20_SGJT高效的洁净钢生产平台-中文版（最终)8-18

•1•高效稳定的洁净钢生产平台——首钢京唐钢铁厂项目炼钢工程简介杨春政梁红兵（首钢京唐钢铁联合有限责任公司唐山063200）摘要：新建钢铁厂项目中的炼钢厂集成炼钢先进技术于一身，采用全新流程打造了高效稳定的洁净钢生产平台。炼钢厂采用铁水罐“一罐到底”运输、铁水全量“三脱”预处理、快速少渣冶炼及全量钢水精炼处理的工艺路线，为连铸高效化奠定了基础。连铸系统采用了许多成熟、可靠的先进技术，有望实现产品的精良化、产能的高效化。关键词：洁净钢生产平台全量三脱高效连铸先进技术EfficientandStableCleanSteelProductionPlatform—BriefIntroductiontoSteel-MakingPlantforSGJTProjectYANGChun-zhengLIANGHong-bing(ShougangJingtangUnitedIron&SteelCo.Ltd.Tangshan063200)Abstract:ThesteelmakingplantoftheIronandSteelprojectisintegratedwiththeadvancedsteelmakingtechnologyandbuildsanefficientandstableproductionplatformforcleansteelbyadoptingthecompletelynewprocessflow.ByadoptingtheprocessrouteofLDTtransportationofthehotmetall,full“tri-de”pretreatmentofhotmetal,littleslagsmeltingwithahighspeedand100%refiningtreatmentofmoltensteel,thesteelmakingplantlaysthefirststoneforrealizingthehighefficiencyofcontinuouscasting.Lotsofmatureandreliableadvancedtechnologiesareadoptedforthecontinuouscastingsystem,whichcanmakethehopeofrealizingthebestqualitytandhehighefficiencyofthecapacityoftheproducts.Keywords:productionplatformforcleansteel,fulltri-de,highefficiencycontinuouscasting,advancedtechnology1、前言1.1项目背景2005年2月中国政府批准在曹妃甸建设一个具有国际先进水平的钢铁联合企业。厂址曹妃甸是唐山市唐海县南部的一个小岛。岛前500～600米水深即达－25米，是渤海湾唯一不需人工开挖的天然深水航道，可建设25～30万吨的矿石码头。曹妃甸岛距海岸线18公里，与陆地之间约有300平方公里平均水深0.5米的浅滩，为钢铁项目建设及延伸产业的发展提供了足够的用地条件。1.2炼钢厂设计指导思想钢铁厂项目建设以“高起点、高标准、高要求”为建厂方针、以“产品一流、管理一流、环境一流、效益一流”为建厂目标。国内科研院所以及兄弟企业的专家多次对项目建设方案进行论证研讨，力争把炼钢厂建设成为21世纪最先进、最具竞争力的现代化工厂。1.3产品方案及工艺装备1.3.1建设规模及产品方案•2•钢铁厂项目充分发挥当地临港、资源、区位优势，产品以高品质、高技术含量、高附加值的板材为主。为汽车、机电、石油、家电、建筑结构、机械制造等行业提供热轧、冷轧、热镀锌、彩涂等高端精品板材产品。产品冷热转换比57.2%，涂镀层比65.7%，共分为4大产品系列：以IF钢为代表的超深冲汽车用钢；以X80为代表的高强度管线钢；高牌号无取向硅钢和取向硅钢；优质碳素结构钢和微合金钢。