重鋼煉鋼新流程的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐
2014-02-08 09:40:40
重慶鋼鐵集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱重鋼）2009年其鋼鐵主業(yè)環(huán)保搬遷至長(zhǎng)壽區(qū)，設(shè)計(jì)目標(biāo)是建設(shè)21世紀(jì)新一代鋼鐵廠，做到產(chǎn)品潔凈化和對(duì)環(huán)境的無(wú)害化，實(shí)現(xiàn)過(guò)程動(dòng)態(tài)有序、連續(xù)緊湊和高效穩(wěn)定。自主集成開(kāi)發(fā)了“一罐制鐵水運(yùn)輸→KR鐵水脫硫→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→干式真空等精煉→常規(guī)厚度高效板坯連鑄→板坯熱送熱裝”重鋼煉鋼新流程。一期工程產(chǎn)品定位于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)板卷鋼和船用鋼精品板材，設(shè)計(jì)產(chǎn)能650萬(wàn)t/a。該工程于2009年12月25日投產(chǎn)，2012年元月6日全部建成。在該項(xiàng)煉鋼新流程運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)影響其順行的各種問(wèn)題進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)。
1、煉鋼流程的再造
1.1、新流程的構(gòu)成
重鋼煉鋼新流程如圖1所示。
圖1：重鋼煉鋼新流程示意圖
1.2、界面技術(shù)
1.2.1、鐵鋼界面的“一罐制”
流程采用3座高爐與3座轉(zhuǎn)爐（中心距360m）呈平行布置，高爐受鐵罐與脫硫罐、轉(zhuǎn)爐兌鐵罐合一：用鐵水罐車(chē)、行車(chē)代替標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路及機(jī)車(chē)完成鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)及高爐擺罐。脫硫站布置在鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)跨東側(cè)1號(hào)、2號(hào)高爐出鐵線之間，根據(jù)需要選擇深脫硫、淺脫硫和扒渣。加料跨為“中間進(jìn)鐵、兩端進(jìn)廢鋼”的布置方式，同跨實(shí)現(xiàn)“雙聯(lián)”（脫磷、脫碳），既可傳統(tǒng)冶煉又能雙聯(lián)冶煉。作為高爐與轉(zhuǎn)爐間的緩沖，配有3200t/d的鑄鐵機(jī)，11個(gè)工位的鐵水重罐支座，起到“虛擬混鐵爐”的作用。
1.2.2、潔凈鋼平臺(tái)和一鋼多級(jí)生產(chǎn)模式
以建成高效低成本潔凈鋼生產(chǎn)平臺(tái)和一鋼多級(jí)品種鋼生產(chǎn)模式為目標(biāo)。采用KR鐵水脫硫，帶副槍頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐等核心技術(shù)確保以進(jìn)入精煉環(huán)節(jié)的鋼水質(zhì)量；分鋼種選擇精煉單元對(duì)鋼水進(jìn)行處理，保證鋼種對(duì)潔凈度、溫度和成分的要求；采用大容量中間包的直弧型連鑄機(jī)促進(jìn)鋼中夾雜物的充分上浮。
以“一鋼多級(jí)”為目標(biāo)，簡(jiǎn)化煉鋼生產(chǎn)品種分類(lèi)。以多批鋼板訂貨合同為一個(gè)單元，組長(zhǎng)尺、組爐、組澆次，對(duì)組板設(shè)計(jì)產(chǎn)生的二次切割坯組合成一個(gè)煉鋼切割長(zhǎng)尺坯料；然后依據(jù)轉(zhuǎn)爐單爐鋼水平均重量，將一次切割坯組合成一個(gè)基本爐次；最后將組合好的爐次最終組成一個(gè)基本澆次，以每一個(gè)中間包澆次倒排煉鋼生產(chǎn)計(jì)劃。
1.2.3、鋼軋界面熱送熱裝
由輥道直接將板坯送至軋鋼加熱爐前（送坯距離約180~200m），1780mm軋機(jī)直接入爐，4100mm和2700mm軋機(jī)將板坯切割成軋制所需的長(zhǎng)度入加熱爐加熱，堆坯和整鋼共占一跨。供2700mm、4100mm中厚板軋機(jī)的代表鋼種為高強(qiáng)船板鋼，多數(shù)鋼中含有鋁、鈮、鈦，板坯容易出現(xiàn)表面縱裂紋、角部橫裂紋等質(zhì)量問(wèn)題，因每個(gè)合同訂貨批量小，實(shí)現(xiàn)板坯熱裝難度大。供1780mm熱軋板卷軋機(jī)的代表鋼種為低碳鋼、中碳鋼、中低碳低合金鋼等，板坯也容易出現(xiàn)表面縱裂紋、橫裂紋等質(zhì)量問(wèn)題，易導(dǎo)致軋鋼斷料。
1.3、共性技術(shù)
1.3.1、KR脫硫
全量鐵水KR脫硫保證供轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵水溫度、硫含量、頂渣量滿足少渣煉鋼要求，3套KR脫硫裝置平均處理鐵水198t、處理周期30min、處理后鋼水w（S）＝0.010%~0.002%。
1.3.2、轉(zhuǎn)爐煉鋼
帶副槍210t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)降碳提溫和生產(chǎn)潔凈鋼的目標(biāo)，平均出鋼量210t，常規(guī)生產(chǎn)時(shí)冶煉周期38min，雙聯(lián)脫磷18min、雙聯(lián)脫碳30min，配有一、二、三次除塵系統(tǒng)，一次除塵回收煤氣含塵量小于等于10mg/m3、吹煉期放散煤氣時(shí)含塵量（脫碳時(shí)）小于等于15mg/m3。
1.3.3、二次精煉
精煉跨布置有干式真空（機(jī)械）泵RH和LF及CAS微調(diào)站，3種精煉方式的組合確保鋼水質(zhì)量。機(jī)械真空泵與蒸汽泵性能對(duì)比如表1所示。干式真空RH主要參數(shù)如表2所示。2座雙鋼水罐車(chē)、電極橫臂旋轉(zhuǎn)式、變壓器額定容量36MVA的210tLF，平均升溫速度4.5℃/min、平均處理周期30min。煉鋼單元用低壓蒸汽由煉鋼余熱鍋爐蓄熱站供給，85%以上蒸汽用于發(fā)電。
表1：RH干式（機(jī)械）真空泵和蒸汽泵的綜合比較
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泵型
