多功能真空精煉爐的應(yīng)用

多功能真空精煉爐的應(yīng)用

1rh—前言rh真空精煉技術(shù)始于20世紀(jì)50年代末。在近30年的時(shí)間里,RH的功能和精煉的鋼種范圍不斷擴(kuò)大,發(fā)展成為多功能真空精煉技術(shù),在爐外精煉中占主導(dǎo)地位。至今,全世界已有100余臺(tái)。在西歐、日本、美國(guó)得到普遍推廣,僅日本就有40余臺(tái),1989年日本轉(zhuǎn)爐鋼真空精煉率達(dá)56.5%,新日鐵大分廠(chǎng)、川崎制鐵水島廠(chǎng)已全量進(jìn)行RH真空精煉。實(shí)踐證明,RH真空精煉技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,擴(kuò)大品種,提高煉鋼生產(chǎn)能力,保證連鑄順行,實(shí)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(guó)只有10臺(tái)RH設(shè)備(其中3臺(tái)在機(jī)電部機(jī)械廠(chǎng)),除寶鋼RH—OB和武鋼2號(hào)RH設(shè)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(lái)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(yù)處理—轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉—RH精煉(爐外精煉)—連鑄是現(xiàn)代煉鋼廠(chǎng)的最佳工藝流程。而我國(guó)RH普及率很低,1990年全國(guó)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(yù)計(jì)未來(lái)5～10年里,將有7～10家企業(yè)采用RH真空精煉技術(shù)。日本川崎鋼鐵公司1988年開(kāi)發(fā)成功的RH—KTB技術(shù)將RH技術(shù)發(fā)展推向一個(gè)新階段。在三年多的時(shí)間里已發(fā)展到10臺(tái),并已有幾個(gè)國(guó)家表明準(zhǔn)備新建或在原RH上采用KTB技術(shù),到1997年止已建成31臺(tái)RH—KTB多功能真空精煉爐,見(jiàn)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(yīng);(2)熱補(bǔ)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(kāi)發(fā)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)滿(mǎn)足高質(zhì)量鋼需求的增長(zhǎng)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(fù)了武漢鋼鐵(集團(tuán))公司委托武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院編制的《國(guó)家重大引進(jìn)技術(shù)消化吸收項(xiàng)目技術(shù)開(kāi)發(fā)可行性研究報(bào)告》,同年10月,在國(guó)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(shù)》開(kāi)發(fā)的12個(gè)單位分別簽訂了專(zhuān)項(xiàng)合同,并批復(fù)了《武鋼第二煉鋼廠(chǎng)1號(hào)RH真空處理裝置技術(shù)改造可行性研究報(bào)告》。此后,武漢鋼鐵(集團(tuán))公司與武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、西安重型機(jī)器廠(chǎng)、西安冶金機(jī)械廠(chǎng)、北京冶金液壓機(jī)械廠(chǎng)、冶金部鋼鐵研究總院、冶金部自動(dòng)化研究院、北京冶金設(shè)備研究院、北京科技大學(xué)、上海大學(xué)、東北大學(xué)、武漢冶金科技大學(xué)等單位共同承擔(dān)了《RH多功能真空精煉技術(shù)》項(xiàng)目,并著手在武鋼第二煉鋼廠(chǎng)煉鋼車(chē)間建成1號(hào)RH—KTB/WPB爐外精煉爐。自從同國(guó)家主管部門(mén)簽訂專(zhuān)項(xiàng)合同以來(lái),在冶金工業(yè)部、機(jī)械部的組織和領(lǐng)導(dǎo)下,武鋼把這項(xiàng)工作列為公司的重點(diǎn)科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,進(jìn)行了認(rèn)真組織、協(xié)調(diào)和落實(shí),在各開(kāi)發(fā)單位的共同努力下,為全面按合同完成開(kāi)發(fā)任務(wù)做了大量的工作,并完成了開(kāi)發(fā)合同規(guī)定的主要任務(wù)。在武鋼二煉鋼廠(chǎng)建成了1號(hào)RH多功能真空精煉爐,并投入了正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)連流板坯武鋼二煉鋼廠(chǎng)現(xiàn)有1臺(tái)KR鐵水脫硫裝置、三座90t頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐、2臺(tái)RH真空精煉爐、4臺(tái)弧型單流板坯連鑄機(jī)以及鋼包吹A(chǔ)r和喂絲機(jī)等設(shè)備。年生產(chǎn)能力240萬(wàn)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(hào)RH年處理能力為50萬(wàn)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(hào)RH北面,其主要設(shè)備布置在過(guò)渡跨,輔助作業(yè)布置在模注跨。主控室、電器室布置在過(guò)渡跨的6.7m和10.3m平臺(tái)上。地面布置有插入管烘烤裝置、液壓室及各種車(chē)輛等設(shè)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(yùn)輸車(chē),在車(chē)上裝有煤氣烘烤。