马钢二次冶金装置的发展状况和水平.pdf

第15卷第2期 2005年4月 安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 Journal of AnHui Vocational College of Metallurgy and Technology Vol.15.No.2 Apr. 2005 马钢二次冶金装置的发展状况和水平 李 超[1] 刘 辉[2] 郭元友[3] [1] 马钢股份公司第一钢轧总厂 安徽马鞍山 243000 [2] 马 钢 股 份 公 司 销 售 公 司 安徽马鞍山 243000 [3] 马钢股份公司第四钢轧总厂 安徽马鞍山 243000 摘 要对二次冶金装置LF炉、VD炉和RH炉三种精炼设施的功能及异同点进行了介绍、 比较,具体对马钢现有的精炼 设施状况和水平进行了阐述、 讨论。对马钢二次冶金装置今后的发展提出了建议。 关键词二次冶金装置;状况;水平 中图分类号TF769 文献标识码A 文章编号1672 - 9994200502 - 0013 - 04 收稿日期2005 - 03 - 11 作者简介李超1972 - ,男,马钢股份公司第一钢轧总厂,工程 师。 随着马钢CSP热连轧薄板工程投产并达产和 酸洗冷连轧、 镀锌线、 彩涂板生产线以及二钢线棒 材工程、 车轮压轧改造、 热轧小H型钢工程的上 马,2004年马钢钢产量突破了800万t ,比2003年 增产200万t ,实现了历史性跨越。马钢的板带比 也由过去的16 提高到40 以上,同时形成了新 的 “线、 型、 板、 轮” 四大支柱产品,即高速线棒材、 热 轧H型钢、 冷热轧薄板及新型车轮轮箍。这在很 大程度上改善马钢产品结构和工艺结构,全面提升 了马钢的市场竞争力,但与此同时也对马钢的二次 冶金装置的发展状况及水平提出了更高的要求。 二次冶金一般是指钢水从炼钢炉冶炼出来后, 经过二次处理,再上连铸机的精炼,它是20世纪50 年代后期发展起来,并逐步列入炼钢生产流程中。 二次冶金工序的功能逐步演变为保证提高产品 质量,特别是钢液洁净度;分担炼钢炉若干冶金功 能,缩短炼钢炉冶炼时间,降低成本,提高产量;作 为炼钢炉 连铸机之间的缓冲、 协调系统,定时、 定 温、 定品质地向连铸机提供钢水,促进铸机实现长 时间的多炉连浇。 马钢目前3个钢厂的二次冶金装置中,二钢4 座顶底吹氩站,三钢4座顶底吹氩站、2座LF炉; 一钢3座顶底吹氩站、RH炉1座、LF炉3座和VD 炉1座,其精炼设施之齐全、 精炼手段之先进在马 钢乃至全国属前列。 1 LF炉、VD炉和RH炉精炼功能 111 LF炉 LF炉精炼是造渣、 电极埋弧加热以及添加合 金去除夹杂、 均匀钢水成分和温度。主要功能包 括a.合金微调,精确钢水成分;b.电极电阻加热 升温,精确控制钢水温度;c.底部吹Ar搅拌、 喂Ca 线,脱氧、 脱[S]、 去夹杂,改变夹杂物形态、 提高钢 水流动性;d.衔接、 协调转炉与连铸工序。 112 VD炉 VD炉属于真空精炼,主要目的是脱除钢中的 [H]、[O]、[C]、[N]以及去除夹杂、 均匀钢水成分 和温度。在具有真空脱气功能的精炼装置中,VD , VOD装置和RH装置运用最为广泛的。VD装置是 将钢水罐放置在真空密封罐内进行真空处理,VD 处理过程中,钢水和渣全部处在真空环境下,吹氩 搅拌效果好,渣、 钢反应活跃,具有渣精炼功能。 VD装置除了有很好的脱氢、 脱氧、 脱碳、 脱氮、 脱硫 功能外,去夹杂物及夹杂物形态控制也很好,可以 生产纯净度很高的钢种。 113 RH炉 RH装置是一种钢水吸人式循环处理的真空 精炼方法,真空室下部有两支插入管可插入钢液 中,其中一支插入管吹入Ar气使钢液向上流动进 入真空室处理,通过另一支插入管回流到钢水罐 中,如此进行循环处理。RH炉的主要精炼功能 有a 脱除钢水中的氢、 氧、 氮。 [H] 可低于2 ppm , [O]可低于20 ppm ,[N]可低于30 ppm ;b通过真 空处理,可以冶炼超低碳钢;c 可对合金成分进行 微调;d可对前后工序进行协调。 