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工作能介
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抽氣能力配置
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極限真空度/Pa
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抽真空時(shí)間（67Pa）/min
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脫氫能力/10-6
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生產(chǎn)組織
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除塵方式及效果
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設(shè)備穩(wěn)定性
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能源成本
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干式泵
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電能
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根據(jù)需要添加模塊即可
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18
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4.34
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0.9
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根據(jù)要求隨時(shí)啟停
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干法除塵，便于回收利用
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性能穩(wěn)定、維護(hù)量小
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低
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蒸汽泵
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蒸汽
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定型后無(wú)法變化
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20
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≤4.5
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≤1.5
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受蒸汽壓力、溫度影響；蒸汽泵預(yù)熱時(shí)間≥30min
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洗滌除塵、回收難度大
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必須定期清理“喉口”，隨使用時(shí)間延長(zhǎng)抽氣能力下降
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高
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注：脫氫能力為初始w（H）＜4×10-6的脫氫能力
表2：重鋼RH主要參數(shù)
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型式
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雙鋼包車(chē)、雙真空處理位
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鋼水處理量
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190~230t（平均210t）
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67Pa時(shí)真空泵最大抽氣能力
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800kg/h
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極限真空度
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20Pa
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平均精煉周期
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20~30min
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抽真空時(shí)間（66.7Pa）
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≤4min
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浸漬管
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高度900mm，內(nèi)徑600mm，中心距1500mm
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真空槽