蒸汽噴射泵系統(tǒng)由6級(jí)蒸汽噴射泵和三級(jí)輔助真空泵、5級(jí)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(yùn)送皮帶和18個(gè)高位料倉(cāng);加料系統(tǒng)由3個(gè)稱(chēng)量斗、2個(gè)真空料斗和3個(gè)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(shè)備組成。過(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)自動(dòng)化和計(jì)算計(jì)控制系統(tǒng)組成?；A(chǔ)自動(dòng)化配有3臺(tái)S5—155U型和三臺(tái)S5—115U型PLC;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由RM—400—255及軟件所組成。此外還有鋼包車(chē)及運(yùn)輸系統(tǒng)、鋼包液壓頂升系統(tǒng)、插入管?chē)娧a(bǔ)系統(tǒng)、N2-Ar切換系統(tǒng)、取樣測(cè)溫及風(fēng)動(dòng)送樣系統(tǒng)等。2.2rh多功能真空精養(yǎng)機(jī)的主要工藝參數(shù)武鋼二煉鋼廠(chǎng)RH多功能真空精煉爐的主要工藝參數(shù)詳見(jiàn)表2。3鋼水對(duì)水質(zhì)的影響1997年10月16日,武鋼二煉鋼廠(chǎng)RH多功能真空精煉爐投入生產(chǎn),投產(chǎn)以來(lái)已處理2000余爐鋼,其中,有冷軋取向硅鋼、無(wú)取向硅鋼、冷軋薄板等30種鋼,1998年6月達(dá)到了設(shè)計(jì)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(guò)程溫度需要,用鋁熱法對(duì)鋼水升溫。通過(guò)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(shù),從兩個(gè)方面對(duì)RH真空脫碳帶來(lái)影響。(1)真空脫碳反應(yīng)RH真空脫碳按如下反應(yīng)進(jìn)行:[C]+[O]→{CO}經(jīng)過(guò)脫碳反應(yīng),可以使[C]降到20×10-6以下。現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)碳≤0.04%時(shí),鋼含氧量足夠脫碳反應(yīng)的需要,并有剩余。決定真空脫碳反應(yīng)速度的主要因素是鋼中碳的傳遞速度,從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)是不需要吹入氧氣來(lái)促進(jìn)碳氧反應(yīng)的。利用RH真空精煉爐進(jìn)行自然脫碳,經(jīng)過(guò)13min到17min的脫碳,可以達(dá)到降碳的目的。對(duì)KTB真空吹氧技術(shù)給真空脫碳的反應(yīng)的影響進(jìn)行研究結(jié)果表明:在真空脫碳的反應(yīng)初期,真空度低,氣體傳質(zhì)阻力大,這時(shí)經(jīng)KTB氧槍供氧,可以有效地促進(jìn)脫碳反應(yīng),提高脫碳速度。(2)常規(guī)脫碳技術(shù)轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)為防止鋼水過(guò)氧化,提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)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(mǎn)足真空脫碳反應(yīng)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(yīng)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(shù),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(diǎn)的碳含量,一般可以提高200×10-6以上,這主要取決于各個(gè)鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐、RH、連鑄機(jī)的生產(chǎn)周期的相互配合關(guān)系。若轉(zhuǎn)爐、連鑄機(jī)的生產(chǎn)周期允許,則轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)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(guò)程碳含量的變化。武鋼RH多功能真空精煉爐投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐表明,初始碳含量為(350～550)×10-6時(shí),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(shí)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(jìn)一步深脫碳或提高出鋼碳、減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)荷成為可能。3.2rh—熱補(bǔ)償能力RH多功能真空精煉過(guò)程的熱補(bǔ)償能力是RH—KTB的主要冶金功能之一。因采用RH—KTB技術(shù),可以使轉(zhuǎn)爐出鋼溫度下降,防止RH真空室內(nèi)結(jié)瘤,并在KTB過(guò)程中熔化真空室內(nèi)的結(jié)瘤。KTB的熱補(bǔ)償功能主工由以下幾方面組成,見(jiàn)表3。3.3頂吹氧對(duì)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(shí)間的變化,KTB操作使溫降速率減緩,吹氧結(jié)束時(shí)鋼水的溫降值僅3℃,表明頂吹氧產(chǎn)生的燃燒熱量用于對(duì)鋼水熱補(bǔ)償,達(dá)到13℃以上。因此可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。