2022年2022年淮钢短流程生产线的技术创新_王忠英 .pdf

第 15 卷第 11期2005 年 11 月中 国冶 金China Metallur gyVol. 15,N o. 11N ov. 2005作者简介 : 王忠英 ( 1967 - ) , 男, 博士后 , 教授级高级工程师;E - mail: wang_zh ongying tom. com;修订日期 : 2005 -08 -26淮钢短流程生产线的技术创新王忠英( 江苏淮钢集团有限公司技术中心, 江苏 淮安 223002)摘要: 淮钢超高功率电炉- 炉外精炼连铸连轧短流程生产线, 通过采用铁水热装、 强化用氧、低铝洁净钢精炼和连铸坯热送热装等主要工艺技术措施, 取得了明显的增产节能效果。自投产以来, 钢质量逐步提高 ,电 耗、 电极耗却逐年下降 , 冶炼时间逐年缩短。关键词 : 淮钢 ;短流程生产线 ; 技术创新 ; 品种开发中图分类号 : TF748. 41文献标识码 : A文章编号 :1006 - 9356(2005) 11 - 0020 - 04Technical Innovation of Compact Production Line at HuaisteelWANGZhong - ying( Jiangsu H uaisteel Co. , Lt d. , H uaian 223002, China)Abstract: Great progress in production and energy saving has been achievedin the compact production line of 70 tUH P. EAF- 70 t L F - 150 mm150 mm CC - 18 strands CR at H uaigang w it h the technologies of hot metal char -ging, incr easing oxygenuse,low A l2O3clean steel refining and hot charging rolling. The pro duct qualityis im -proved, and power consumption,electrode consumption and tapping to t apping time are r educed yearly since t heproduction line put in operation.Key words: H uaisteel;compact product ion line; technical innovation; product development淮钢短流程生产线主要设备由意大利达涅利公司引进。该生产线投产以来,通过不断地技术改造和技术创新 , 采用新技术和新工艺, 提高产品质量,开发新产品 , 使各项技术经济指标和品种规格不断提高和扩大。 2004 年实际产钢已达66 万 t, 优钢比达到 89. 6% , 冶炼吨钢总电耗降到300 kWh 以下,冶炼时间在50 min 左右。1主要设备特性1. 1主要设备及技术参数该生产线由超高功率电弧炉、LF 精炼炉、5 机 5流小方坯连铸机、 18 架全连轧机组组成, 设计生产能力为 40 万 t。电炉采用60 M VA 高阻抗变压器 , 设计 20%超载能力。炉壳直径5800 mm。超高功率电极直径 550 mm。电炉平均出钢量80 t, 最大出钢量90t, 留钢量 15 t。出钢至出钢时间50 min。采用的主要新技术有偏心底出钢、水冷导电电极臂、 水冷炉壁和炉盖、PTI 集束射流氧枪等技术。精炼炉变压器容量12 MVA 。电极直径350mm。升温速度3 6/ min。底吹氩气流量为150 360 L/ min。配备 2 台双侧喂包芯线机。连铸机为 5 机 5 流小方坯连铸。弧半径7 m, 矫直半径 (7/13/) m。冶金长度 11 8 m。流间距 1 m。铸坯断面为 120 mm120 mm 和 150 mm150 mm 两种。