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內(nèi)徑2146mm，高度11558mm
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浸漬管透氣點(diǎn)
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12個(gè)
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驅(qū)動(dòng)氣體流量
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90~180m3/h
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1.3.4、板坯連鑄機(jī)
3臺(tái)連鑄機(jī)均按高效化而設(shè)計(jì)，采用了鋼包下渣自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、結(jié)晶器液位自動(dòng)控制、大倒角結(jié)晶器（目前在3號(hào)鑄機(jī)250和300mm厚斷面使用）、結(jié)晶器液壓非正弦振動(dòng)、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)、動(dòng)態(tài)輕壓下和二冷動(dòng)態(tài)配水、板坯表面質(zhì)量在線檢測(cè)等16項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，其主要參數(shù)如表3所示。
表3：重鋼板坯連鑄機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)
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鑄機(jī)
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斷面
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機(jī)型
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流數(shù)
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弧半徑/m
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結(jié)晶器長(zhǎng)度/mm
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拉速/（m·min-1）
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冶金長(zhǎng)度/m
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鋼種
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1號(hào)
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（160、190、230）mm×（1400~2000）mm
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直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直
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2
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9.5
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900
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0.30~1.45
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31.242
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中、低碳鋼、低合金鋼、特殊低合金鋼
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2號(hào)
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（190、230）mm×（850~1650）mm
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直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直
|
2
|
9.5
|
900
|
0.30~1.60
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33.901
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超低碳鋼、低碳鋼、低合金鋼、硅鋼
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3號(hào)
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（200、250、300）mm×（2000~2500）mm
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直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直
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1
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10.5
|
900
|
0.30~1.35
|
34.205
|
中、低碳鋼、低合金鋼、特殊低合金鋼
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1.3.5、信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)分一級(jí)基礎(chǔ)控制、二級(jí)模型控制及數(shù)據(jù)信息采集、三級(jí)MES系統(tǒng)、四級(jí)ERP。