2 LF炉、VD炉和RH炉精炼效果比较 211 冶金功能的比较见表 1 212 合金元素收得率的比较见表 2 213 合金元素成分控制精度的比较见表 3 214 钢水清洁度的比较见表 4 表1 冶金功能比较 精炼工艺精炼设备搅拌升温合金化 精炼功能 脱气脱碳渣洗喷粉夹杂物 缓冲 非真空处理LF△▲▲--▲-▲△ 真空处理 RH VD ▲ △ △ - ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ △ □ △ ▲ - △ △ ▲ △ 注▲ 强;△ 一般;□ 较弱; -不具备 表2 合金元素收得率比较 精炼工艺 合金元素收得率/ CMnSiAlCrTi LF909485～9035～7096.440～80 RH-89～9889～9547～68-- VD9094～10090～9560～809897 表3 合金元素成分控制精度的比较 精炼工艺 成分控制精度/ CMnSiPSMoCrNiAl LF0.010.020.02-0.0010.040.02-0.005 RH0.0010.020.02-0.0005---0.007 VD0.010.020.020～0.0020.008---0.005 表4 钢水清洁度比较 精炼工艺精炼设备 可达纯净度10 - 6 [C][S][P][T.O][N][H] 杂质总量 10- 6 非真空精炼LF-50～100100～15025～6050～804～6229～396 真空精炼 RH≤2015～2550～10020～40≤250.5～1.5110.5～211.5 VD-15～30100～1505～2540～601～3151～268 3 精炼装备水平 一钢区域是冷、 热轧薄板及车轮轮箍生产基 地,一钢的二次精炼设施都是围绕此类产品配备。 以一钢为例,阐述马钢二次冶金状况和水平。 311 LF炉 一钢LF炉3座,6工位,承担着板、 圆坯和CSP 钢水精炼任务。 1 1 LF 炉公称容量95 t ,最大110 t ,主要处 理板、 圆坯钢水,设计处理能力100万t/ a。板坯钢 种有普碳、 船板、 低合金、 锅炉容器等。1 LF炉升 温速度平均 4. 5℃/ min 指95t钢水时加热10 min后。钢包底吹氩氩气流量45 m3 / h 最大 , 氩 气系统压力0. 8 MPa～1. 0 MPa。双线喂线机喂线 速度1 m/ s～5 m/ s。 2 3 LF 炉主要承担CSP薄板坯钢水精炼任 务,设计处理能力200万t/ a。2 LF 炉为离线双工 位布置;3 LF 炉为双加热工位布置,电极及钢包盖 采用电极旋转方式,单水冷钢包盖。CSP薄板钢种 有碳素结构钢Q195～Q235、 优质碳素结构钢08、 08Al、10～30 、 低合金高强度结构钢Q345～Q460、 汽车结构钢SAPH310～SAPH44、 高耐候结构钢 09CuP、09CuPCrNi、 超低碳MRSC05等,其中CSP热 轧卷70 作冷轧基料。 312 VD炉 VD炉1座,2工位,双罐位、 半高架式,额定容 41安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 2005年第2期 量100 t ,最大110 t。真空罐外径Φ6000 mm ,总高 6650 mm ,罐盖提升高度Max 500mm。真空泵抽气 能力400 kg/ h67Pa. 20℃ 干空气 , 工作真空度67 Pa ,极限真空度13 Pa ,冷态抽气时间5 min从1大 气压抽至67 Pa。圆坯钢水精炼用1 LF 和VD炉 双联,钢种以各种客货车轮、 轮箍及环件等军民用 产品为主。LF、VD精炼工艺路径见图1。 图1 LF、VD精炼工艺路径图 313 RH炉 RH炉1座,真空室双室平移、 整体吊换式,额 定容量120 t ,最小105 t ,最大130 t。日平均处理炉 数23炉,纯处理时间19.5 min～22.5 min。设计年 处理能力100万t。RH炉真空室外径2500 mm ,内 径1700 mm ,总高102700 mm。真空泵工作真空度 67 Pa ,极限真空度20 Pa。冷态抽气时间 3. 5 min 从1大气压抽至67 Pa。吹氧顶枪行程 ～ 7500 mm ,顶枪升/降速度高速15 m/ min ,低速 1.5 m/ min。加热能力 ≥1450℃。采用了日本KTB 顶枪技术,具备顶吹氧功能,可吹氧强制快速脱碳, 快速升温 4 ℃/ min ,顶枪喷粉脱硫,能处理较高S 铁水。目前采用RH LF双联方式,进行脱碳、 氢、 氧、 氮的处理,仅需精炼20 min左右即可出站去LF 炉继续处理。RH精炼工艺路径见图2。 4 二次冶金发展趋势 目前,国内外方坯连铸机配二次精炼,以LF VD为主,生产高/中碳钢包括重轨钢、 钢帘线、 钢 绞线、 胎圈丝等、 弹簧钢、 合金钢等。以往VD比 RH多5 min～10 min处理时间,但VD采用双罐双 盖预抽真空工艺,可节时约5 min ,同时节省座罐、 接通吹氮管、 测温取样、 加盖等辅助时间4 min～5 min。因此VD处理时间与RH炉相当,处理周期28 ～35 min。VD也可与板坯/薄板坯连铸匹配,生产 低碳/超低碳钢。法国SoⅡm Floranee钢厂一套VD 装置月处理钢水约12万t ,其中42 供给板坯连铸 主要为IF钢 ,51 供给大方坯连铸主要为钢轨 钢 ;Nucor公司在2004年4月利用双壳VD供CSP 生产出IF钢等。 