中间包容量16 t。结晶器铜管长度850 mm。采用喷水二次冷却。结晶器采用板簧振动, 频率 0 200次/m in, 振幅 0 12 mm。拉矫机速度范围0 4. 0m/ min, 铸坯长度9 12 m, 配备结晶器电磁搅拌和液面自动化装置。采用步进梁式加热炉, 加热能力100 t/ h, 有效宽度 12800 mm, 有效长度14500 mm。轧机为18架平立交互连轧机组, 机组为 (3680 mm) / (3580 mm) /( 9470 mm) /( 3370 mm) 。冷床全长 96 m, 配有扁钢堆叠缓冷装置、散叠装置、 在线矫直装置、齐头装置、 成层 装置等。由计算机控制的310 t 摆剪完成成品材运动中的定尺剪切,可按设定长度 5 14 m 的各种定尺剪切 , 断口平整规则、 变形小。2 台全自动液压打包机实现定尺钢材的自动收集、 计数、打包。采用高压水自动除鳞、在线形状仪名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 闭环控制系统、 微张力和活套控制、控冷装置、 计算机一、 二级全自动化过程控制与管理等先进技术。2主要工艺技术措施2. 1铁水热装淮钢利用2 座 90 m3和 70 m3高炉 的有利条件,结合超高功率电炉冶炼特点, 于 1997 年在国内率先开发了铁水热装技术。采用兑铁水工艺可降低电耗( 电极消耗 ) 和缩短冶炼时间。高炉铁水温度一般在 1 250 1350, 含物理热在300 335 (kWh) / t, 同时 w( Si) 、 w( C) 较高 , 与氧反应产生约180 200 (kWh) /t 的热量 , 因此每吨铁水约有500kWh 的热量 ; 具体多少电耗与炉料组成、铁水加入方式、电炉容量及供氧强度等有关, 淮钢电炉热装20%铁水 , 冶炼电耗平均下降47 ( kWh) / t, 每炉冶炼时间缩短约9 min 。电炉使用铁水后的生产数据见表 1。表 1电炉热装铁水后的生产数据Table 1Production data of EAF with hot metal charging电炉炉料100% 废钢80% 废钢 + 20% 铁水出钢至出钢时间/ min6960通电时间 / min4440电耗 / ( ( kWh)t-1)390343电极消耗 / ( kgt-1)2. 22. 0总氧量 / ( m3t- 1)2831总碳量 / ( kgt- 1)22注: 未使用二次燃烧技术, 使用炉壁氧油烧嘴。2. 2强化用氧电炉吹氧操作的主要目的是脱碳、脱磷和造泡沫渣, 如果进一步增加电炉配碳 , 利用 C -O反应放出的热量为电炉提供化学能,可降低电耗和缩短冶炼时间。据测算, C -O喷吹强 化冶炼时 , 1 m3氧气可节电 3 ( kWh) / t。电炉强化用氧技术主要包括氧燃烧嘴、炉门氧枪、水冷碳氧枪、 二次燃烧技术及集束射流氧枪等。最初的炉门氧枪为消耗式, 其缺点是消耗大量吹氧管和供氧强度小。德国福克斯等公司开发的水冷氧枪与美国Berr y 公司、德国 BSE工程公司等开发的水冷碳氧枪, 在强化用氧、 促进炉渣泡沫化及缩短熔氧期冶炼时间等方面均取得较好效果。超高功率电炉冶炼过程中氧燃助熔、强化吹氧及泡沫渣操作等产生大量的高温CO, 既增加废气处理系统的负担, 又浪费大量化学能。为此, 通过在熔池上方适量供氧使CO 在炉内产生二次燃烧 , 化学余热得以利用。据理论计算, 采用二次燃烧技术,每使用 1 m3氧气可节电5 8 kWh, 缩短冶炼时间30 s。自二次燃烧技术在纽柯试验成功以来, 得到迅速发展。目前, 美国、日本、德国、法国及意大利均达 到 工业 应 用 水平。西宁 特 钢 将 二次 燃 烧 由CONSTEEL电炉炉内移到炉外的废钢预热通道中进行, 使废钢在回收废气显热的同时, 又回收了化学潜热 , 平均 温度高达600650, 吨钢节 电 95kWh。