2、持續(xù)改進(jìn)和實(shí)績(jī)
2.1、鐵水脫硫
“一罐制”運(yùn)行不同階段的轉(zhuǎn)爐兌鐵水溫度穩(wěn)定在1325℃，與2011年老區(qū)非“一罐制”的1270℃相比，溫度提高了50℃以上。脫硫前平均鐵水w（S）＝0.029%~0.035%，石灰基脫硫劑深脫硫后鐵水w（S）達(dá)到0.002%~0.005%，過(guò)程溫降37℃，處理周期35.5min，脫硫率89.55%，脫硫命中率93.48%以上。工序技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表4所示。
表4：重鋼2010和2011年鐵水脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
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年份
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鐵水溫度合格率（＞1350℃）/%
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KR脫硫罐數(shù)
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單扒渣比例/%
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脫硫率/%
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KR脫硫命中率/%
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脫硫粉劑消耗/（kg·t-1）
|
攪拌頭壽命/次
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2010
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82.97
|
9242
|
15.08
|
84.92
|
85.01
|
7.15
|
180
|
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2011
|
82.93
|
21277
|
10.45
|
89.55
|
93.48
|
7.23
|
130
|
2.2、轉(zhuǎn)爐煉鋼
廢鋼吸鐵盤(pán)改為4m×1.7m，廢鋼斗頭部改為圓形，縮短冷料準(zhǔn)備時(shí)間；調(diào)整氧槍流量模式，減少轉(zhuǎn)爐二次點(diǎn)吹次數(shù)，逐步提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率；氧槍流量提高到48000m3/h，加快爐內(nèi)化渣速度，縮短吹氧時(shí)間；提高出鋼口質(zhì)量和擴(kuò)大內(nèi)徑，縮短出鋼時(shí)間2.05min；在精煉跨和接受跨間增加過(guò)跨平車(chē)；改造精煉用行車(chē)副鉤用于運(yùn)轉(zhuǎn)空鋼包，降低行車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)壓力；加強(qiáng)鋼包維護(hù)和準(zhǔn)備操作，提高鋼包壽命，降低轉(zhuǎn)爐等鋼包比例至3.8%；轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短7.05min，達(dá)37.95min，且轉(zhuǎn)爐冶煉周期小于等于38min的比例達(dá)到92.32%。由于過(guò)程溫度穩(wěn)定，取消了正常爐次連鑄平臺(tái)測(cè)溫操作。工序技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表5所示。
表5：重鋼轉(zhuǎn)爐2010和2011年煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
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年份
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碳溫雙命中率/%
|
副槍成功使用率/%
|
氧耗/（m3·t-1）
|
石灰消耗/（kg·t-1）
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轉(zhuǎn)爐工序能耗/（kJ·t-1）
|
轉(zhuǎn)爐蒸汽回收量/（kg·t-1）
|
轉(zhuǎn)爐煤氣回收量/（m3·t-1）
|
|
2010
|
67.58
|
95.26
|
58.95
|
47.43
|
-624510.86
|
94
|
78.25
|
|
2011
|
71.06
|
97.78
|
57.99
|
49.68
|
-525163.52
|
100
|
60.61
|
注：表中碳溫雙命中率的控制要求為：w（C）＜0.06%時(shí)，誤差為±0.01%；w（C）≥0.06%時(shí)，誤差為±0.02%；溫度誤差±10℃
2.3、精煉工藝
根據(jù)鋼種工藝路線制定不同的轉(zhuǎn)爐脫氧模式和精煉工藝，通過(guò)優(yōu)化頂渣脫氧工藝和RH碳脫氧工藝及對(duì)CAS和出鋼過(guò)程吹氬管網(wǎng)改造，提高鋼水潔凈度，降低合金成本；低碳和超低碳鋼系列以及部分低合金鋼從“BOF→LF→CC”工藝路線分別轉(zhuǎn)移為“BOF→CAS→CC“和“BOF→CAS→RH→CC”工藝路線，鋁硅鎮(zhèn)靜鋼和低碳低硅鋼單中間包連澆爐數(shù)可分別達(dá)到19和17爐，基本杜絕了因鋼包鋼流跟不上致斷澆的事故發(fā)生。RH出站經(jīng)過(guò)26min的循環(huán)后鋼水w（H）可控制到0.9×10-6以下，低碳低硅鋼w（N）可控制在24.5×10-6以內(nèi)，w（C）可控制在10×10-6，w（T.O）＜25×10-6。精煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表6所示。
表6：重鋼2010和2011年精煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
|
年份
|
LF
精煉率/%
|
