多功能真空精煉爐的應用

多功能真空精煉爐的應用

1rh—前言rh真空精煉技術始于20世紀50年代末。在近30年的時間里,RH的功能和精煉的鋼種范圍不斷擴大,發(fā)展成為多功能真空精煉技術,在爐外精煉中占主導地位。至今,全世界已有100余臺。在西歐、日本、美國得到普遍推廣,僅日本就有40余臺,1989年日本轉(zhuǎn)爐鋼真空精煉率達56.5%,新日鐵大分廠、川崎制鐵水島廠已全量進行RH真空精煉。實踐證明,RH真空精煉技術是提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,擴大品種,提高煉鋼生產(chǎn)能力,保證連鑄順行,實現(xiàn)全連鑄,優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)工藝的重要手段。到1992年止,我國只有10臺RH設備(其中3臺在機電部機械廠),除寶鋼RH—OB和武鋼2號RH設備水平較高外,其余的水平較低,功能有限。從鋼鐵工業(yè)發(fā)展來看,爐外精煉已成為煉鋼生產(chǎn)不可缺少的重要工序,鐵水預處理—轉(zhuǎn)爐復合吹煉—RH精煉(爐外精煉)—連鑄是現(xiàn)代煉鋼廠的最佳工藝流程。而我國RH普及率很低,1990年全國冶金系統(tǒng)不包括吹氬、喂絲的鋼水精煉比為2.68%,其中電爐鋼3.6%,轉(zhuǎn)爐、平爐鋼精煉比2.49%,真空精煉比僅1.99%。預計未來5～10年里,將有7～10家企業(yè)采用RH真空精煉技術。日本川崎鋼鐵公司1988年開發(fā)成功的RH—KTB技術將RH技術發(fā)展推向一個新階段。在三年多的時間里已發(fā)展到10臺,并已有幾個國家表明準備新建或在原RH上采用KTB技術,到1997年止已建成31臺RH—KTB多功能真空精煉爐,見表1。RH—KTB/WPB多功能真空精煉是90年代爐外精煉的一種新工藝。它除具有常規(guī)RH脫氣、脫[C]、去除夾雜、均勻和調(diào)整鋼液成分外,還有如下功能:(1)加速脫碳反應;(2)熱補償;(3)吹氧加Al升溫;(4)噴粉脫硫由于有以上功能,消化吸收和開發(fā)應用該項技術對滿足高質(zhì)量鋼需求的增長和降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。1992年冶金部批復了武漢鋼鐵(集團)公司委托武漢鋼鐵設計研究院編制的《國家重大引進技術消化吸收項目技術開發(fā)可行性研究報告》,同年10月,在國家經(jīng)貿(mào)委和冶金部的組織下,武鋼作為總承包單位與參加《RH多功能真空精煉技術》開發(fā)的12個單位分別簽訂了專項合同,并批復了《武鋼第二煉鋼廠1號RH真空處理裝置技術改造可行性研究報告》。此后,武漢鋼鐵(集團)公司與武漢鋼鐵設計研究院、西安重型機器廠、西安冶金機械廠、北京冶金液壓機械廠、冶金部鋼鐵研究總院、冶金部自動化研究院、北京冶金設備研究院、北京科技大學、上海大學、東北大學、武漢冶金科技大學等單位共同承擔了《RH多功能真空精煉技術》項目,并著手在武鋼第二煉鋼廠煉鋼車間建成1號RH—KTB/WPB爐外精煉爐。自從同國家主管部門簽訂專項合同以來,在冶金工業(yè)部、機械部的組織和領導下,武鋼把這項工作列為公司的重點科技開發(fā)項目,進行了認真組織、協(xié)調(diào)和落實,在各開發(fā)單位的共同努力下,為全面按合同完成開發(fā)任務做了大量的工作,并完成了開發(fā)合同規(guī)定的主要任務。在武鋼二煉鋼廠建成了1號RH多功能真空精煉爐,并投入了正常運轉(zhuǎn)。