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鞍钢洁净钢生产平台分析-王向辉

鞍钢洁净钢生产平台分析
王向辉 ,王成青 ,赵晨 光 。,丁勇 ,潘 秀娟 ,王 国庆
(1.鞍钢股份有限公 司炼钢总厂 辽宁 鞍山 114021:
2.鞍钢 实业集团有限公司 辽 宁 鞍 山 l14031)

王向辉 ,高级T 程师,1998 年毕业于鞍 山钢铁学院钢铁冶金专业 。
E -mai:hxian ghui_wang@ sina.

摘要 :介绍了鞍钢洁净钢生产平 台情况,包括设备状况、工艺流程、产品结构、生产能力及控制技术,鞍钢洁净钢生产控制能力实现 C 、P 、S、H 、N 及全氧含量总和 ~ < 70x 10 ,夹杂物尺寸小 于 20 m ,个别钢 种 小于 5 Ixm 。
关键词 :洁净钢 ;成分控制 ;夹杂物
中图分 类号 :TF762 文献标 识码 :A 文章编 号 :1006—4613 (20 13 )05—0058—04

A nalysis on P latform for Clean Steel Making in Angang  

W ang X ianghui ,W ang Chengqing ,Zhao Chenguang ,DingY ong2,Pan X iujuan2,W ang Guoqing:
(1.G eneral Steelm aking Plant of A ngang Steel C o.,Ltd.,A nshan 1 1402 1,Liaoning,China;
2.A ngang Industry Group C o.,Ltd.,A nshan 1 14031,Liaoning,China)
A bstract:T he platform for clean steel m aking in A n gang is introduced,w hich includes the status of equipm en t,process f l ow ,prod uct m ix,production cap acity and control techn ology.T he content of su ch elem ents as C ,P ,S,H an d N can b e controlled w ell and the total content of these elem ents and total oxygen in m olten steel can be lim ited u p to 70 x 10 in m akin g clean steel in A ngang.In addition the size of inclusions in clean steel can be controlled to be less than 20 Ixm or even less than 5 Ixm in som e in dividu al m olten steels.
Keywords :clean steel;control of elem ents;inclusion

英 国钢铁 协会 早在 1962 年就 提 出 了 “洁 净钢 (clean stee1)”概念⋯,20 世纪 80 年代 日本又提出“纯净 钢 (purity stee1)概 念 。无论 “纯净 钢 ”。还 是“洁净钢 ”.都是一个相对 的概念 。确切的定义一直随着 时代 与科技 的发展 而变 动 ]。所 谓洁净 钢“平台”,就是一种 以高效率 、低成本 、稳定地生产洁净钢 的基础 性 、通用性 的集成 性技 术群 _5。
本 文 将 C 、S 、P 、N 、H 及 T [0 ]总 和 ≤100x 10-6的钢定 义 为洁净 钢 。 国际上 洁净钢 生 产 和研发 水
平最高的是 日本 ,其次是欧美和韩国。从洁净钢的研发 与生 产现 状来 看,应用 特种精炼手段 不 难达
到上述指标 。但受经济因素制约无法大规模生产 ,只有针对钢种和用途的特定要求 ,铁水预处理 、转炉 、精炼 、连铸 、轧制以及热处理等工序系统配合 ,才能 经济地 生产 出满 足用户要 求 的洁净钢 。
目前 ,洁 净钢 的开 发与 生产 对炉 前 和炉 外精炼技术均提出了更高的要求 ,同时对冶炼成本也提 出 了新 挑 战 。对 于钢 厂而 言 ,应 构建 “经 济 洁净度 ”的概 念 ,即产 品在 实 现 生产 高 效率 的 同时 ,又使成本可控 。特别在工业规模生产的产品质量稳定性 得 到满足 的同时 .还要适 应 后续 深加 工 及使用过 程 的各种 要求 ,从 而使 这些 商 品钢材 的性能更趋稳定 、均匀 .价格也更趋合理。
l 洁净钢生产工艺流程
传统洁净钢生产流程为:高炉铁水一全量铁水脱硫预处理一转炉一LF 精炼一R H 真空精炼一连铸。由于工艺流程过长 ,常常因一两个环节(原料或设备)的波动造成终端产品质量不稳定 ,而钢质的洁净化主要依靠炉外精炼来完成 。为实现全流程 的稳定控制 ,往往造成能耗 、成本 、CO 排放量等偏高。日本冶金工作者为改进这些缺点 ,提出采用分阶段冶炼工艺 ,即把原来应一个设备 (工序 )完成的任务分解为两个 、甚至三个设备 (工序 )联合完成 ,使每一个分解段更加有针对性地解决关键问题 。经 20 年的发展与完善 ,逐步形成了新的洁净钢生产流程 ,增加转炉 “三脱”功能 (脱硫 、脱硅 、脱磷 ),并开发转炉少渣冶炼工艺 。将 目前应用比较广泛的传统洁净钢流程与 日本洁净钢生产新 流 程相 比较 ,如表 1 所 示 。 由表 1 可 以看 出 ,新流程具有一定 的技术经济竞争力 。