在铁水热装情况下, 炉门氧枪的超音速射流由于速度衰减、供氧区域有限 , 仅使钢液溶池表面形成凹坑, 氧气流股不能有效作用于溶池, 严重影响到脱碳速度和钢液碳质量分数的均匀性, 限制了铁水比例的提高 ; 而二次燃烧氧枪主要是对炉内形成的CO补充燃烧 , 由于渗透力较小则对脱碳和溶池搅拌影响不大 , 故二者都不适合高比例兑铁水的电炉采用。集束射流氧枪是在拉瓦尔喷管周围增加烧嘴, 使喷管氧气射流被高温低密度介质包围, 减缓氧气射流速度的衰减 ,且在较长距离内保持氧气射流的初始直径和速度 ,能向熔池提供较长距离的超音速集束射流。该射流在氧枪喷头与溶池间距离大于普通氧枪喷头与溶池间距离的条件下, 氧气流股仍能射入溶池, 有较大的穿透深度,得到与底吹气体搅拌相同的效果。同时 , 射入溶池的流股最终分散为气泡, 明显增加了氧气与溶池的接触面积, 改善了炼钢化学反应的动力学条件, 提高了氧气利用率。淮钢电炉热装20% 左右的铁水 , 铁水含有较多的碳、硅、 锰等元素 , 为强化吹氧, 2002 年 4 月前采用 1 座 M ORE 型炉门水冷超音速氧枪 ( 氧气流量2500 m3/ h) 系统, 3 个 M ORE 型炉壁氧油烧嘴( 氧气流量 800 m3/ h) ,1 套喷碳系统。冶炼时使用超音速水冷 C -O 喷枪向熔池内高速吹入氧气, 除去炉料中的碳、磷等 元 素, 并喷 碳造 泡沫 渣, 最 大氧 流量2500 m3/ h、 压力 0 1. 6 M Pa、 流速达 2 马赫 , 供氧强度可达 32 m3/ t( 包括二次燃烧用氧和炉壁烧嘴用氧), 在此条件下每分种可获得约0 03% 0 08%的脱碳速度。3 个 MORE 型氧油烧嘴在熔化期间向熔池喷入氧气和重油, 在冷区燃烧放热,加速炉料熔化, 每个烧嘴的功率为3 M W, 实际使用中供应的能量典型值为50 ( kWh) / t。经长期冶炼实践发现, 超音速水冷C -O 喷枪喷吹距离短、供氧强度低 ( 最大 32 m3/ t) 、 供氧点单一、且不均匀 , 同时氧枪安装在炉门附近, 吹氧时自炉门插入, 炉门不能关闭 ; 氧油烧嘴虽安装在炉壁上, 但烧嘴火焰短 ,安装位置高( 安装位置低,吹炼时钢水21第 11 期王忠英 : 淮钢短流程生产线的技术创新名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 和炉渣易堵塞烧嘴), 热效率低。为克服这些缺点,进一步降低电炉电耗和电极消耗、缩短冶炼时间, 解决电炉碳高须停电脱碳, 易引发大喷溅等问题, 2002年 4 月取消了电炉MORE 型炉门氧枪系统和炉壁烧嘴 , 安装了 PT I JetBOx 集束射氧喷箱系统。该系统主要构成 :(1) 3 套组合喷射器 ( 氧气、燃气、碳粉)环氧喷射器包括超音速喷嘴和环氧喷嘴, 当超音速喷射器以2 马赫的速度向熔池供氧, 环 氧以 8m3/min 的速度对超音速射流进行保护, 保证超音速射流紧凑、连贯、有效地进入熔池; 同时, 提供二次燃烧用氧 , 即用于 CO 后期燃烧 ,淮钢由于暂无天然气来源, 故无法使用燃气流保护主氧气流, 但燃气阀站已装好待用。整个侧壁式氧气喷射器都安装在Jetbox 中, 受到铜箱的保护。Jetbox 安装在距离钢水液面约0 6 0 75 m 的炉壁耐火材料的上方, 对炉中心的下倾角为 43 45 , 既保证喷射距离最短, 又最大限度地减少喷溅 ; 同时 , 由于水冷箱的冷却作用, 使得箱子下面的耐火材料浸蚀速度更慢。每个 Jetbox 上都有一布置在氧气喷射器右下方的喷碳孔 , 这种平行布置更有利于泡沫渣的快速形成并防止喷碳孔堵塞。(2) 1 套氧气和燃气控制阀站设计的阀站对每个氧气喷射器的天然气和氧气流提供单独控制, 阀站配备了安全生产所必需的装置,包括自动断流阀、 双座锁气阀、排出管线、高压和低压开关。(3) 操作控制系统复合式操作控制系统能在冶炼期间精确控制燃烧系统。该系统由1 台西门子 S7 -400 PLC 控制 , 可根据炉内输入电能的变化, 提供不同的氧气流量和喷碳量 , 操作程序考虑到炼钢车间最大氧流量和潜在的限制范围 , 根据炉料结构和钢种变化所需的吹氧量不同 , 而设置了不同的操作模式, 通过显示器进行人机对话 , 可选择自动操作和手动操作。