2生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)連流板坯武鋼二煉鋼廠現(xiàn)有1臺KR鐵水脫硫裝置、三座90t頂?shù)讖秃洗禑掁D(zhuǎn)爐、2臺RH真空精煉爐、4臺弧型單流板坯連鑄機以及鋼包吹Ar和喂絲機等設備。年生產(chǎn)能力240萬t,主要生產(chǎn)硅鋼、深沖鋼、涂層鋼等優(yōu)質(zhì)冷軋薄板。新1號RH年處理能力為50萬t,鋼水容量80t,循環(huán)速率為30t/min,真空泵的抽氣能力為400kg/h。主要處理硅鋼、深沖鋼等超低碳、高質(zhì)量鋼種。2.1真空室、鐵合金、kbt/wpb系統(tǒng)RH多功能真空精煉爐在2號RH北面,其主要設備布置在過渡跨,輔助作業(yè)布置在模注跨。主控室、電器室布置在過渡跨的6.7m和10.3m平臺上。地面布置有插入管烘烤裝置、液壓室及各種車輛等設備。RH多功能真空精煉爐采用雙真空室平移式配有水冷彎頭及其運輸車,在車上裝有煤氣烘烤。蒸汽噴射泵系統(tǒng)由6級蒸汽噴射泵和三級輔助真空泵、5級冷凝器、真空滑閥、氣冷器、伸縮接頭等組成。鐵合金系統(tǒng)由上料系統(tǒng)和加料系統(tǒng)組成。上料系統(tǒng)包括運送皮帶和18個高位料倉;加料系統(tǒng)由3個稱量斗、2個真空料斗和3個加料電振組成。KTB/WPB系統(tǒng)主要由頂槍、頂槍升降裝置、密封裝置、貯粉罐、輸送罐、噴吹罐等設備組成。過程檢測和控制系統(tǒng)主要由基礎自動化和計算計控制系統(tǒng)組成?；A自動化配有3臺S5—155U型和三臺S5—115U型PLC;計算機系統(tǒng)主要由RM—400—255及軟件所組成。此外還有鋼包車及運輸系統(tǒng)、鋼包液壓頂升系統(tǒng)、插入管噴補系統(tǒng)、N2-Ar切換系統(tǒng)、取樣測溫及風動送樣系統(tǒng)等。2.2rh多功能真空精養(yǎng)機的主要工藝參數(shù)武鋼二煉鋼廠RH多功能真空精煉爐的主要工藝參數(shù)詳見表2。3鋼水對水質(zhì)的影響1997年10月16日,武鋼二煉鋼廠RH多功能真空精煉爐投入生產(chǎn),投產(chǎn)以來已處理2000余爐鋼,其中,有冷軋取向硅鋼、無取向硅鋼、冷軋薄板等30種鋼,1998年6月達到了設計的生產(chǎn)能力月處理鋼水563爐。吹氧和噴粉采用同一支頂槍,KTB處理低碳和超低碳鋼,WPB處理低硫鋼,根據(jù)過程溫度需要,用鋁熱法對鋼水升溫。通過真空環(huán)流使成分和溫度均勻化,處理后的鋼水經(jīng)連鑄成板坯。3.1rh多功能真空脫碳效果在RH中采用KTB真空頂吹氧技術,從兩個方面對RH真空脫碳帶來影響。(1)真空脫碳反應RH真空脫碳按如下反應進行:[C]+[O]→{CO}經(jīng)過脫碳反應,可以使[C]降到20×10-6以下。現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐吹煉終點碳≤0.04%時,鋼含氧量足夠脫碳反應的需要,并有剩余。決定真空脫碳反應速度的主要因素是鋼中碳的傳遞速度,從這個角度來說是不需要吹入氧氣來促進碳氧反應的。利用RH真空精煉爐進行自然脫碳,經(jīng)過13min到17min的脫碳,可以達到降碳的目的。對KTB真空吹氧技術給真空脫碳的反應的影響進行研究結果表明:在真空脫碳的反應初期,真空度低,氣體傳質(zhì)阻力大,這時經(jīng)KTB氧槍供氧,可以有效地促進脫碳反應,提高脫碳速度。