1-转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺

鞍钢第三炼钢连轧厂炼钢-精炼-连铸工艺简介鞍钢公司概述选矿废钢轧钢转炉炼钢炼铁采矿进口矿电炉炼钢第三炼钢连轧厂简介鞍钢股份第三炼钢连轧厂成立于2006年5月19日，由原第二炼钢厂西区分厂和原热轧带钢厂西区分厂合并成立，是鞍钢西部500万吨精品板材基地。该厂主体设备包括3座260吨转炉，2座LF钢包精炼炉，2座RH真空处理装置，2台中薄板板坯连铸机，一套2150mm热连轧机组。该项目集鞍钢自主技术创新之大成，其中2150ASP生产线是鞍钢继1700ASP工程之后，又一拥有完全自主知识产权的中薄板坯连铸连轧工程，所有大型主体设备均实现国产化，技术装备和生产工艺达到当代世界先进水平。我厂是国内首座拥有完全自主知识产权的集“炼钢-连铸-连轧”工艺于一体的现代化大规模钢铁生产线，全线由鞍钢自主设计、自主集成、自己施工，设备国内制造，从规划设计到建设投产的全过程，遵循经济效益与环境效益、社会效益的和谐统一，融入了现代循环经济的崭新理念，配套了当今世界最先进的环保设施和能源回收设备，产品以汽车板、家电板、集装箱板、造船板、管线钢等为主导产品，将为我国汽车、家电、造船和装备制造业提供可替代进口的优质钢材产品，其主要经济技术指标均达到国际先进水平，设计年产能力为500万吨。我厂生产的钢种主要包括：管线钢（X70、X80）、深冲钢（IF钢）、耐候钢（SPA-H）、船板及其它优碳素结构钢等。生产工艺流程炼钢、连铸平面布置简图I.转炉炼钢BOFSteelMaking第三炼钢连轧厂的炼钢系统主要有倒罐间、2座铁水脱硫扒渣工位、废钢间、三座260吨顶底复吹转炉和吹氩站组成。我厂转炉采用的新工艺、新技术（1）采用顶底复吹工艺。引进转炉冶炼静态和动态模型及底吹、副枪和质谱仪技术，提高终点碳温双命中率，确保一次倒炉出钢快速炼钢，提高钢水收得率，降低熔剂和合金消耗，实现了自动化炼钢。（2）采用挡渣技术对转炉挡渣出钢，使进入钢包的炉渣量≤5kg/t钢。（3）采用溅渣护炉技术，使转炉炉龄达8000次以上。（4）铁水脱硫扒渣采用高压复合喷吹钝化CaO粉和钝化金属镁粉技术，具有提高脱硫效率、消耗少、温降小、处理周期短、处理成本低的优点。可保证入炉铁水硫含量在0.010%～0.005%。（5）转炉二次烟气、倒罐间兑铁、出铁烟气和脱硫扒渣烟气收集除尘、粉尘回收利用。（6）转炉污泥处理、回收利用。（7）转炉余热锅炉蒸汽回收利用。（8）转炉煤气回收利用。铁水预处理的基本设备组成脱硫粉剂受料、贮存系统（2个50m3的CaO粉剂贮存仓和1个50m3的Mg粉贮存仓）、脱硫粉剂喷吹脱硫系统（2.5m3CaO喷吹罐和1.5m3Mg粉喷吹罐)、260吨铁水罐、铁水运输和倾翻系统、测温取样系统、脱硫处理计算机和电子称仪表控制系统、扒渣系统、工业电视和通讯系统、脱硫及扒渣烟气除尘系统等。1）机械搅拌法：将搅拌器沉入铁水内部旋转，在铁水中形成锥形旋涡，使铁水与脱硫剂充分混合作用。2）喷吹法：用干燥的空气或惰性气体为载体将脱硫剂与气体混合吹入铁水中，同时也搅动了铁水，达到脱硫目的，我厂采用以氮气为载流的喷吹法进行铁水脱硫。喷吹的粉剂主要有电石粉（CaC2）、石灰粉（CaO）、石灰石粉（CaCO3）、金属镁和镁基材料，我厂所用的粉剂为石灰粉和镁基材料（主要是钝化镁）。铁水预处理的基本工艺铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进行的处理过程，例如对铁水的炉外脱硫、脱磷和脱硅，脱硫方法最广泛的是搅拌法和喷吹法。倾翻系统（包括转炉炉体、倾动电机等）、氧枪系统（采用多孔拉瓦尔喷头氧枪、氧枪升降机构、横移机构等）、散状原料及铁合金下料系统、底吹系统（介质采用N2和Ar）、锅炉系统（烟气冷却功能）、除尘系统（一次除尘、二次除尘及煤气回收等）及副枪、质谱仪、活动升降烟罩、挡渣机等。转炉的基本设备组成炼钢用原材料原材料是炼钢的基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。