（冶金工程专业论文）转炉终点控制对lf精炼的影响.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 转炉终点控制对l f 糖炼的影响 摘要 安阳钢铁集团公司( 以下简称安钢) 第一炼轧厂新建投产一座l o o t 转炉和一座1 0 0 t l f 钢包精炼炉。投产以来，生产基本顺行，但由于铁水没有预处理设备，铁水硫、磷含量 偏高、且不稳定，导致转炉终点控制水平较差，尤其是终点温度、终点硫含量波动大， 给l f 精炼炉操作带来诸多不便，因此有必要优化转炉终点控制，找出转炉终点温度、硫 含量、出钢下渣量控制在哪一水平既能保证不增加转炉热负荷，又能保证精炼炉升温、 脱硫效果，同时又不使送电时间和冶炼周期延长，从而达到节省能源、降低消耗和提高 劳动生产率的目的。 本课题研究的主要内容是针对安钢第一炼轧厂冶炼低碳钢( c 7 d ) 和高碳钢( 6 5 ) 时转炉终点控制对l f 冶炼的影响情况，主要内容有： ( 1 ) 转炉终点温度控制对l f 冶炼周期及送电时间的影响； ( 2 ) 转炉终点硫含量控制对l f 冶炼周期及送电时间的影响； ( 3 ) 转炉出钢下渣量对l f 冶炼周期及送电时间的影响。 通过本课题的研究得出如下结论： ( 1 ) 在转炉冶炼低碳拉丝钢c 7 d 时，入炉铁水不经过脱硫预处理的情况下，氪站 温度控制在1 5 7 5 1 6 0 0 ，即转炉终点温度在1 6 3 5 1 6 6 0 ，终点苟f i 含量在0 0 4 5 以 下，钢包中炉渣厚度在1 3 0 r a m 以下时，不须除渣，能保证l f 冶炼周期在3 6 m i n 以下，在 钢水硫含量命中目标的同时，上钢温度同时达到目标温度，满足生产需要，这样既能保 证不加重转炉冶炼热负荷，同时又能节约能源。 ( 2 ) 在转炉冶炼6 5 时，入炉铁水不经过脱硫预处理的情况下，氩站温度在 1 5 5 0 1 5 7 0 ，即转炉终点温度在1 6 2 0 1 6 4 0 ，终点硫含量在0 0 4 6 以下，钢包中 炉渣厚度在1 0 0 m m 以下时，能保证l f 冶炼周期在3 2 m i n 以f ，在钢水硫含量命中目标的 同时，上钢温度同时达到目标温度，满足生产需要。 关键词：终点温度；终点硫含量；钢包下渣量；l f 冶炼周期；送电时间 一i i 东北大学硕士学位论文 a b s tr a c t e f f e c to fc o n v e r t e rf i n a lc o n t r o lo nr e f i n i n go fl f a b s t r a c t a1 0 0t o nc o n v e n e ra n da1 0 0t o nl fa r en e w l yb u i l d e di nn o 1s t e e l m a k i n ga n dr o l l i n g f a c t o r yo f a n y a n gi r o na n ds t e e lg r o u p sl i m i t e dc o ( b r i e f l yn a m e da n g a n g ) p r o d u c t i o nh a s b e e nn o r m a ls i n c et h eb e g i n n i n go ft h ep r o d u c t i o n ，b u tt h ec o n v e r t e rf i n a lc o n t r o ll e v e li sv e r y b a d ，t h ev a r i a t i o n so ft h ef i n a lt e m p e r a t u r ea n ds u l p h u rc o n t e n ta r ew i d ee s p e c i a l l y , b e c a u s e t h eh o tm e t a li sn o tb ep r e t r e a t m e n t e da n dt h u st h ec o n t e n t so fs u l p h u ra n dp h o s p h o ri nh o t m e t a la r eh i 【g ha n du n e v e n ，t h e s ed e t e r i o r a t et h el fo p e r i a t i o n s o ，i no r d e rt on o tt oi n c r e a s e t h eh e a tl o a do fc o n v e r t e r , e n s u r et h ee f f e c to fh e a t i n ga n dd e s u l f u r i z a t i o n ，a n dn o tt o e n l o n g a t et h et i m eo fp o w e rs u p p l ya n dr e f i n i n g ，a n dc o n s e q u e n t l ys a v ee n e r g y , d e c r e a s e c o n s u m p t i o na n dr a i s i n gl a b o u rp r o d u c t i v i t y , i ti sn e c e s s a r