但就我 国目前的装备水平 、冶炼能力及对洁净钢的认知,要建立高效低成本洁净钢生产技术平台仍有大量 的关键技术有待于研究和解决 ,如全量铁水“三脱 ”预处理 、少渣冶炼 、终点高碳 出钢和 R H 真空碳脱氧 ,甚至包括夹杂物改性 、分布及控制等 。
目前 ,针对不同钢种特点 ,鞍钢选取不同的洁净钢生产工艺流程 ,主要有 IF 钢 B O F—R H —C C ,管线 钢 B O F—R H —LF—CC ,船 板 钢 B O F—LF—C C 重 轨钢 ,帘线钢 B O F—LF—V D —C C 等。不 同的生产工艺都可以实现洁净钢 的生产 ,表 2 为 国 内外钢 厂 洁净 钢工 艺路 线 。 由表 2 可 以看出 。即使是生产相同的钢种,不 同的厂家结合 自身 的原 料特 点 及设备 状 况所 采取 的工艺 路 线也 有所 不 同。应 用 最多 的工 艺 路 线是 BO F+R H/LF (或双联)模式。

2 鞍钢洁净钢生产平 台
2.1 技 术装 备
原鞍钢集 团公司与攀钢集 团公 司于 2012 年合并成新的鞍钢集团公司 ,合并后新集 团炼钢系统共有 二地 区(辽 宁和四川 )六基地 (鞍山 、鲅鱼圈、朝阳、攀枝花 、成都 、西昌)的产业布局。表 3 为鞍钢炼钢系统装备概况 。
其中,板坯连铸机主要设备及功能 :拥有可升降、带称重钢包 回转台,大容量 、带挡渣墙中间罐 ,上装引锭 ,小振幅高振频振动装置 ,铸造 中可调宽结晶器 ,结晶器镀 Ni、N i—Fe ,垂直弯曲型连铸机型,多点弯曲、多点矫直系统 ,细辊密布,二冷区电磁搅拌技术(辊内式),二冷气水喷雾冷却 ,无氧化浇注系统 。结晶器液面检测与 自动控制技术 ,辊缝自动测量及 自动控制 ,整体更换段及快速更换 ,辊子堆焊耐磨合金 ,无脱锭无导向引锭杆提升装置 ,驱动 辊及 扇形 段 电动 压下 .二 冷 自动控 制 系统 ,最佳切割 ,前浇次拉尾坯中再铸造 ,更换中间罐车的连浇 ,可实现钢包跟 踪 、炉次跟 踪 、板坯跟踪以及板坯质量判定等功能。
在市场强劲需求的拉动下 .洁净钢产能逐年上 升 .鞍 山地 区从 2005 年 的 600 万 t 已上升 到 目前 的 1500 万 t左 右 。

鞍钢洁净钢产 品结构如图 1 所示。其中热轧卷板 与 冷轧卷 板 之和 已 占到总量 的 71%。生产 工艺主要包括 :铁水预处理一转炉一精炼 (A N S 、R H 、LF 、V D )一 连铸。

