1前言珠钢续建工程于2001年8月1日正式施工,2002年10月25日投人试生产。该工程 炼钢系统由意大利DAMELI公司设计和技术总负责,引进了国外先进的工艺与设备,其中的关 键机械设备、电控、软件技术等由国外引进,其余的绝大多数设备也均由DAMELI提供设计图纸国内转化制造。主体设备包括150t超高功率Danare炉、150t钢包精炼炉、150tVOD/vD炉,主体设备达到20世纪90年代中的先进水平。本文就续建炼钢系统中的引进工艺 技术作个简略介绍,并对如何快速消化这些先进工艺技术方面进行探讨。2续建工程炼钢系统中的 先进技术2.1珠钢不锈钢冶炼生产技术2.1.1不锈钢优化配料技术因不锈钢所含合金元素多 ,需要添加原料类型范围较广。原料选择上,一要力求最低的原料总成本,二要力求最低的工艺加 工成本。因此,不锈钢生产必须以原料为焦点,采用优化配料技术。由于无论采用哪一种工艺冶炼 不锈钢,都几乎不可能将磷从高铬钢水中脱除,其原因有:钢中铬含量高,铬氧化的自由能变化比 磷氧化的自由能变化大;熔池温度高。此外,在精炼时期还需加人造渣材料和合金材料进行成分调 整,这些都会导致增磷。因此,对炉料中的磷含量非严格控制不可。有人认为,冶炼不锈钢可依靠 普碳钢冶炼方式炼成初炼钢水后再加人铁合金,但事实上,这种方法不行。因此种冶炼方式会导致 成本大幅上升。据资料介绍,其冶炼成本要比采用不锈钢废钢至少高出10%以上。因此,在配料 上应尽可能地利用不锈钢废钢,剩余部分为优等级清洁废钢和低磷铁合金。2.1.2“脱碳保铬 ”技术不锈钢冶炼的关键是高铬钢液如何迅速脱碳。在不锈钢熔池条件下,C和Cr的氧化能力比 较接近,这就不可避免地要涉及到钢液中C、Cr的竞争氧化问题。这是它与一般钢液脱碳不同之 处。因此,“脱碳”与“保铬”这对矛盾就成为不锈钢冶炼技术的关键。依据D.C.Hilty提出的经典近似式(大气条件下):Log(
//)二一1 3800/T+8.76一Logp。。(3) 式(1)、(2)定量说明了温度对优先脱碳的重要性。式(3)进一步定量说明了降低Pc。有利 于“脱碳保铬”。常压下C~C一T的关系见图1。Pc。对C一Cr一T关系影响见图2。损较严重)还原电炉富铬渣的基本反应是:(Cr3O4)+2<51〕二3+2(5102)平衡常数(4) 3Ks一架axa{s。。2)xa(c r3o一)(5)2﹃一喻3粉a{Cr:x。{5.02)a,。_n、二,= 、‘.飞u‘,‘下产a<51>X入51=K拿x 2以(5502) 2a<51>(6) 式(6)表明渣中(Cr3O‘)取决于炉渣的碱度和钢的含硅量。炉渣碱度和钢液中含硅量对渣中 crZo,还原的影响见图3。.:\诬一李书如﹁O:‘于恻羚U。赵拐炉渣碱度,(.燮丛竺巡经)%5102图1=一o5P。时e一e~T的关系925姗875 850 825 800 775 750 725700几1 soor/尸二1 a.m(0力5%C)Cao 1 5102护赵翻尸二025 a.m (0一05%C)5>0 15铬,% 图2 pc。对C一c~T的影响(0.05%C) 从上图可以看出,不锈钢冶炼过程中,含碳量不断降低,要保持铬含量不变,则【Cr」/【C」比 不断增大,与之平衡的熔池温度要不断升高并与之相适应才行,否则铬就会大量氧化。【C〕越低 ,要求的“脱碳保铬”温度越高。另外,式(3)和图2为珠钢不锈钢冶炼vOD/VD工艺“脱 碳保铬”提供了实践依据。2.1.3富铬渣还原技术在不锈钢冶炼过程中,高铬钢液在脱碳的同 时,铬不可避免地要被氧化一部分,故在脱碳任务完成之后,应尽量设法将其还原。其目是有利于 提高铬的回收率,降低钢的冶炼成本,有利于提高渣的流动性,更有利于铬的还原。用硅铁(铝对 不锈钢质量有不利影响,Casi烧图3炉渣碱度和钢液中含硅量对渣中crZOZ还原的影响从 式(6)和图3得出:炉渣碱度愈高(即asioZ愈小,钢中含硅量愈高(a<、。愈高),渣 中Cr3o‘的数量则愈少。但并非碱度越高越好,应将渣量和碱度综合考虑,推荐珠钢电炉二元碱度应控制在1.6一1.8左右为宜。2.1.4voD/vD操作技术VOD(vaeuum oxygen Deearburisation)炉生产不锈钢的最大优点在于能够很好地解决钢液中的“脱碳保铬”问题。vD(vaeuum neearburisation)处理能够有效地脱气(脱氢、脱氧、脱氮)、深脱S、降低钢中 夹杂物。在不锈钢冶炼v0D/vD处理过程中,为达到快速“脱碳保铬”,首先钢水的初始条件 (温度和成份)应作严格控制。其次,控制好合适的供氧强度、氧枪高度、吹氢量、真空度等也极 为重要。