炼钢系统设计年产904万吨合格板坯供应2250mm和1580mm两条热轧生产线。1.3.2炼钢基本工艺路线及主体装备采用KR搅拌法铁水脱硫预处理；专用转炉脱硅、脱磷实现100％铁水“三脱”预处理；通过顶底复吹转炉少渣快速冶炼，配合以RH为主的钢水精炼及高效连铸，建立规模化高效率生产洁净钢的生产体系；满足大批量、连续稳定生产高附加值产品的需要。基本工艺路线如图1所示；主体工艺设施配置方案如表1所示。2、炼钢主要工艺技术方案2.1铁水运输2.1.1方案选择高炉与转炉之间的“界面技术”应实现铁水的承接、运输、缓冲、预处理等6大功能[1]。目前，国内外大型转炉炼钢厂普遍采用鱼雷罐车来运输铁水，新建炼钢厂确定了采用铁水罐加盖的“一罐到底”铁水运输方式，如图2所示。2.1.2“一罐到底”方案的技术优势采用“一罐到底”技术，主要具有以下特点：（1）减少铁水温降、降低能源消耗；（2）缩短工艺流程、简化生产作业；（3）环保优势；（4）减少投资，降低金属及耐火材料消耗，降低成本；（5）缩短吊运时间。2.2铁水脱硫处理铁水脱硫技术主要有KR搅拌法和喷吹法。KR法主要在日本使用，该方法具有很好的动力学条件、能稳定实现深脱硫；从热力学角度，更适合高温铁水脱硫。使用石灰脱硫剂成本也较低、易于扒渣、且无喷溅等。但温降略大、投资相对较高、运行成本略高。图1炼钢厂基本工艺路线Fig.1Basicprocessrouteforsteelmakingplant设备名称单位数量备注单工位KR铁水脱硫装置套4300t铁水脱磷预处理转炉座2300t脱碳复吹转炉座3CAS精炼站套2双工位LF钢包精炼炉座1双工位RH真空处理装置座2双流2150mm板坯连铸机台2双流1650mm板坯连铸机台1另在平面布置上考虑预留一台表1炼钢工程主体工艺装备配置Table1processequipmentofsteel-makingengineering高高炉炉铁铁水水铁铁水水罐罐KKRR铁铁水水脱脱硫硫脱脱磷磷炉炉脱脱碳碳炉炉RRHHLLFFCCAASS连连铸铸机机•3•钢铁厂所生产的品种质量高，同时匹配高效连铸的生产，要求钢中［S］含量低，且有大量钢种不宜经过LF炉进一步脱硫。所以要考虑对铁水进行全量脱硫处理外，还必须保证稳定的深脱硫处理。另外采用大高炉及“一罐到底”的铁水运输方式，使铁水温度较高，有利于提高石灰脱硫效率，相反却降低了Mg粉类脱硫剂的脱硫效率。因此，选择了KR法。2.3转炉冶炼2.3.1铁水全量“三脱”工艺的特点高效化生产洁净钢是21世纪转炉炼钢发展的核心技术。采用铁水全量“三脱”的炼钢工艺过程，可以高效、稳定地生产高级板材，达到以下的工艺效果[2]：（1）建立起高效、低成本的洁净钢生产平台，提高产品竞争力；（2）可以使用较高的含磷矿石，铁水含磷可以放到0.1-0.15%，有利于降低矿石采购成本；（3）有利于脱碳转炉使用锰矿，还原成钢水[Mn]，减少Fe-Mn的使用量，降低合金化成本；（4）炼钢渣量显著降低(60kg/t)，脱碳转炉炉渣可为脱磷转炉使用；（5）脱磷转炉渣可以不经蒸汽稳定化处理而直接用于铺路材料；（6）加快转炉冶炼冶炼节奏，适合与高拉速板坯连铸机匹配运行，提高生产效率；（7）有利于使运行过程时间紧凑，实现节能。20世纪90年代中后期，新日铁、住友金属、神户制钢、NKK等纷纷开展利用氧气转炉进行铁水脱磷预处理的试验研究，并在取得成功后迅速推广这一新工艺3]。2.3.2炼钢厂转炉工序工艺方案炼钢厂采用KR搅拌法结合脱磷转炉对高炉铁水进行全量脱硫、磷、硅预处理，然后再由脱碳炉快速少渣吹炼，获得低硫低磷洁净钢的冶炼工艺，实现冶金功能的最优化组合；并且脱磷炉与脱碳炉采用了分跨布置方案，物流更加顺畅合理；转炉自动化炼钢系统集成了转炉副枪技术、炉气分析技术，通过静、动态控制模型，实现全自动吹炼控制，从而确保转炉实现快速冶炼。2.4炉外精炼炼钢厂采用了2座RH真空脱气装置、2座CAS处理站、1座LF钢包精炼炉的配置方案，真空处理比可达到70％以上。