2.2 控 制技 术 .
2 .2 .1 成 分控 制
洁净钢生产的关键是对钢成分 的控制 ,鞍钢对洁净钢中主要元素的控制情况如下 :
(1) T [O ]控制
控制 转 炉终 点碳 氧积 ≤0.002 9;采 用 降低 钢包顶渣氧化性的钢包顶渣改质技术;采用 Si、M n 、A l、A 1一M g、Ti等复合脱氧技术 ;采用保护浇铸 、气幕挡墙技术等。在洁净钢 T [O ]的控制上 ,超低碳钢 (IF 钢 ) T [O ]≤ 12~ 10 ,管线 钢 (X 80) T [O ]≤20x 10 ,硅 钢 T [O ] ≤7~ 10 ,轴 承钢 T [O ]为6 ~ 10 。
(2 ) N 含量 控制
主要从脱 氮 和防止增 氮两 个方 面考 虑 ,采用 V D 真 空脱 气处 理 技 术 和转 炉 出钢 控 氮及保 护 浇 铸 技 术 。帘 线 钢 N 含 量 稳 定 控 制 在40 ~ 10 以下.
(3 ) P 含量 控制
采 用 A R P 技 术 、转 炉 “双渣 ”脱 磷 技 术 及 防止 钢 水 回 磷 控 制 技 术 。 根 据 钢 种 需 要 ,采 取 不
同 的脱 磷 工 艺 路 线 保 证 脱 磷 程 度 。 单 渣 法转 炉 出钢 P 含 量 已 稳 定 控 制 为 (80 ~100 )~ 10 ,
双 渣 法 P 含 量 为 (60 ~80 )~10 -6 单 枪 双 联 法P 含 量 为 (40 ~50 )~ 10一,双 枪 双 联 法 P 含 量 为
(30~40)~ 10 。
(4 ) S 含量控 制
铁 水 预 处 理 (CaO +M g) 实 现 铁 水 S 含 量< ~ 20~10 ;转炉控制钢水回硫 ≤30~10 ;精炼实现LF 、CA S—O B 、V D 深 脱硫 。 目前 ,管线 钢 和 硅钢 硫含量 <10~10 。
(5 ) H 含量控 制
优化钢包 、水 口等耐火材料烘烤_ T 艺 ;控制人炉合金及造渣材料等 ;V D 、R H 真空处理脱气。在R H 或 V D 搬 出时 .H 达到 0.5~10 以下 。
2.2.2 夹杂物控 制
在洁净钢生产过程 中,除了要求对成分进行严格 的控制外 ,根据钢种和技术条件对夹杂物的数量、尺寸、分布也有一定的的要求。传统流程中,为了提高钢水洁净度 .常采用强还原精炼工艺 ,进一步去除钢中硫 、氧等杂质 ,但也带来微细夹杂物控制 的难题 。比如 :脱硫 过程 中产 生 的细小 A l O夹杂难 以上浮去除 ;精炼 中不断还原渣 中 SiO 、FeO ,产生 二 次 夹 杂 ;二 次 夹杂 一 般 在 较 长 时 间 内零星地产生 ,难 以碰撞 聚合 ,不易长大上浮去除 ;大 量 细 小 的 A 1 O ,夹 杂 目前 只 能通 过 Ca 处 理 ,才能保证钢水流动性 ,进而防止水 口絮流。为 了避 免或 缓 解上 述 问题 , 目前 比较 常 规 的解决措施有 3 种 ,一是 少加入 ,二是少产 出,三是改性 。常规 措施 如下 :
(1) 转炉 吹炼尽可能高碳 出钢 ,防止钢水 过氧 化 .进 而减 少脱 氧 铝加入 量 :
(2 ) 在 R H 精 炼 过程 多 利用 真 空 条 件 ,依 靠C—O 反应 自然脱氧 ,减少真空室顶吹供氧时间,即将钢液 中溶解氧控制在最低水平 ,从而减少脱氧铝 用量 ,减少 A l20 3脱 氧产 物 的产 生 ;
(3 ) 对于不可避免产生 的 A 1 O ,要改变其上浮机制 。促使较大颗粒夹杂上浮彻底 ;
(4 ) 对于 无法 去 除 的 A 1 O 再 通 过 Ca 处理 工艺对其进行改性 ,使其对钢质的危害降到最低。
目前 。鞍 钢 IF 钢实 现 的控制 水平 为 :≤10 Ixm的 A 12O3 夹 杂 物 占总 量 90%以上 ,≥20 m 的A l2O 3夹杂物不到 1%;管线钢≤5 Ixm 的硫化钙锰夹杂 占总量 90%以上 .≥15 Ixm 的不 到 1% :帘线钢 ≤5 Ixm 的 氮 化 钛 夹 杂 占 总 量 90% 以 上 ,≤10 m 的 硅 酸 盐 夹 杂 占总 量 95%以 上 ,其 中∞[Ti]≤10xl0 。各钢种的实际控制水平如表 4 。

