首钢京唐”全三脱”炼钢过程铁素物质流调控的应用基础研究

摘要：

为了建立”高效率,低成本的洁净钢生产平台”,首钢京唐设计和建设了”全三脱”这一”新一代可循环钢铁制造流程”.但是,首钢京唐”全三脱”工艺流程的实际生产过程中存在很多问题,一直为钢铁冶金界所关注,并亟待解决.本文基于首钢京唐”全三脱”炼钢过程铁水物质流调控现状,应用冶金流程工程学相关理论,对物质流运行的基本参数(时间,温度,物质量)进行了解析和仿真研究.在此基础上,研究了制约”三脱”比例提高的两个关键技术问题:废钢熔化以及转炉辅料成本.本文分析了”全三脱”炼钢过程物质流运行现状,研究表明,”三脱”比例,成本控制,成分控制以及时间和温度的控制,均未达到设计要求,控制水平与同类型钢厂也存在一定的差距,研究解决”全三脱”问题,应该站在整个钢铁制造流程整体优化的角度,以洁净钢生产平台全流程为着眼点,综合调控物质流的基本参数;通过对物质流运行时间进行解析得知,转炉生产率低,空炉等待时间长,脱磷炉,脱碳炉空炉等待时间平均为19.86分钟和15.91分钟,由于生产节奏慢,导致流程连续化程度不高,工序与工序间的运行,有很大一部分时间是在等待;通过对物质流运行温度进行解析得知,超低碳钢和低碳钢出钢钢水温度平均分别为1680℃和1666℃,与其他同类型钢厂相比出钢钢水温度偏高.原因就在于生产节奏慢,工序与工序之间等待时间长,导致运输过程温降大,需要更高的出钢钢水温度保证连铸中间包温度;利用Fluent软件对转炉空炉过程热状态进行模拟仿真,受空炉时间影响,转炉散热量变化范围为0.89～7.85× 107kJ;空炉时间增加30分钟,脱磷转炉,脱碳转炉散热量分别增加约2.34× 107kJ,4.13× 107kJ,在一定的冶炼周期内,脱磷转炉,脱碳转炉,常规转炉条件下的铁水温降分别增加约12.5℃,15℃,17℃,”三脱”工艺冶炼和常规冶炼对应的废钢加入量分别减少0.93%,0.75%;使用Plant Simulation软件,对物质流运行物质量建立仿真模型.结果表明,”三脱”比例从现有的33%提高到100%,流程连续化程度提高,转炉-连铸运输等待时间平均减少5-14分钟,对应出钢钢水温度可降低4.9～13.7℃.DeP-DeC的运输等待时间平均减少约10.14分钟,KR-DeP运输等待时间平均减少约11.62分钟,相当于入脱碳炉铁水升高1.93℃,入脱磷炉铁水升高2.21℃.由于流程生产节奏加快,转炉生产率从现有的50%左右提高到60%～70%,空炉时间的降低减少了散热,相当于脱磷炉铁水温度少降12.5℃,脱碳炉铁水温度少降15℃,可一进步降低生产成本;针对废钢熔化问题,对脱磷炉进行物料平衡与热平衡计算,可知废钢熔化热量不是其限制性环节,无论是铁水温度和成分来说,熔化现有比例的废钢都是足够的.废钢能否按时熔化,与废钢的熔化速率,转炉吹炼时间和废钢厚度有关;建立废钢熔化速率模型和熔化厚度模型,在京唐现有条件下,最多能熔化44mm厚度的废钢,在温度1360℃下,熔池碳含量从4.5%增加到5.0%时,废钢熔化速率增加43%到63mm,在碳含量4.5%下,熔池温度从1350℃增加到1400℃,废钢熔化速率增加60%到70mm.除此之外增加吹炼时间,能进一步增加废钢熔化厚度.但是,与常规转炉相比,脱磷转炉熔化的废钢尺寸还是有限;针对转炉辅料成本问题,利用C#编程语言开发辅料加入量计算模型界面,在现有物质流运行情况下,通过计算模型可知,辅料成本的高低与铁水硅含量,碳含量,温度有很大关系,本文给出了不同情况下的”全三脱”冶炼和常规冶炼辅料加入成本对比结果;当”三脱”比例增加到100%时,对于现有铁水条件和目标钢种条件,”全三脱”冶炼的辅料加入成本与常规冶炼相比,不仅没有增加,反倒降低了.以冶炼低碳钢种,铁水碳含量为4.1%,硅含量为0.1,温度为1330℃为例,与现有状态常规转炉相比,”全三脱”冶炼,平均吨钢辅料成本降低0.13～4.63元.

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