3.4鋁吹氧對(duì)鋼水溫度和熱風(fēng)的影響KTB鋁熱法對(duì)鋼水升溫的影響,經(jīng)測(cè)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(dá)90%3.5助劑用量對(duì)脫硫效率的影響WPB法采用CaO-CaF2系粉劑脫硫,處理普碳鋼時(shí),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(duì)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(diǎn)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(cè)定結(jié)果在RH—KTB處理前和RH終點(diǎn)取樣,鋼水氫含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。初始?xì)浜?2.5～2.8)×10-6時(shí),脫氫效率為47%～60%,最低氫含量降至1×10-6?？杀ＷC低氫鋼生產(chǎn)的要求。3.8組36510-6測(cè)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(dá)到的碳、磷、氮、全氧和氫含量:進(jìn)一步降低上述元素含量還須綜合改進(jìn)精煉和耐火材料工藝條件。3.9產(chǎn)品參數(shù)估計(jì)表6列出了RH—KTB/WPB熱負(fù)荷試車(chē)期間專(zhuān)用品種鋼的命中率,無(wú)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(dá)到100%。3.10脫硫效率和綜合含水率武鋼第二煉鋼廠(chǎng)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(dá)到20×10-6的處理時(shí)間縮短約3min,鋼水溫度補(bǔ)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(zhuān)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(shí)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(diǎn)明顯310-6,5-6(1)武鋼第二煉鋼廠(chǎng)1號(hào)RH多功能真空精煉裝置技術(shù)改造工程質(zhì)量?jī)?yōu)良,裝備國(guó)產(chǎn)化率為66.5%。(2)在掌握引進(jìn)技術(shù)和RH設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的基礎(chǔ)上,武鋼80tRH-KTB/WPB裝置一次熱負(fù)荷試車(chē)投產(chǎn)成功,裝備水平和冶金功能優(yōu)于2號(hào)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(diǎn)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(gè)月來(lái)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)效益RH—KTBWPB技術(shù)的應(yīng)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(fù)擔(dān),提高金屬收得率和轉(zhuǎn)爐爐齡。同時(shí)能穩(wěn)定全連鑄生產(chǎn)并對(duì)事故鋼水進(jìn)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(hào)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(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用效果武鋼與各項(xiàng)合同承擔(dān)單位共同努力,聯(lián)合開(kāi)發(fā),完成了國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和冶金部下達(dá)的“八五”期間國(guó)家重大引進(jìn)技術(shù)消化吸收項(xiàng)目———爐外精煉技術(shù)項(xiàng)目的重點(diǎn)課題《RH多功能真空精煉技術(shù)》開(kāi)發(fā)的主要任務(wù)。(下轉(zhuǎn)第20頁(yè))(1)RH多功能真空精煉技術(shù)是關(guān)系到以提高品種質(zhì)量為基礎(chǔ)的鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重大技術(shù),在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,“八五”立題進(jìn)行開(kāi)發(fā)與消化吸收,是完成必要的,具有重大的實(shí)踐意義課題充分體現(xiàn)了高起點(diǎn)、優(yōu)化工藝效果、促進(jìn)關(guān)鍵品種鋼生產(chǎn)和較好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的立題指導(dǎo)思想,各專(zhuān)題、小專(zhuān)題、子專(zhuān)題的設(shè)置與技術(shù)方案和路線(xiàn),系統(tǒng)全面,先進(jìn)可行、科學(xué)合理。(2)與依托工程相結(jié)合,已經(jīng)取得了一批具有相當(dāng)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(shù)的總體工藝與主體設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),并已完成了部分主體設(shè)備的設(shè)計(jì)參考手冊(cè)與加工規(guī)范;主體與輔助設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了65%的目標(biāo),而且運(yùn)行情況良好。具有我國(guó)特點(diǎn)的真空噴粉工藝與裝備的開(kāi)發(fā)也取得了初步的成果;裝備的自動(dòng)控制水平在國(guó)內(nèi)RH設(shè)備中居先進(jìn)水平;主要品種的熱試結(jié)果表明,研究開(kāi)發(fā)的1號(hào)RH多功能真空精煉工藝,冶金性能指標(biāo)全面超過(guò)了2號(hào)R