yt oo p t i m i z i n gt h ef i n a lc o n t r o lo f c o n v e n e ra n df i n do u tt h ec o n t r o ll e v e lo ft h ef i n a ls u l p h u rc o n t e n t ，t e m p e r a t u r e ，s l a gq u a n t i t y i n t ol a d l e e f f e c to fc o n v e r t e rf i n a lc o n t r o lo nr e f i n n i n go fl ff o rr e f i n i n gl o wc a r b o ns t e e l ( c 7 d ) a n dh i g hc a r b o ns t e e l ( 6 5 ) i nn o 1s t e e l m a k i n ga n dr o l l i n gf a c t o r yo fa n y a n gi r o na n ds t e e l g r o u p sl i m i t e dc o i sr e s e a r c h e d t h er e s e a r c hc o n t e n ta r ea sf o l l o w i n g ( 1 ) e f f e c to ff i n a lt e m p e r a t u r ec o n t r o lo fc o n v e r t e ro np o w e ri n p u t i n gt i m ea n dr e f i n i n g t i m eo f l f ； ( 2 ) e f f e c to ff i n a ls u l p h u rc o n t r o lo fc o n v e r t e ro np o w e ri n p u t i n gt i m ea n dr e f i n i n gt i m e o f l f ； ( 3 ) e f f e e to fs l a gq u a n t i t yi nl a d l eo np o w e ri n p u t i n gt i m ea n dr e f i n i n gt i m eo fl f t h ef o l l o w i n gm a i nr e s u l t sa r eo b t a i n e d ： ( 1 ) w i t ht h en n d e s u l f u r i z a t i o n e d h o tm e t a l ，l a d l et e m p e r a t u r ei nt h er a n g eo f 1 5 7 5 。c - 1 6 0 0 。c ( c o n v e n e rf i n a lt e m p e r a t u r ei nt h er a n g eo f1 6 3 5 。c - 1 6 6 0 。c ) ，f i n a ls u l p h u r c o n t e n tl e s st h a no 0 4 5 ，t h eh e i g h to fs l a gl e s st h a n13 0 m m ，i ti sn e e d n tt od e s l a g g i n gf o r e n s u r et h er e f i n i n gt i m es h o r t e rt h a n3 6 m i nw h e nm e l t i n gt h el o wc a r b o n 髓e e i ( c 7 d ) i n c o n v e r t e r , a n dt h el i q u i ds t e e lt e m p e r a t u r ec a nr e a c ht a r g e tt e m p e r a t u r ea n da tt h es a m et i m e t h ed e m a n do fp r o d u c t i o nc a nb es a t i s f a i e d t h u st h et e m p e r a t u r el o a do ft h ec o n v e r t e ri s n t i m p r o v e da sw e l la sp o w e rc a nb es a v e d ( 2 ) w i mt h eu n d e s u l f u r i z a t i o n e d h o tm e t a l ，l a d l e t e m p e r a t u r e i nt h e r a n g e o f 1 5 5 0 c - 1 5 7 0 c ( c o n v e r t e rf i n a lt e m p e r a t u r ei nt h er a n g eo f1 6 2 0 c - 1 6 4 0 。