2002 年 4 月安装了PTI JetBOx 系统, 5 月开始运行, 电炉各项技术经济指标进一步改善, 59 月使用 PTI 枪与用前 ( 3 月) 平均指标相比, 冶炼周期缩短 3 6 min, 电炉电耗降低30 (kWh) / t 左右 ,电极消耗降低0 4 kg/ t。使用PT I JetBOx 系统与MORE 型氧枪指标对比见表2。2. 3低铝 (Al2O3) 洁净钢精炼特殊钢不仅要求高的洁净度, 且对钢中夹杂物表 2使用 PTI JetBox 系统与 MORE 型氧枪指标对比Table 2Indexes comparison of PTI JetBox and MORE lance指标MORE 型氧枪PTI JetBOx变化平均功率输入 / MW43.647.4+ 3. 8通电时间 / min33 3630 33-3 - 5出钢至出钢时间/ min45 5442 50-3 - 6电耗 / ( ( kWh)t- 1)295265- 30电极消耗 / (kgt-1)1.81.4- 0. 4氧气消耗 / (m3t-1)3239+ 7喷碳量 / ( kgt-1)25+ 3燃油消耗 / (kgt-1)30-3二次侧电压 / V410 440420 460+ 10 + 20收得率 / %9090.5+ 0. 5注: M ORE 型氧枪系统加20% 左右 铁水 , 用氧油 烧嘴和 复合式 二次燃烧氧枪; PT I JetBOx 系统加20% 左右铁水 , 取消复合式二次燃烧氧枪和氧油烧嘴, 二次燃烧用氧由环流氧提供。的组成、形态、尺寸和分布都有特殊的要求, 如轴承钢、 弹簧钢和管线钢不仅要求钢中氧的体积分数低,且要求严格控制钢中Al2O3夹杂 , 同时低Al2O3夹杂也是实现连铸低过热度浇铸的关键。为此, 开发和应用了低铝洁净钢精炼技术、钡微合金化轴承钢技术和含钡洁净钢生产技术等专利, 尤其是申请专利技术几乎涵盖了w (C) 0 3% 以上 的所有钢种(w( C) 0 3% 的钢已被日本人申请专利) 。采用该专利技术可获得 :通过钡微合金化、 细化晶粒 , 强化晶界, 显著提高钢的强韧性。在非真空处理的基础上, 使 钢 中 氧的 体 积 分 数 进 一步 降 低, 轴承 钢TO810-6, 弹簧钢 T O1210-6, 齿轮钢T. O1510-6, 达到与真空处理钢相同的效果, 但与相同条件下的真空处理钢相比, 可节省真空设备投资和真空处理费用 , 降低成本。通过钡的深度脱氧和夹杂物变性 , 可显著提高钢的洁净度, 优化夹杂分布,使 Al2O3为基的脆性氧化物夹杂变为细小、均匀的塑性球形夹杂 , 使氧化物夹杂中Al2O3的比例小于40%, 钢中夹杂物污染程度显著降低。使轴承钢和弹簧钢等钢种的疲劳寿命比相同氧体积分数的铝处理钢提高 20%以上。如采用本发明生产的 T. O 为 810- 6的轴承钢疲劳寿命 , 比相同氧的只经真空和铝脱氧的同一钢种提高63 5% 。降低钢中Al2O3夹杂和铝量 , 有利于消除连铸水口结瘤。2. 4连铸坯热送热装淮钢通过输送辊道将连铸车间与轧钢车间连接在一起 , 连铸生产出的热坯经液压剪切割定尺后, 直接通过输送辊道送到轧钢车间加热炉的上料辊道并进入加热炉。连铸坯的最终装炉温度取决于连铸坯的剪后温22中国冶金第 15 卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 度、 热送辊道的保温效果、 热送的时间等因素。淮钢连铸坯的剪后温度一般在900 1 000。为避免钢坯降温过多 , 在连铸与加热炉之间设置保温炉, 便于连铸与连轧之间的衔接匹配。淮钢短流程电炉钢生产线的设计思想是连铸机的能力大于电弧炉的能力, 而连轧机能力又大于连铸机的能力 , 从而实现各工序间的有效衔接和匹配。LF 炉除发挥精炼作用外,还在电炉与连铸之间起中间调节作用。当连铸机或EAF 炉出现故障时 , 钢水可在 LF 工位加热保温, 避免损失。连铸可通过断一流或开一流的方法实现与电炉的匹配。由于连轧机能力大于连铸机能力, 使得连铸坯全部实现热送热装。