3 洁净钢生产成本控制
目前 ,鞍钢在洁净钢生产过程 中存在 以下几个 问题 :
(1) 钢铁料消耗高。不仅与国内最优水平存在明显差距,且内部系统彼此差异也很大,钢铁料消耗最高的厂达到 1 166. 4 kg/t,最低的 l 062.3 kg/t;转炉复吹比<5O%。
(2) 能 源 回 收 比例 不 足 。公 司内部 差 异很 大,最高 回收能力 达 27%,最低 的没有回收 。几乎全部放散 。
(3 ) 精炼过程提温比例大 。R H 、A NS 的 OB率偏高 ,升温合金 、LF 电极 、电能消耗过大 。如 LF吨钢能耗最低达到 16.9 kW h ,最高达 62.7 kW h。
针对 实 际问题,采 取了如下措施 :
(1) 降 低 钢 铁 料 消 耗 ,钢 铁 料 消 耗 占 炼 钢消耗 总成 本 的 84 .6%,在现 有设 备 的基础 上提高转 炉 复吹 比 ,开发 少渣 冶炼 技术 。转 炉添加低 成 本 原 料 ,如 原 矿 、返 矿 、铁 碳 自还 原 球 等 。同时 提 高 自动 化控 制 水 平 .加 大 自主 研 发 力度 ,不仅 可 以改善转 炉 自身指标 而且 能够 降低精 炼成本 ;
(2 ) 加 强 过 程 温 度 管 控 ,产 线 布 局 对 能 量利用效率 的影 响最大 ,在结构无法更 改的前提下 ,加强并优 化炼钢 流程 LD —LF(A NS)一R H (V D 1一CC 各个节点 的温度管控 ,提 高转炉 自动化控制 比例 及 挂 罐 温 度 合 格 率 ,进 而 提 高 入 LF 、R H 、A N S 、V D 温 度合格率 ,降低 O B 率 ,降低 LF电能及 电极消耗 ,加强大包 、中间包保温研究 ;
(3 ) 提 高能 源 回收 比例及 利用 率 ,转 炉煤气 、蒸 汽等 可 回收项 目节 约成本 占炼钢 消耗项总成本 的 16%。如精炼钢 、渣热返 回 ,提高转炉蒸汽 、煤气 回收 比例 。
4 洁净钢生产能耗及环境指标
近 年 来 ,鞍 钢 脱 硫 烟 尘 排 放 量 降 低 到120 m g/m ,转炉烟尘排放量降低到 150 m g/m ,精炼 烟 尘 排 放 量 降 低 到120mg]m 。综合能耗788 kg 标 煤/t钢 ,可比能 耗719kg标煤/t钢,吨钢耗新水 5.99 t。
5 结语
洁净钢生产是一项系统工程 。鞍钢在洁净钢生产 方 面逐年 更新 了设 备 、工 艺 .通过 多年 的生产和科研积累 ,已总结并掌握了一套在各个生产工序中符合 自身特点的完整技术。
(1) 在控制水平方面 ,以典型钢种为例 ,超低碳 IF 钢 实 现 C 、P 、S 、H 、N 及 T [O ] 总 含 量≤70 ~10 。6;管 线 钢 P 、S 、H 、N 及 T [O ] 总 含 量~ < 70 ~10 ;帘 线 钢『N ]≤45 ~10 ,Ti 夹 杂 尺 寸≤5 Ixm ;轴 承 钢 T 『O1 ≤10 ~10 ’6,最 好 时 达 到5x 10 。
(2 ) 尽 管 鞍钢 近些 年 在洁 净 钢方 面 取得 很 大进展,但仍有一些技术 、管理问题需要进一步提高。如转炉顶底复吹比与国内先进钢企相 比还有很大差距 ,钢铁料消耗偏高 ,出钢时钢水过氧化较重 :精 炼过 程上 下工 序 的衔接仍 需 优化 ;连 铸 电磁搅拌及轻压下技术研究和应用需要加快等。
(3) 在 当下 及 未来 一段 较 长 时期 内 ,应该 建立一种“经济洁净度”的概念 ,即在产品性能和质量 能够保 证 的条件下 ,适 当放宽 对钢 中 P 、S 、N 、H 、0 的控 制 范围 ,能够 以最 低 的生产 成 本 、最快 的 生产速 度 ,生产 出能够满 足技术 要求 的产 品。
(4) 高效率 、低成本是洁净钢生产平 台发展的方向,铁水三脱 、转炉炼钢 、炉外精炼 、高效连铸是洁净钢生产的关键。洁净钢生产技术对企业竞争力具有 重要 意义。
参 考文献
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[2 ] 张海军.洁净钢生产 f 艺研究[J].宽厚板 ,200 1,7 (4 ):5-8.
[3] 余志祥.洁净钢 的生产文践[J].炼钢 ,2000 ,16(3):l1一l5.
[4 ] 汤曙光.洁净钢精炼实践 [J ].炼钢 ,200 3 ,l9 (5 ):10一l7.
[5 ] 殷瑞钰.洁净钢平台集成技术一现代炼钢技 术进 步的重要方向[J].钢铁 ,2009 ,44 (7 ):1—6.
(编辑 许营)
修回日期 :20 13-06—24

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