图2 RH精炼工艺路径图 随着CSP技术不断进步,能够生产的钢种范 围不断扩大,与传统板坯连铸机在产品质量、 产品 种类和产品成本等方面形成了强有力的竞争。国 内外CSP为了生产高附加值的IF钢和汽车板用钢 等,除了采用VD炉外,又纷纷采用RH等精炼设 备冶炼低碳和超低碳钢来制造冲压和深冲级产品。 RH较多配备于大吨位的转炉和板坯连铸车间,这 些厂一般转炉多早已建成投产,钢水罐不能加高太 多,且RH的生产节奏较原先不带预抽真空的VD 快,更适合于与转炉的配合,因此采用RH更合适。 近些年日本在RH、RH - OB的基础上逐步开发了 RH- KTB、RH - PB、RH - PTB等吹氧、 喷粉、 强制 脱碳、 深脱硫的方法,精炼装置及水平日益提高。 Thyssen公司也利用RH工艺生产了IF钢和硅钢 等。国内武钢1997年就上马了单炉处理80 t、 年能 力50万t的RH炉,循环速度30 t/ min。宝钢二炼 钢的RH - KTB设施单炉处理量250 t ,最大循环速 度250 t/ min。马钢虽然2004年才上马RH ,但率先 在国内实现了RH和CSP的连接。 5 结语 1马钢目前已装备有LF、RH、VD三种精炼设 施,其二次冶金装置的状况和水平在全国是排在前 列的,但离国际先进水平仍有一定的差距。 51总第28期 李超等马钢二次冶金装置的发展状况和水平 2随着马钢 “线、 型、 板、 轮” 四大支柱产品附 加值提高以及新区500万吨项目建设,对其二次冶 金提出更高、 更新要求。马钢要进一步提高二次精 炼比,尤其是真空精炼的比例,这是高效生产高附 加值产品的重要条件。 3大力开展二次精炼工艺的研究,包括不同 钢种的精炼工艺、“三位一体”炼钢、 精炼、 连铸 生产过程中生产节奏和温度的优化控制、 超纯净钢 的精炼工艺。进一步实现二次精炼工艺的高效化、 高速化及智能化控制。 参 考 文 献 [1] 刘浏,何平.二次精炼技术的发展与配置[J ].特殊钢. 199912 [2] 刘汉川. RH与VD/ VOD二次精炼法的比较[J ].特殊 钢.200118 Development of Secondary Refining Equipment of Ma Steel LI Chao LIU Hui GUO Yuan - you Abstract Introduce the function of secondary refining equipment such as LF、VD and RH , in the mean time compare the similarities and differences in this three equipments. Then expatiate on the develop2 ment and level of Ma Steel’s existing secondary refining equipment. At last recommendation for accelerated development of secondary refining equipment of Ma Steel is proposed in this paper. Key words secondary refining equipment ; development ;level 上接第12页 指标要求。这一技术路线已有一定的研究基础,如 何提高钢的强韧性,以提高高速车轮的运行安全, 仍是高速车轮用钢的重要研究方向。 参 考 文 献 [1] 沈志云等.轮轨接触力学研究的最新进展[J ].中国 铁道科学,2001 ,222 1～14 [2] 张斌 1 铁路车轮、 轮箍踏面剥离的类型及形成机理 [J ]1 中国铁道科学,2001 ,222 73～78 [3] Liu Z. X. , Gu H. C. Failure modes and materials perfor2 mance of railway wheelsJournal of materials engineering and perance , 2000 , 95 580～584. 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Key words high speed train wheel ;wheel steel ;development ;R7steel 61安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 2005年第2期