-3000与DRI相连,铁水和海绵铁装入单一电炉或双壳电炉。Corex煤气热能可满足DRI、炼钢、浇铸、加热炉和其他能源消耗,实现节能降成本和改善环保。 2.5 薄板坯连铸-连轧与薄带连铸 钢的近终型铸造中薄板坯连铸(40~125mm)与薄带连铸(1~25mm)是下世纪钢铁工业结构优化的重要新工艺,与传统连铸相比,可节能50%～60%。2000年世界薄板坯连铸机总产量将达到3500万t/a以上,2002年左右,全世界将投产30余套薄板坯连铸连轧机组。相当一部分产量将从传统热带钢厂转移到新的紧凑型流程钢厂,使联合企业集中生产大批量、高质量的产品。薄板坯连铸连轧也在不断发展,以克服高性能钢种要求达到的表面、内部质量所遇到的问题。新的发展是在结晶器上安放电磁闸,使铸坯凝固厚度增加,结晶器壁热传导均匀,铸坯液芯减少,增加高效除鳞装置,从而保证表面清洁度〔4〕。 3 我国钢铁工业技术装备的发展趋势 钢铁工业是国民经济重要的基础产业部门,针对其目前产品结构不合理,工艺及技术装备落后,技术开发与创新能力差,企业组织结构不合理的现状,国家对钢铁行业实施了总量控制;淘汰一批落后的生产设备和工艺,加速结构调整,优化工艺流程,并制订了《关于加快我国钢铁工业结构调整意见》和《钢铁工业技术装备政策(讨论稿)》等一系列政策,国家冶金局又据此提出了《淘汰、限制发展工艺装备和产品目录》。这一系列的政策法规为我国钢铁工业的发展指明了方向。 21世纪钢铁工业发展的关键在于:(1)采用新流程、新技术、新装备代替传统的全流程生产方式,达到高生产率、高效率、产品优质;(2)节约资源、能源,降低制造成本、投资成本及劳动成本;(3)满足国民经济各部门对钢材使用性能及质量不断提高的要求; 保护环境,根治污染,保持生态平衡。 随着我国钢铁工业结构的优化调整及科技进步,钢铁行业在21世纪将出现以下几个发展趋势: 3.1 高炉-转炉炼钢与熔融还原-电炉(转炉)炼钢流程并存 高炉-转炉老流程的主要优越性是技术成熟,生产率高,能耗低,每吨生铁燃耗在500kg标煤以下,转炉可实现负能炼钢,且生产日趋大型化、自动化,便于大规模生产。但存在如下几个主要问题：(1)过分依赖焦炭:没有焦炭就没有高炉生产,10年后优质焦将更趋紧张,四五十年后将趋枯竭。因此焦炭奇缺,价格昂贵是老流程面临的最严峻的挑战。(2)铁前系统工序多,流程长,同时存在加热—冷却—再加热,磨细—造块—再破碎等多次不合理的反复。(3)焦化和烧结严重污染环境,治理污染负担沉重。(4)建设周期长,单位基建投资高,成本高。 基于此,不用焦炭、代替高炉生产铁水的熔融还原应运而生,其主要优点是:(1)不用焦炭,直接用非炼焦煤生产铁水,为无焦国家和地区发展钢铁工业另辟蹊径,同时免除了炼焦及相应带来的一系列问题。(2)当直接用铁精矿、富矿粉或富矿块时,不需造块。(3)大大简化了铁前生产流程,减少了污染。(4)单位基建投资低,成本低。 3.2 转炉、电炉、煤氧废钢熔化炉炼钢同时并存 转炉、电炉、煤氧废钢熔化炉将是21世纪三种主要的炼钢方法,何者占优势将因时因地,由原料和能源条件而定。在废钢(或DRI)和电源充足价格适宜的地区,应抓紧时机迅速发展电炉生产,主要发展超高功率直流电炉。随着矿山资源的消耗及废钢资源的增加,电力能源的发展,超高功率直流电炉炼钢将成为未来炼钢的主流。 3.3 传统的连铸—轧制和连铸—连轧(无头轧制)技术并存 自70年代以来,淘汰模铸发展连铸已成为钢后系统缩短流程、提高效率和产品质量的必然趋势。发展近终形连铸技术将使钢后系统发生巨大的变化,将对钢铁工业的发展带来深刻的革命性的影响〔5〕。科技进步对世界钢铁工业的变革起了巨大的推动作用,由于经济上能源价格上涨,技术上金属凝固理论的突破,推动了连铸技术的发展。连铸技术的兴起,万能型工厂不再适应钢铁工业的发展,产品结构向专业化、系列化迈进。同时,出现了利用废钢资源的电炉流程钢厂,人们开始思考钢厂的整体结构优化、工序功能衔接以及系统重组。经过历史性调整,带来了钢铁工业现代化。受投资成本的压力,薄板坯连铸连轧工艺取得成功,UCOR公司全新“紧凑式”流程的出现,带动了整个工艺流程系统结构和控制协调的全面优化,并向多维物流管制系统目标推进。新的冶金工艺采用电子计算机控制检测,向高新技术集成,提高了传统钢铁工业整体生产水平。90年代以来,板带材小型钢厂取得很大进展,由于以废钢为主要原料的产品质量是中低档水平，而高炉高投入、高成本和环境问题,则是联合钢厂的缺陷,下世纪初新技术发展走向是高炉与电炉流程优势互补、共同发展,成为新一代紧凑型联合钢厂。 由以上分析可以预见,21世纪的钢铁工业将是熔融还原和近终形连铸大发展的新时代。熔融还原技术由于不用焦炭,对铁系统及铁前系统的优化具有重大意义,它具有强大的生命力;近终形连铸技术,由于实现了直接轧制,甚至不轧制,对优化钢后系统具有重大意义。21世纪由于这两项前沿技术的发展,将使钢铁工业面目一新。 参考文献: 〔１〕郭富治。试论我国钢铁工业结构的调整与优化。中国冶金,1998.5 :24 〔２〕刘树和,李健,金纪友。我国钢铁工业冶炼设备的技术装备水平现状及分析。冶金设备,1997.2：37 〔3〕王素娟,顾德南。国外直接还原铁的发展概况。中国冶金,1998.5：43 〔4〕周传典。两年来钢铁冶炼技术发展的新趋势。中国冶金,1999.2：29 〔5〕张家驹。我国钢铁工业现状及远景。钢铁,1998.1：69
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