炼钢用原料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金等。其中：主原料：铁水和废钢。辅原料：造渣剂（石灰、铁皮球、轻烧白云石、菱镁石等）冷却剂（废钢、生铁块、铁矿石等）升温剂（硅铁、碳化硅等）各种合金：常用的合金有Fe-Mn、Si-Fe、SiMn、AL、ALMnTi、SiBaSrAl等其它材料：增碳剂、焦炭、氧气等。氧气顶吹转炉炼钢工艺1、炼钢的基本任务脱碳、脱硫、脱磷、脱氧法除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。简言之：三脱、二去、调成份。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、升温、搅拌等手段完成炼钢基本任务。2、吹炼过程吹炼前期，也称硅锰氧化期；吹炼中期，也称碳的氧化期；终点控制，确保温度、成份、终渣。3、转炉冶炼的五大制度炼钢过程冶炼工艺分为五大制度：装入制度供氧制度造渣制度温度制度终点控制及脱氧合金化制度。装入制度1、装入制度内容及依据要有合适的炉容比合适的炉池深度与连铸工艺相配合2、装入制度类型定量装入制度定深装入制度分阶段定量装入制度我厂主要采用定量装入制度和分阶段定量装入制度。供氧制度1、喷嘴的类型及特点根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。大型转炉一般不用单孔氧枪，多孔氧枪有三、四、五、六孔等类型。2、供氧制度中的几个工艺参数氧气流量与供氧强度、氧压、枪位等3、供氧操作恒压变枪操作恒枪变压操作造渣制度造渣就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间以及如何快速成渣。转炉炼钢造渣的目的是：去除磷、硫，减少喷溅，保护炉衬，减少终点氧含量。1、造渣方法有单渣法、双渣法、留渣操作等。2、渣料加入量的确定石灰加入量（t）=铁矾土的加入量：冶炼低碳钢时铁矾土加入量不大于1.0吨；冶炼中高碳钢时铁矾土加入量不大于1.5吨。石灰有效CaO%2.14×铁水含Si%×碱度（R）×铁水量（t）温度制度温度制度主要是指过程温度控制和终点温度控制，过程温度是确保终点温度合格的关键。1、热量的来源氧气顶吹转炉热量的主要来源是铁水的物理热和化学热。2、出钢温度的确定终点钢水温度主要根据以下原则确定：1）钢种的凝固温度；2）浇注温度；3）钢水温降数值；4）浇注方式5）二次精炼方式及时间。出钢温度可由下式计算：T出=T凝+△t1+△t2+△t3+△t4+△t5+α式中：△t1—出钢过程温降，℃△t2—出钢完毕至精炼开始的温降，℃△t3—钢水精炼过程温降，℃△t4—钢水精炼完毕至开浇前的温降，℃△t5—钢水从钢包至中间包的温降，℃α—连铸要求的钢水过热度，℃终点控制钢水达到钢种成分和温度要求的时刻，称之为“终点”。1）钢中碳含量达到所炼钢种控制要求；2）钢中P、S含量低于规格以下的一定范围；3）出钢温度能保证进行精炼和浇铸；4）对于沸腾钢，钢水应具有一定的氧化性。另外，终渣粘度、(FeO)含量、碱度等也应控制在合理范围内。1、终点控制方法终点控制方法有三种：一次拉碳法、增碳法及高拉补吹法。2、人工判断方法碳的判断——看火焰、看火花、取钢样温度的判断——火焰判断、取样判断、氧枪冷却水判断、根据炉膛情况判断3、自动化炼钢将铁水、原材料的温度和成份，副枪和质谱仪取得的数据输入转炉炼钢模型后，由计算机自动控制冶炼终点。脱氧及合金化制度钢水中氧含量超标，影响钢坯质量，降低钢的性能，加剧钢的热脆，因此钢水必须脱氧，并调整钢水成分同时进行脱氧合金化。1、脱氧方法沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧目前普遍采用沉淀脱氧，可用单独脱氧法和复合脱氧法。2、脱氧合金加入原则脱氧剂条件脱氧剂加入原则：先弱后强3、脱氧操作钢包内脱氧合金化真空精炼炉内脱氧合金化炼钢的基本反应1.成渣过程[Si]+[O]→(SiO2)Fe+[O]→(FeO)[Mn]+[O]→(MnO)(FeO)+(SiO2)+CaO→(CaO·FeO·SiO2)2.脱磷反应2[P]+5(FeO)+n(CaO)→(nCaO·P2O5)+5Fe3.