(2)常規(guī)脫碳技術轉(zhuǎn)爐冶煉時為防止鋼水過氧化,提高轉(zhuǎn)爐終點含碳量,按照C—O平衡原理,鋼中含氧量隨之減少,不能充分滿足真空脫碳反應的需要。在這種情況下,[O]的傳質(zhì)速度就成了RH真空脫碳反應的決定因素,經(jīng)KTB供給氧氣,就可以有效地防止脫碳速度的下降。采用KTB技術,就可以較大幅度地提高RH真空脫碳前鋼水含碳量,即轉(zhuǎn)爐吹煉終點的碳含量,一般可以提高200×10-6以上,這主要取決于各個鋼廠轉(zhuǎn)爐、RH、連鑄機的生產(chǎn)周期的相互配合關系。若轉(zhuǎn)爐、連鑄機的生產(chǎn)周期允許,則轉(zhuǎn)爐吹煉終點的碳含量可以提高到700×10-6左右。圖1示出KTB與常規(guī)RH操作過程碳含量的變化。武鋼RH多功能真空精煉爐投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐表明,初始碳含量為(350～550)×10-6時,采用KTB經(jīng)13min左右可以使碳含量降至20×10-6以下,RH常規(guī)脫碳所需要的時間縮短3min。脫碳速度常數(shù)K為0.214,最高為0.243。比RH的K=0.179高0.035,使進一步深脫碳或提高出鋼碳、減輕轉(zhuǎn)爐負荷成為可能。3.2rh—熱補償能力RH多功能真空精煉過程的熱補償能力是RH—KTB的主要冶金功能之一。因采用RH—KTB技術,可以使轉(zhuǎn)爐出鋼溫度下降,防止RH真空室內(nèi)結瘤,并在KTB過程中熔化真空室內(nèi)的結瘤。KTB的熱補償功能主工由以下幾方面組成,見表3。3.3頂吹氧對鋼水熱的影響圖2是KTB處理與常規(guī)RH處理的鋼水溫度隨時間的變化,KTB操作使溫降速率減緩,吹氧結束時鋼水的溫降值僅3℃,表明頂吹氧產(chǎn)生的燃燒熱量用于對鋼水熱補償,達到13℃以上。因此可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。3.4鋁吹氧對鋼水溫度和熱風的影響KTB鋁熱法對鋼水升溫的影響,經(jīng)測定每噸鋼添加1kg鋁吹氧以后鋼水溫度上升30℃以上,升溫速度為3℃/min以上,氧氣利用率為70%以上,熱效率達90%3.5助劑用量對脫硫效率的影響WPB法采用CaO-CaF2系粉劑脫硫,處理普碳鋼時,脫硫效率隨粉劑用量增加而增大。在初始硫含量190×10-6條件下,噴吹6.6kg/t粉劑獲得47%的脫硫效率,改善了以往常規(guī)RH添加熔劑法對硅鋼以外鋼種脫硫困難的局面。3.6脫氮處理效果表4是RH處理前后鋼中氮含量的變化。有脫氮效果的爐次僅點10%,處理后鋼中氮含量<20×10-6。低氮條件下RH脫氮作用不大,主要的抑制鋼水從爐氣吸氮。3.7量測定結果在RH—KTB處理前和RH終點取樣,鋼水氫含量測定結果見表5。初始氫含量(2.5～2.8)×10-6時,脫氫效率為47%～60%,最低氫含量降至1×10-6。可保證低氫鋼生產(chǎn)的要求。3.8組36510-6測定表明:RH—KTB/WPB處理后總氧含量為(43～75)×10-6,與常規(guī)RH相似。以下列出了精煉處理分別可達到的碳、磷、氮、全氧和氫含量:進一步降低上述元素含量還須綜合改進精煉和耐火材料工藝條件。3.9產(chǎn)品參數(shù)估計表6列出了RH—KTB/WPB熱負荷試車期間專用品種鋼的命中率,無取向硅鋼產(chǎn)品因成分失控占4.8%,電工鋼WYK、WCP、XYB等合格率達到100%。