CAS
精煉率/%
|
RH
精煉率/%
|
RH出站鋼水w（H）
≤2.0×10-6比例/%
|
|
2010
|
80.95
|
15.91
|
|
|
|
2011
|
41.38
|
44.55
|
27.62
|
96.73
|
2.4、連鑄工藝
通過(guò)優(yōu)化設(shè)備參數(shù)和操作，成功開(kāi)發(fā)“寬板坯和雙流板坯連鑄機(jī)異鋼種連澆中間包在線快換”技術(shù)。對(duì)3臺(tái)連鑄機(jī)的漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合人工方式以降低漏報(bào)率和提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際拉速，優(yōu)化中間包水口的設(shè)計(jì)，解決了水口流場(chǎng)均勻性不良的問(wèn)題。對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化，板坯表面原始合格率達(dá)90%以上，粘結(jié)頻率也在可控范圍內(nèi)。3臺(tái)鑄機(jī)動(dòng)態(tài)輕壓下、動(dòng)態(tài)二冷水全部正常應(yīng)用，鑄機(jī)內(nèi)部質(zhì)量得到較大改善。對(duì)1、2號(hào)機(jī)1~8段二冷水進(jìn)行“幅切”（結(jié)合使用偏噴嘴）控制的改造，板坯邊角部橫裂紋基本受控，2號(hào)機(jī)還滿足了軋鋼工序?qū)?/span>230mm×（1030~1650）mm斷面9個(gè)寬度快速更換的要求，生產(chǎn)的碳素鋼熱送比例達(dá)到90%以上。3號(hào)機(jī)通過(guò)采用偏噴嘴以適應(yīng)次窄寬度板坯的二冷區(qū)溫度控制的需要，2011年5月成功進(jìn)行了碳素鋼熱送4100mm軋鋼廠試驗(yàn)，10月進(jìn)行低合金鋼熱送試驗(yàn)，試驗(yàn)爐次均達(dá)到軋鋼要求。3號(hào)機(jī)（250、300）mm×2000mm斷面上還進(jìn)行大倒角結(jié)晶器試驗(yàn)，共生產(chǎn)鋼265爐，57000t板坯，軋后與常規(guī)板坯經(jīng)過(guò)角部倒角清理的裂紋率相當(dāng)。連鑄下渣檢測(cè)、漏鋼預(yù)報(bào)、輕壓下、液位控制應(yīng)用率均在95%以上。液位控制精度通常在±3mm內(nèi)，超過(guò)±5mm報(bào)警。連鑄技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表7所示。
表7：重鋼連鑄機(jī)2010和2011年技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
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年份
|
澆成率/%
|
恒速率/%
|
單中間包連澆爐數(shù)
|
鑄機(jī)作業(yè)率/%
|
溢漏鋼率/%
|
金屬收得率/%
|
中間包溫度合格率/%
|
|
2010
|
99.58
|
90.94
|
10.44
|
37.29
|
0.099
|
96.58
|
64.30
|
|
2011
|
99.89
|
93.02
|
12.76
|
62.63
|
0.020
|
97.62
|
92.82
|
2.5、潔凈鋼生產(chǎn)平臺(tái)
重鋼迄今為止實(shí)現(xiàn)了對(duì)老區(qū)鋼種的替代，生產(chǎn)出的容器、鍋爐、船板和橋梁用鋼的性能比老區(qū)同類(lèi)產(chǎn)品更好，按新的一鋼多級(jí)牌號(hào)生產(chǎn)中厚板45個(gè)，熱軋板卷17個(gè)鋼種系列，其中新開(kāi)發(fā)了15CrMoR、X60、熱軋硅鋼、取向硅鋼、45、E40、E460、E47、Q550等鋼種，鋼水潔凈度可達(dá)：w（S）≤10×10-6、w（P）≤20×10-6、w（O）≤15×10-6、w（N）≤20×10-6、w（H）≤1.4×10-6，潔凈鋼平臺(tái)基本建成。2010年和2011年板坯質(zhì)量指標(biāo)如表8所示，全廠綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表9所示。
表8：重鋼2010和2011年板坯質(zhì)量指標(biāo)
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年份
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中厚板表面微裂紋率/%
|
板坯內(nèi)裂率/%
|
低倍B類(lèi)評(píng)級(jí)小于1.0級(jí)比例/%
|
探傷合格率/%
|
板坯表面原始合格率/%
|
板坯熱送率/%
|
|
2010
|
0.74
|
0.029
|
72.97
|
99.36
|
71.85
|
|
|
2011
|
0.27
|
0.026
|
94.70
|
98.64
|
87.78
|
40.22
|
表9：重鋼煉鋼廠2010和2011年綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
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年份
|
產(chǎn)量
/萬(wàn)t
|
平均爐
產(chǎn)量/t
|
鋼坯綜合
合格率/%
|
煉成率
/%
|
鋼鐵料消耗
/（kg·t-1）
|
綜合能耗
/（kJ·t-1）
|
|
2010
|
186.976
|
206.15
|
98.69
|
95.52
|
1097.89
|
5275.08
|
|
2011
|
453.928
|
214.31
|
99.59
|
98.29
|
1083.40
|
-89090.24
|
3、結(jié)語(yǔ)
重鋼煉鋼新流程布置緊湊，廠內(nèi)無(wú)蒸汽管網(wǎng)和鐵路，物流時(shí)間短、占地少。全新的一罐制運(yùn)輸鐵水、轉(zhuǎn)爐一次干法除塵、干式真空RH、旋轉(zhuǎn)臂LF、國(guó)產(chǎn)高效寬厚板坯連鑄、板坯熱送熱裝等新技術(shù)成功應(yīng)用，生產(chǎn)秩序、品種開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面均取得顯著進(jìn)步。
收稿時(shí)間：2012年9月
來(lái)源：重鋼 