配合铁水全量“三脱”预处理及转炉快速少渣冶炼的工艺模式，LF钢包精炼炉和RH真空精炼装置均采用双工位布置，加快精炼的供钢节奏，使之与高拉速连铸机匹配，实现炼钢生产全流程高效化。并将RH和CAS作为主要精炼手段布置在靠近转炉出钢作业线的位置上。真空精炼装置采用1250Kg/h的抽气能力(20℃，67Pa)真空泵、250t/min的钢水循环流量，使RH具备快速脱碳的能力。3、高效板坯连铸机技术方案3.1高速板坯连铸的发展是早在上世纪80年代，日本钢铁企业就成功开发高拉速板坯连铸技术，新日铁、JFE等钢铁公司均建设了高拉速板坯连铸机，浇铸低碳、超低碳钢板坯（厚度：220-250mm），拉速可以达到2-3m/min[4]。KR脱硫脱磷转炉脱碳转炉图2高炉—转炉界面示意图Fig.2.Theinterfacebetweenblastfurnaceandconverter•4•日本铃木等人通过研究认为，带有振动结晶器的连铸机极限拉速为8.5m/min。图3比较了实际生产中的拉速与预想拉速。研究和实践表明限制拉速提高的主要因素是板坯表面和内部质量问题，其次是如何降低拉漏事故。为了提高铸坯质量，高速而稳定地连铸生产，许多技术应运而生。图4示出了日本实现高拉速的一些控制技术[5]。3.2板坯连铸机主要技术特点炼钢厂采用三台双流直弧型板坯连铸机，实现年产904万吨合格连铸坯。为提高连铸机的拉坯速度和生产无缺陷铸坯，在连铸机上采用了一系列先进、可靠的装备和技术，如图5所示。连铸机将能够浇铸包括超低碳钢、低碳钢、中碳钢、高碳钢、包晶钢和微合金钢在内的各个钢种。连铸机的主要技术参数如表2所示，采用的关键机械设备和工艺特点包括：（1）钢包下渣检测技术在连铸生产过程中，当钢包渣子流入到中间包图4实现高拉速的相关技术Fig.4.Relatedtechnologyforhigh-speedcasting图3实际拉速与预想拉速的比较Fig.3.Comparisonbetweenpracticalcastingspeedandexpectedcastingspeed图5连铸机采用的关键技术Figure5Keytechnologiesusedintheslabcaster•5•以后，影响钢水的纯净度，最终造成冷轧钢板的表面质量问题，此外氧化铝夹杂还会造成水口堵塞，影响结晶器内钢水的流动以及中间包连浇炉数。为了有效控制连铸过程的钢包下渣，国内外一些公司开发了钢包下渣自动检测装置。检测装置只有获得稳定的下渣信号，才能确保系统工作的可靠性和精度，获得稳定的下渣信号的关键是传感器的灵敏度、传感器安装精度以及系统的抗干扰能力。我们采用德国AMEPA公司开发的电磁感应下渣检测技术，提高了连铸生产的自动化水平，对防止钢包过量下渣、提高钢水纯净度、提高钢水收得率具有明显的效果。宝钢的生产实践表明，使用该装置对于纯净度要求较高的钢种在大包浇注末期不需使用留钢操作，连铸收得率比以前提高0.4%[6]。（2）利用钢包倾动技术，提高金属收得率钢包回转台将采用钢包倾动技术，可倾动容量为300t钢水的钢包，在确保不带渣的情况下，可提高金属收得率0.5%。（3）中间罐的合理设计可改善钢水洁净度为了满足高端产品的生产要求，需要对中间包进行精确的设计，要充分考虑夹杂物的上浮特性。设计的重点是确保获得理想的钢水流动模式和合理的钢水停留时间，以使钢水在进入结晶器之前能够最大限度地满足钢水清洁度的要求。通过对中间罐流场进行计算机模拟计算，可使容量高达80t钢水的大容量中间罐（如图6所示）实现优化设计，其目的是向结晶器注入最洁净的钢水。（4）结晶器液位控制系统连铸机拉速提高后，必然加大结晶器内钢液面的波动，此时保护渣容易卷入钢液内部，形成皮下夹渣。在高拉速条件下，除了设计浸入式水口适当的浸入深度和出口角度外，更重要的是采用结晶器液位自动控制技术。利用液压塞棒控制中间包钢流，与安装在结晶器内的VUHZ式电磁涡流液位检测系统结合起