3.10脫硫效率和綜合含水率武鋼第二煉鋼廠RH—KTB/WPB法投產(chǎn)熱試期間得到以下冶金效果:(1)RH—KTB操作使碳含量達到20×10-6的處理時間縮短約3min,鋼水溫度補償13℃,加鋁后平均升溫,1.6℃/min,升溫幅度55℃。(2)RH—WPB操作噴吹6.5kg/t,CaO-CaF2,粉劑處理普碳鋼,可獲得47%的脫硫效率。(3)處理后鋼中氮含量<20×10-6,氫含量可降至1×10-6,總氧含量(43～75)×10-6,專用鋼綜合命中率大于95.2%。由于武鋼RH多功能真空精煉工藝改善了常規(guī)RH法的脫碳、脫硫和升溫功能及處理效率,可實現(xiàn)超低碳、超低硫等優(yōu)質(zhì)品種鋼低成本大批量的穩(wěn)定生產(chǎn)。4優(yōu)點明顯310-6,5-6(1)武鋼第二煉鋼廠1號RH多功能真空精煉裝置技術改造工程質(zhì)量優(yōu)良,裝備國產(chǎn)化率為66.5%。(2)在掌握引進技術和RH設計、制造技術的基礎上,武鋼80tRH-KTB/WPB裝置一次熱負荷試車投產(chǎn)成功,裝備水平和冶金功能優(yōu)于2號RH真空精煉爐。(3)冶金效果好,可穩(wěn)定生產(chǎn)[S]≤20×10-6,[N]≤30×10-6,[H]≤1.5×10-6的優(yōu)質(zhì)鋼,精煉終點命中率≥95%。(4)RH多功能真空精煉爐耐火材料壽命武鋼RH多功能真空精煉爐投產(chǎn)幾個月來的生產(chǎn)數(shù)據(jù),各部位耐火材料的使用壽命正常,1998年6月份除生產(chǎn)量達到設計能力外,其壽命如表7。元素CSNOrHP含量×10-69(20)1243160(常規(guī)RH添加脫硫處理硅鋼)(5)經(jīng)濟效益RH—KTBWPB技術的應用,能將低碳鋼的轉(zhuǎn)爐出鋼炭提高到0.045%～0.055%,出鋼溫度可降低,從而減輕轉(zhuǎn)爐負擔,提高金屬收得率和轉(zhuǎn)爐爐齡。同時能穩(wěn)定全連鑄生產(chǎn)并對事故鋼水進行升溫處理和成分調(diào)整,減少鋼水回爐和改鋼,使回爐率降至<0.15%。新1號RH投產(chǎn)后,據(jù)估算年增加效率1億元。5rh多功能真空鑄造技術的系統(tǒng)應用效果武鋼與各項合同承擔單位共同努力,聯(lián)合開發(fā),完成了國家經(jīng)貿(mào)委和冶金部下達的“八五”期間國家重大引進技術消化吸收項目———爐外精煉技術項目的重點課題《RH多功能真空精煉技術》開發(fā)的主要任務。(下轉(zhuǎn)第20頁)(1)RH多功能真空精煉技術是關系到以提高品種質(zhì)量為基礎的鋼鐵工業(yè)結構優(yōu)化的重大技術,在引進技術的基礎上,“八五”立題進行開發(fā)與消化吸收,是完成必要的,具有重大的實踐意義課題充分體現(xiàn)了高起點、優(yōu)化工藝效果、促進關鍵品種鋼生產(chǎn)和較好的規(guī)模經(jīng)濟效益的立題指導思想,各專題、小專題、子專題的設置與技術方案和路線,系統(tǒng)全面,先進可行、科學合理。(2)與依托工程相結合,已經(jīng)取得了一批具有相當水平的成果,主要有:基本掌握了RH—KTBWPB新型RH多功能真空精煉技術的總體工藝與主體設備的系統(tǒng)設計技術,并已完成了部分主體設備的設計參考手冊與加工規(guī)范;主體與輔助設備的國產(chǎn)化率達到了65%的目標,而且運行情況良好。具有我國特點的真空噴粉工藝與裝備的開發(fā)也取得了初步的成果;裝備的自動控制水平在國內(nèi)RH設備中居先進水平;主要品種的熱試結果表明,研究開發(fā)的1號RH多功能真空精煉工藝,冶金性能指標全面超過了2號R