另外,由于氧气流股对钢水的机械冲击会造成钢水飞溅,若脱碳速度过大,产生大量的C O气体从钢水中上浮、逸出冶金丛刊总第149期造成钢水喷溅,这两种现象特别是后一种情况对 生产影响较严重,因此,必须重视防止多液喷溅问题。2.2废钢预热系统控制及其工艺优化珠钢续建电炉采用DCM(DanieliCentr。Met)新一代的高温废钢预热系统,其工艺主要优点有: (1)充分利用烟气热量预热废钢,可大幅度降低电炉冶炼电耗,同时可降低布袋除尘器人口烟气温 度,提高布袋寿命。(2)由于高温烟气是从预热料筐顶部穿过预热系统,在废钢预热并加入电炉 之后,其高温废钢位于炉料的顶部,这样就可改善穿井期的电弧稳定性,并且显著减少电炉产生的 闪烁。(3)由于采用旁路方案,向预热料筐装料或出现故障时,对电炉正常运行无任何干扰。影 响废钢预热系统的主要因素有:预热料管人口烟气温度、废钢在预热料筐的分布及其组成、预热料 筐底部的水冷托爪工作状况。此系统控制难点主要在于寻求合理的预热料筐人口烟气温度和确保水 冷托爪正常工作。只有控制好这两点,才能使高温烟气充分预热废钢之后,顺利通过预热料筐进人 除尘系统,以及确保预热料筐底部的水冷托爪能正常工作,而不被处于半熔融状态下的高温废钢所粘结。2.3珠钢续建电炉工艺设备操作参数的优化2.3.1 Modules 采用MORE公司的Modules技术,在炉壳水冷侧壁上分布6个烧嘴、3支氧枪、3支碳枪, 每个烧嘴与各自的氧枪(碳枪)组成一个Modules组块,其分布见图4。烧嘴烧嘴测温机械手笠犷臀…烧’“炉门枪图4Modules组块分布使用Modules主要好处有:增加熔池的能量收人、快速熔化废钢及升 高钢水温度、缩短冶炼周期、提高生产率;能更快地获得良好的泡沫渣,从而稳定电弧和尽早埋弧 ,提高了变压器的有功功率,降低了冶炼电耗。但如果使用不正确,可能会造成耐火材料消耗增大 ,及水冷板损坏等。2.3.2炉门枪续建电炉炉门枪采用自耗式枪,使用于普碳钢生产,也可在 不锈钢冶炼当熔池温度达1600℃以上时使用(因低温易氧化铬)。使用炉门枪主要目的是在冶 炼普碳钢时用于造泡沫渣、吹氧脱碳以及钢液中的元素与氧反应放热,提高熔炼速度,从而缩短冶 炼周期和降低能耗。2.3.3配料方案续建电炉的配料方案考虑因素比较复杂。首先,考虑的是 废钢预热系统。由于高温烟气要预热料筐内的废钢,那么装人预热料筐的废钢物理性能非考虑不可 。若轻薄料过多或烟气温度过高,则可能会造成过早熔融的废钢粘结成块,烟气流动受阻,最为严 重的是可能会造成预热筐的水冷托爪与熔融的废钢粘结在一起,导致预热筐打不开,无法将其向电 炉装料。若重型废钢装在预热筐的下部,有可能会造成砸穿水冷托爪。因此,配料方面要考虑炉料 物理性能、炉料在料篮的分布状况以及冶炼时的烟气温度等,这是至关重要的。其次,不锈钢冶炼 方面,不锈钢废钢来源、质量以及高清洁废钢(低P、低S、低残余元素)以及合金材料状况与管 理、不锈钢废钢分类堆放与管理等也是非考虑不可。2.3.4配电曲线优化配电曲线肯定能降低 能耗。合理配电曲线是提高电弧炉生产率,节能降耗的关键。熔化期,采用低档位起弧,之后换高 档位大功率送电,以实现缩短送电时间和降耗目的。氧化期,降低档位用于化清后升温,大电流供 电,以实现泡沫渣完全埋弧,提高热效率。2.4续建工程建成后两条生产线同时生产的组织管理 优化两条生产线同时生产,这必然要求管理人员要有较强的组织能力、协调能力、统筹能力。3如 何快速掌握上述先进技术掌握上述先进技术需要一个过程,须努力做好每一项工作,尽量少走弯路 。从设备安装、生产准备、冷调试、试产、达产等阶段逐步摸索、总结与优化。3.1措施3,1 .1针对不锈钢生产,需着手解决的主要问题(l)钢铁料的来源(包括低P、低S废钢、生铁、不锈钢废钢返回料等)问题。(2)2臼废钢配料间的管理问题。(3)配料方案问题。(下转第10页)(上接第6页)(4)冶炼工艺模式问题。从冶炼成本角度上看,钢铁料来源和冶炼模式是摆在眼前最难解决的问题 ,特别是不锈钢废钢返回料和高清洁废钢方面,应尽早着手进行市场调查、摸底和采购,以满足试生产时小批量使用,到扩大生产前形成规模采购。3.1.2EAF、LF、VOD/VD工艺方面(l)做好生产组织工作,依据国内外资料等编写出初步工艺 方案。(2)在热调试、试产阶段,借助DAMEu现场专家进一步修正完善。(3)在扩大生产 和达产阶段,再进一步优化。(4)要保证实现试产、达产,生产出优质合格产品,CSP等工序也需
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