脱硫反应[FeS]+(CaO)→(CaS)+(FeO)4.脱碳反应[C]+[O]=CO↑[C]+2[O]=CO2↑5.脱氧反应2Al+3[O]=(Al2O3)II.炉外精炼SecondaryRefining第三炼钢连轧厂主要炉外精炼方式：两座260吨RH-TB真空循环脱气精炼两座260吨LF钢包精炼炉RH-TB的基本设备•钢包旋转系统:正常情况下为电机驱动，大罐转台可以旋转270度，回转直径8m，事故状态下为气动马达驱动•钢包顶升系统:大罐的顶升距离最大为2450mm，为液压顶升•真空室:总高度10.5m,循环管内径690mm,真空室壳体外径3200mm。•真空泵:为四级蒸气喷射泵，所使用的蒸气为饱合蒸气由转炉余热锅炉供应，为确保RH真空处理装置生产用汽要求，由一发电中压管网供应一路备用汽源。•合金下料系统等真空室真空泵RH(Ruhrstahl和Heraeus于1957年开发)的基本工艺原理：将真空室的插入管插入钢水内，向上升管内通入Ar气，使上升管和下降管内的钢液产生密度差，在抽真空的过程中，由于钢液的密度差，使钢液在真空室和钢水罐之间产生循环，钢液在流经真空室的过程中，钢液中的气体排出钢液，从而达到净化钢液的目的。RH-TB的基本功能1、脱碳：在深真空状态下促使了碳氧反应的进一步发生2、脱气：可以有效地去除钢水中的[H]、[N]、[O]等气体3、加热：利用Al和O2的化学反应热来加热钢水4、合金化：成份微调5、均匀钢液：钢液的循环，起到强化搅拌的作用6、生产组织中的缓冲：平衡转炉和铸机之间的生产组织节奏LF炉（LadleFurnace)是70年代未期日本发展起来的钢包精炼型炉外精炼设备，它具有许多有效的炉外精炼手段，如合成渣处理、加热、搅拌和合金成份微调等。LF炉的基本设备•2座LF工位，变压器容量为40MVA。•电极升降装置，最大行程3.5m。速度为：自动升4.8/降3.6m/min；手动升降6.4m/min。•加热桥架及炉盖提升机构和水冷炉盖，水冷炉盖行程600mm。•钢车走行系统、下料系统、氩气系统、氮气系统、冷却水系统等LF钢包精炼炉的基本原理LF与电弧炉的原理相同，是通过石墨电极与钢液之间的电弧作为热源来加热钢水的。同时采用底吹氩搅拌钢液，在钢液表面造还原渣脱硫，等对钢液进行加热的炉外精炼处理方式。LF的基本功能1、脱硫：利用造碱性还原渣和电弧的高温区进行脱硫2、加热：采用电极放电加热钢水3、合金化：成份微调4、均匀钢液和去除夹杂：采用底吹Ar气搅拌钢液5、生产组织中的缓冲：平衡转炉和铸机之间的供钢节奏。喂线工艺在RH-KTB工位和LF工位都设有喂线装置，线的种类为Ca-Si线和Ca-Al线。喂线的基本作用：1、夹杂物变性（Al2O3、MnS等）2、脱氧和脱硫III.连续铸钢ContinuousCasting第三炼钢厂目前装备的连铸机：两台双流立弯式中薄板板坯连铸机铸坯断面规格135/170×900~2000mm连续铸钢的概念：将一包或多包钢水经一组特殊的冷却装置连续地浇铸成一定断面形状的钢坯的工艺过程。它改变了将近一个世纪以来，使用钢锭模间断浇注的低生产率生产钢锭的传统方式，简化了由钢液到钢材的生产流程。鞍钢于2000年12月实现了全连铸生产。连铸基本工艺原理钢水由大罐经中间包稳流、分配后进入结晶器，受到结晶器水冷铜壁的冷却形成坯壳，为了避免坯壳与结晶器粘结，结晶器做上下往复振动，并加入保护渣或其他起到润滑效果的材质。铸坯经弯曲进入弧形段，再经矫直成水平状态，由切割机切割成一定长度的铸坯，输送至轧钢厂。连铸工艺示意图连铸工艺的优点•简化工艺流程，提高生产效率连铸省掉了脱模、整模、钢锭均热和开坯等工序。•提高金属收得率连铸的切头、切尾损失为1％-2％，可提高金属收得率10％-14％。•降低能耗由于提高了成坯率，省掉均热、开坯等能耗。•劳动条件好，易于实现自动化操作安全、污染小、自动化程度高、操作人员数量少。•铸坯质量好，连铸钢种不断扩大成分偏析小，纯净度高，组织致密等。几乎所有钢种都可以用连铸生产。连铸机的主要设备简介结晶器、振动装置等关键设备由国外引进，其它设备国内制造蝶式回转台（回转半径6m）、容量为65吨的中间罐、半龙门型中间罐车、中间罐塞棒