若轧机中途需更换机架或故障检修, 停机时间不超过 30 min 时, 有保温炉仍可保证热装; 若停机时间超过30 min 时, 则甩冷坯单独堆放, 待开轧后分阶段组织冷坯装炉, 通过冷热坯混装充分发挥轧机的生产能力。目前 , 多数钢种已实现热送热装, 连铸坯热装率已达 80% 。经测 算, 与冷坯装炉相比 , 采用热送热装工艺仅降低加热炉油耗即可使每吨轧材成本下降20 元以上。3初步效果表 3是淮钢短流程生产线近年的主要技术经济指标变化情况。从表3 可见 , 自投产以来 ,总的钢产量逐年增加 , 尤其是 进入 2002 年 后优钢比 显著提高,同时电耗、电极耗和冶炼时间等也在逐年降低;进入 2004 年后 , 由于小高炉关闭, 铁水装入量减少及轴承钢等特殊钢品种的开发, 使得总产量、 电耗、电极耗和冶炼时间指标略有下降。表 4 是短流程生产的主要产品及特点, 通过低铝(A l2O3) 洁净钢技术的推广应用, 突破了小方坯连铸由于钢中铝的质量分数较高而导致水口结瘤的技术难题 , 为大规模开发高洁净度的铝终脱氧和铝细化晶粒的优特钢产品奠定了基础, 从而保证了高质量优特钢的生产。表 3短流程生产线主要技经指标变化情况Table 3Main technical and economicindexes of compact route年19971998199920002001200220032004钢产量 / t301 440384275558 546600085662408670 975665 566659 376优钢产量 / t11 3604801465161150522141629323 850477 609591 102优钢比 / %3. 812. 511. 725. 121. 448. 371. 889. 6电极耗 / ( kgt-1)2. 682. 722. 362. 212. 221. 851. 511. 53电耗 / ( ( kWh)t-1)419. 8392. 7362340. 3325. 5316. 4299. 74303. 6冶炼时间 / ( min炉-1)69665856535349. 749. 5表 4短流程生产的主要品种及特点Table 4Main product and quality characters of compact route典 型 钢 种特 点螺纹钢H RB335, H RB400, H RB500采用形变诱导铁素体生产高强度钢碳结钢10 号 85 号, 15M n 70M n, Q345B根据需要控制 T. O( 10 20)10-6合结钢Cr, CrM o, Mn V, MnB, MnVB, MnT iB控制 T. O2010-6, w( Al )0. 02%弹簧钢60Si2M nA, 60Si2CrA, 50CrV, 60Si2CrVAT, SU P9, 38Si7 T. O1210-6, 氧化物夹杂中w( Al2O3 )40%轴承钢GCr15控制 T. O1010-6, 碳偏析1. 12齿轮钢20CrH , 40CrH, 20CrM nT iH, SCr420H控制 T. O1510-6, 淬透性带宽5 H RC, 晶粒度6 级锚链钢CM490, CM690已通过中国船级社认证管坯钢10 号, 20 号, 20G、 35CrM o高压锅炉管已获得生产许可证冷镦钢15M nCrNiCu , ML20M nT iB, 35VB, 1018Aw( Al )0. 025% 情况下 , 使 w( Si )0. 08%4结语短流程生产线的优势在于优质高效生产, 以降低成本 , 增加效益。淮钢在通过电炉热装铁水、强化用氧技术及铸坯热送降低产品生产成本的同时, 由于钢中残余元素含量的 降低及采用低铝洁 净钢技术, 使得钢洁净度显著提高, 钢中夹杂物的组成和分布得到优化 , 钢的本质晶粒度得到细化, 从而为短流程小方坯连铸生产小规格优特钢产品奠定了良好的基础。23第 11 期王忠英 : 淮钢短流程生产线的技术创新名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -