4 武鋼RH真空精煉流程的優(yōu)化與實(shí)踐-20100901

2010年9月高效率低成本潔凈鋼平臺建設(shè)中RH真空精煉流程的優(yōu)化與實(shí)踐武鋼股份公司煉鋼總廠內(nèi)容簡介前言RH真空精煉的設(shè)計(jì)定位RH真空精煉關(guān)鍵工藝技術(shù)需求RH高效布局與在線運(yùn)行RH真空處理單體設(shè)備的選型優(yōu)化高效化RH真空精煉工藝技術(shù)RH高效在線效果結(jié)語

RH真空精煉技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展，目前已成為大型轉(zhuǎn)爐大批量生產(chǎn)冷、熱軋薄板所廣泛應(yīng)用的爐外精煉技術(shù)。RH真空精煉技術(shù)的主要功能是深脫碳、脫氧、去夾雜、脫氫和精確調(diào)整鋼水成分和溫度等。當(dāng)今品種開發(fā)向成份超低、范圍超窄、鋼質(zhì)超潔凈化發(fā)展。因此，作為提高鋼材產(chǎn)品各項(xiàng)性能和內(nèi)外質(zhì)量的一種最有效手段，現(xiàn)代煉鋼企業(yè)越來越依靠RH真空處理工藝技術(shù)來開發(fā)生產(chǎn)高難度、高附加值鋼種。隨著鋼鐵冶金技術(shù)的快速發(fā)展，RH真空精煉比已成為衡量現(xiàn)代煉鋼廠技術(shù)水平和質(zhì)量控制水平的重要指標(biāo)。日本鋼鐵企業(yè)的RH真空精煉比都在74%以上，充分說明了這一發(fā)展趨勢。近年來，國外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)如新日鐵、JFEHoldings鋼鐵公司均在發(fā)展高效化RH真空精煉技術(shù)，本文將對武鋼股份公司煉鋼總廠在加快推進(jìn)高效率、低成本“潔凈鋼平臺”建設(shè)、發(fā)展高效化RH真空精煉技術(shù)所率先進(jìn)行的創(chuàng)新嘗試進(jìn)行總結(jié)與評價(jià)

。前言RH真空精煉的設(shè)計(jì)定位

武鋼股份公司煉鋼總廠四分廠是武鋼根據(jù)其“十一五”發(fā)展規(guī)劃中1500萬噸鋼的綜合生產(chǎn)能力，以及將武鋼建設(shè)成硅鋼、汽車板生產(chǎn)基地的要求，配套新建1580mm熱軋生產(chǎn)線而來。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上遵循“先進(jìn)適用、成熟可靠、經(jīng)濟(jì)高效”的原則，于2007年11月28日一次熱負(fù)荷投產(chǎn)成功，其1#和2#RH真空精煉裝置則分別于2007年12月28日和30日一次投產(chǎn)成功。煉鋼總廠四分廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以硅鋼、高檔家電面板和鍍錫板為主。工藝布局設(shè)計(jì)和設(shè)備選型必須圍繞著這一特點(diǎn)，綜合考慮好KR鐵水脫硫、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、RH真空精煉及板坯連鑄機(jī)等上、下工序間的生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)工序快速銜接，使煉鋼生產(chǎn)效率得到充分發(fā)揮。煉鋼總廠四分廠產(chǎn)品品種冷軋?jiān)瞎桎摳叽鸥腥∠蚬桎摳吲铺枱o取向硅鋼低牌號無取向硅鋼及電工鋼碳鋼普通冷軋板汽車板家電板鍍錫板熱軋商品材碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼集裝箱用鋼耐候鋼RH真空精煉關(guān)鍵工藝技術(shù)需求1.產(chǎn)品定位對RH精煉工藝技術(shù)的要求RH真空精煉是煉鋼過程生產(chǎn)高難度、高附加值和高純凈度品種鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其精煉工藝技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和企業(yè)效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；煉鋼總廠四分廠生產(chǎn)的潔凈鋼品種的化學(xué)成分特點(diǎn)為:化學(xué)成分范圍極窄；C、S、N等雜質(zhì)元素含量極低；鋼水潔凈度要求高，鋼中非金屬夾雜物必須得到嚴(yán)格控制。品種定位對RH精煉工藝技術(shù)的要求注：●—要求極高；⊙—要求高；○—要求一般；×—無要求產(chǎn)品性能對化學(xué)成分要求表面質(zhì)量及涂鍍性能成分超窄控制超低碳控制超低硫控制超低氮控制有害元素控制鋼水潔凈度夾雜尺寸控制品種A●×××●●●品種B⊙●●●●●●品種C⊙⊙⊙⊙○⊙⊙品種D○××○○⊙⊙品種E○××○○⊙⊙2.高效率煉鋼生產(chǎn)線對RH精煉工藝技術(shù)的要求

從整個(gè)煉鋼生產(chǎn)流程角度出發(fā)，一條能夠高效率生產(chǎn)的RH真空精煉裝置，應(yīng)具體體現(xiàn)在快速銜接上下工序、提高上下工序效率、RH真空精煉周期、RH真空精煉準(zhǔn)備時(shí)間、RH真空設(shè)備故障停爐時(shí)間、質(zhì)量停機(jī)時(shí)間以及品種生產(chǎn)方式影響等諸多方面。結(jié)合RH真空精煉工藝與裝備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，采用的工藝技術(shù)如下表所示：采用高效率組織生產(chǎn)的RH真空精煉工藝技術(shù)在線布置鋼包卷揚(yáng)提升強(qiáng)真空泵抽氣能力大流量循環(huán)驅(qū)動(dòng)大循環(huán)管內(nèi)徑高精度大合金稱量多功能MFB氧槍整體吊換式結(jié)構(gòu)升降式頂部●●工序間效率影響●●●●●●●精煉處理周期●●●●●●生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間●●●●設(shè)備故障時(shí)間●質(zhì)量停機(jī)時(shí)間●●●硅鋼生產(chǎn)影響●●●●●●●3.低消耗煉鋼生產(chǎn)線對RH精煉工藝技術(shù)的要求RH真空精煉工序的消耗主要體現(xiàn)在耐材消耗、電耗、氣耗等，結(jié)合當(dāng)今RH真空精煉工藝與裝備的發(fā)展?fàn)顩r，采用的工藝技術(shù)如下：轉(zhuǎn)爐蒸汽自用三段式真空室快速熱噴補(bǔ)車加厚插入管鋼包提升框架耐材消耗●●●氣耗●電耗●RH真空處理單體設(shè)備的選型及優(yōu)化1.鋼包卷揚(yáng)提升系統(tǒng)該系統(tǒng)將卷筒、驅(qū)動(dòng)裝置和定滑輪組設(shè)置在平臺上，動(dòng)滑輪組和吊鉤分別設(shè)置在鋼包吊具框架上。鋼包卷揚(yáng)升降設(shè)備布置在框架上，地面除軌道外無其他設(shè)備，可避免鋼包意外穿漏造成重大事故，提高運(yùn)行安全性。同時(shí)，卷揚(yáng)設(shè)備故障率低，維護(hù)成本低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。由于克服了原有鋼包液壓頂升裝置對鋼包車運(yùn)行通道的阻斷及設(shè)備維護(hù)頻繁，耐材維護(hù)占用時(shí)間，更能適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)，大幅度提高RH真空精煉產(chǎn)能。鋼包卷揚(yáng)主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)起重量工作級別卷揚(yáng)高度提升速度350tA810m0.3～4m/min2.合金加料系統(tǒng)合金加料系統(tǒng)由高位料倉、稱量設(shè)備、上下料鐘、加料電振等設(shè)備組成。為避免合金系統(tǒng)維護(hù)影響生產(chǎn)，在合金下料管增加了返料閥，在電振斗下方設(shè)置放灰裝置，使電振清灰與檢查維護(hù)同步，消除合金加料電振頻繁清灰對真空生產(chǎn)的影響；系統(tǒng)采用分組稱量，最大稱量值為12t，添加速度為4～6t/min，滿足高牌號品種鋼大合金量快速添加的要求。對化學(xué)成分控制要求高的品種，合金添加的精度誤差≤±1kg。3.真空泵系統(tǒng)由三級增壓五級蒸汽噴射泵、真空切斷閥、氣體冷卻器、水冷管、水冷彎頭及其輔助設(shè)備組成，選用合適的真空泵抽氣能力。系統(tǒng)增加的水冷管可對被抽氣體進(jìn)一步冷卻，從而提高氣體冷卻器的除塵效果，使得抽真空管道積灰很少，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。4.MFB多功能頂槍系統(tǒng)配有四套管結(jié)構(gòu)MFB頂槍，除對鋼水進(jìn)行吹氧強(qiáng)制脫碳和有效升溫外，還可利用焦?fàn)t煤氣對鋼水和真空室進(jìn)行加熱和烘烤，確保真空室在高溫運(yùn)行，有效防止真空室結(jié)瘤。5.真空室和插入管真空室采用三段式組裝，真空室全高超過12m，可減少和消除合金加料孔、頂槍孔等部位真空室內(nèi)積渣，保證設(shè)備高效運(yùn)行。合金下料口距底部砌磚面5m，運(yùn)行時(shí)合金加料口不用清理，頂槍孔按設(shè)備要求檢查即能滿足使用；插入管采用650mm的大循環(huán)管內(nèi)徑，鋼水循環(huán)速率高，上升管和下降管鋼結(jié)構(gòu)采用風(fēng)冷，加厚插入管可減少插入管維護(hù)。RH真空設(shè)備的主要工藝參數(shù)

項(xiàng)目主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量（單體）120萬噸/年插入管內(nèi)徑

650mmAr流量Max240Nm3/H設(shè)計(jì)循環(huán)速率200t/min真空泵抽氣能力1000kg/h(67Pa)4800kg/h(8kPa)工作真空度67Pa純處理時(shí)間19~45min

冷抽氣時(shí)間4min(1大氣壓→67Pa)高效化RH真空精煉工藝技術(shù)1.高效化平面布局

該RH真空精煉將在線布置與卷揚(yáng)提升結(jié)合，適應(yīng)爐外精煉的發(fā)展方向。整個(gè)煉鋼廠的布局更緊湊、更能有效地銜接上下工序，為提高RH真空精煉比創(chuàng)造了條件。通過生產(chǎn)應(yīng)用主要體現(xiàn)出以下高效化特點(diǎn)：有效提高RH真空精煉處理比例，RH精煉比可達(dá)到80%以上，節(jié)約出鋼后鋼水倒運(yùn)時(shí)間，轉(zhuǎn)爐-RH真空精煉-連鑄整個(gè)流程緊湊，比離線布置節(jié)約倒運(yùn)時(shí)間8～10min；出鋼跨和鋼水接收跨行車運(yùn)行線路短，減少過程溫降10℃，節(jié)約轉(zhuǎn)爐氧耗、提高鋼水收得率、提高耐材壽命；轉(zhuǎn)爐鋼水直接移動(dòng)到處理位，減少了鋼包轉(zhuǎn)遞時(shí)間和鋼包吊運(yùn)作業(yè)，轉(zhuǎn)爐出鋼跨少布置一臺350t行車；兩臺鋼包車完成鋼水交接減少RH真空設(shè)備空置時(shí)間5min，提高設(shè)備作業(yè)率和耐材壽命，兩臺鋼包車即可完成鋼水交接及互為備用功能，避免鋼包車故障造成生產(chǎn)中斷；真空室能保持高溫流渣不影響設(shè)備運(yùn)行，消除不同鋼種成分污染、保證不同鋼種交叉，連續(xù)的處理；鋼包卷揚(yáng)升降設(shè)備布置在框架上，地面除軌道外無其他設(shè)備，避免了鋼包意外穿漏造成重大事故，提高了安全性；卷揚(yáng)設(shè)備克服了鋼包液壓頂升裝置對鋼包車運(yùn)行通道的阻斷，更適應(yīng)RH真空精煉連續(xù)生產(chǎn)、提高產(chǎn)能；在線布置少建了兩個(gè)列柱廠房，充分利用了空間。采用新的工藝布置后，有效減少了鋼包運(yùn)行及其他輔助作業(yè)時(shí)間，工藝流程順暢、工序銜接緊湊、RH真空設(shè)備具有良好的操作維護(hù)條件，為RH真空精煉高效運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

RH在線布置武鋼煉鋼四分廠真空在線布置圖2.高效的鋼水循環(huán)流量RH真空處理時(shí)鋼水的混合與環(huán)流對鋼包成分混合和真空室的反應(yīng)有重要影響，對RH真空處理過程鋼包的鋼水混合與環(huán)流性能進(jìn)行了分析。實(shí)際RH操作中循環(huán)流量估算結(jié)果見下圖

，在插入管內(nèi)徑0.65m、真空度133Pa，提升氣體流量240Nm3/H條件下，該RH循環(huán)流量為185t/min，鋼水平均1.1min循環(huán)一次。通過增大循環(huán)流量，加快真空處理前期反應(yīng)、選擇合適的氬氣流量和真空度來增大氣泡反應(yīng)表面積，可加速超低濃度區(qū)的脫碳或脫硫，改善環(huán)流過程去除夾雜物的效率。

實(shí)際參數(shù)與循環(huán)流量的關(guān)系鋼水高效循環(huán)→循環(huán)周期縮短至1.1min。

3.RH真空精煉潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)超低碳鋼高效脫碳技術(shù)

RH生產(chǎn)超低碳鋼過程采用高速抽氣加大循環(huán)量操作，加速脫碳包括RH/MFB模式，MFB燒嘴在真空脫碳前期吹氧。處理10min后鋼水碳含量≤15×10-4%，脫碳表觀速率常數(shù)高達(dá)0.45min-1，脫碳結(jié)束鋼水中的碳含量降到7~9×10-4%，改進(jìn)真空室減壓速率和提升氣體流量的綜合措施對加速脫碳有效。批量生產(chǎn)中脫碳處理后平均碳含量達(dá)到10.4×10-4%。

真空室沒有大的噴濺，脫碳Kc→0.45min-1，[C]→7~9×10-4%，批量生產(chǎn)中平均[C]10.4×10-4%。RH/MFBRH/MFB脫碳效果的實(shí)例超低硫鋼生產(chǎn)技術(shù)超低硫鋼的硫含量要求≤30×10-4%、甚至≤10×10-4%，煉鋼工序即使在脫硫好的情況下，出鋼硫含量也在30×10-4%以上，生產(chǎn)此類超低硫鋼必須在RH真空精煉實(shí)現(xiàn)對鋼水的快速脫硫。將到RH鋼水[S]控制在w[S]≤30×10-4%，RH真空脫氧后根據(jù)終點(diǎn)硫含量要求向真空室鋼水加入一定量的脫硫劑，高真空度加大環(huán)流，處理后硫含量可迅速降至8~10×10-4%。RH真空精煉裝置投產(chǎn)后進(jìn)行了低氧鋼生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)。RH真空處理潔凈鋼過程T[O]降低的實(shí)例見下圖。處理后T[O]量為7~8×10-4%，連鑄過程水口堵塞的現(xiàn)象明顯改善，連澆爐數(shù)大幅度提高。通過發(fā)揮RH真空二次精煉控制T[O]的技術(shù)，批量生產(chǎn)了[O]≤10×10-4%、非金屬夾雜物尺寸≤5μm的清潔鋼水。超低氧鋼生產(chǎn)技術(shù)

T[O]＜10×10-4%

，夾雜物＜5μm，水口堵塞明顯改善。7~8×10-6超低碳鋼RH處理潔凈鋼的T[O]降低趨勢

RH高效在線效果1.RH的高效快速達(dá)產(chǎn)煉鋼總廠四分廠投產(chǎn)第3個(gè)月RH真空精煉比即達(dá)50%，完成了鍍錫板、無取向硅鋼和取向硅鋼的批量生產(chǎn)。單座轉(zhuǎn)爐-單RH真空8小時(shí)最高連續(xù)處理12爐硅鋼，RH精煉比達(dá)到100%。投產(chǎn)第7個(gè)月RH真空精煉比超過68%的設(shè)計(jì)精煉比，達(dá)到80.87%，且上、下工序銜接快速緊湊，成份控制穩(wěn)定，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量良好，體現(xiàn)了明顯的技術(shù)優(yōu)勢和良好的經(jīng)濟(jì)適用性，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的轉(zhuǎn)爐-真空-鑄機(jī)節(jié)奏匹配。期間，插入管平均壽命130次，真空室移室時(shí)間最短為12分，頂部更換作業(yè)時(shí)間小于8小時(shí)，與單線檢修和全廠定檢同步，不需在線清理頂部積渣，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了真空作業(yè)率，滿足了真空品種的連續(xù)生產(chǎn)要求，體現(xiàn)出了新流程高效化的優(yōu)勢。2.潔凈鋼水平RH真空處理結(jié)束T[O]穩(wěn)定在8~10×10-4%水平；RH真空處理結(jié)束鋼液中夾雜物尺寸：<5μm的夾雜物為100%，其中<1.25μm的夾雜物占85.6%，1.25~2.5μm的夾