c ) ，f i n a ls u l p h u r c o n t e n tl e s st h a n0 0 4 6 ，t h eh e i g h to fs l a gl e s st h a n1 0 0 m m ，t h el fr e f i n i n gt i m ec a nb e c o n t r o l l e du n d e r3 2 m i nw h e nm e l t i n gt h es t e e lo f6 5 a tt h es a n l et i m e ，w h i l et h es u l p h u r i i i 东北大学硕士学位论文 c o n t e n tt a r g e ti so b t a i n e d ，t h ef i n a lt e m p e r a t u r et a r g e ti sr e a c h e dt o o s o ，t h ed e m a n do f p r o d u c t i o nc a r lb es a t i s f a i e d k e yw o r d s ：f i n a lt e m p e r a t u r e ；f i n a ls u l p h u rc o n t e n t ；s l a gq u a n t i t yi n t ol a d l e ；r e f i n i n gt i m eo f l f ；p o w e ri n p u t i n gt i m e i v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：昊垆尾 日期：2 。口f 、2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网一l 交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： i 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题提出的背景 第一章绪论 安阳钢铁集团公司( 以下简称安钢) 第一炼轧厂新建投产一座l o o t 转炉和一座1 0 0 t l f 钢包精炼炉。投产以来，生产基本顺行，但由于铁水没有预处理设备，铁水硫、磷含量 偏高、且不稳定，导致转炉终点控制水平较差，尤其是终点温度、终点硫波动大，给l f 精炼炉操作带来诸多不便，为解决这一问题，生产上不得不采用下列操作： ( 1 ) 增加转炉渣量，提高炉温，这样导致终点碳较低，终渣氧化性较强，回磷严 重，对炉村的侵蚀严重；同时出钢过程挡渣困难，出钢下渣严重； ( 2 ) 在转炉中只进行脱碳和脱磷，不苛刻要求脱硫，把脱硫的任务基本完全转嫁 于l f 精炼炉。 这样做的缺点是：在l f 炉造渣量较大，调渣困难，送电时间长，时常出现硫还没进 入规格，而温度已进入规格，甚至超出规格，不得不再加入渣料冷却，这样使得化渣难 度增大，冶炼周期长，甚至由于生产衔接问题不得不高温上钢。基于上述情况，有必要 结合实际情况，找出转炉终点控制、l f 精炼与生产衔接相匹配的平衡点，做到既不增加 转炉负荷，又能恰当地进行转炉终点控制，使l f 炉做到脱硫与升温相得益彰，基本同时 进入规格，而且又能满足生产需要。 1 2 课题研究的主要内容 本课题研究的主要内容是针对安钢第一炼轧厂冶炼低碳钢( c 7 d ) 和高碳钢( 6 5 ) 时转炉终点控制对l f 精炼的影响情况，主要内容有： ( 1 ) 转炉终点温度控制对l f 精炼周期及送电时间的影响； ( 2 ) 转炉终点硫含量控制对l f 精炼周期及送电时间的影响； ( 3 ) 转炉出钢下渣量对l f 精炼周期及送电时间的影响。 本课题在研究过程中，首先研究转炉终点温度控制对l f 精炼周期及送电时i 嘲的影 响，优化出送电时间最短、冶炼周期满足生产实际需要的最佳的转炉终点温度控制范围， 在此终点温度控制范围内，优化出合适的终点硫含量控制水平，然后在该终点温度和硫 含量的基础上找出转炉出钢过程的极限下渣量。 1 3 课题研究的目的及意义 l f 精炼炉的作用主要是通过电极加热、渣料、合金料加入、辅助以底吹氩等手段 实现对钢的糟炼。渣料的熔化其热量来源于钢水的物理热和电能转化的热量。当转炉出 钢钢水温度高时，既使能满足化渣需要，但仅依靠物理热和底吹氩搅拌，化渣速度较慢， 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 脱除氧、硫的速度也较慢，导致冶炼周期长，不能满足生产的需要，因此，必须依靠电 极的作用，依靠起弧使渣料快速升温，达到对钢液的快速精炼，但这样在出钢钢水温度 高时，势必使精炼炉上钢钢水温度高，影响连铸操作，这是生产中所不希望的，为满足 上钢钢水温度，就必须加入多的渣料进行冷却降温，这也不是生产中所希望的；若转炉 终点温度控制较低，则出钢后钢包温度也较低，精炼炉的化渣和钢水升温都必须依靠送 电升温，这样不仅导致冶炼周期长，而且送电时间也较长，浪费能源。由此可见。只有 把终点温度控制适中，做到既能保证化渣快，又不使钢水温度超出规格，同时又使送电 时间最短。 对转炉终点硫含量控制水平要求的高低不仅影响转炉的操作，而且也严重影响着 l f 的操作，在某种程度上，转炉终点硫含量就决定了l f 的各种经济技术指标的高低。 尤其是在铁水不经过预脱硫处理的前提下，要求转炉终点硫含量降得很低，这就要加重 转炉的操作负荷，严重影响转炉的经济指标，同时也使l f 不能发挥其脱硫的作用，失 去了设臀l f 的意义；但如果转炉终点硫含量控制得较高，将会加重l f 脱硫的负担， 使其渣量增大，送电时间加长，从而降低l f 的生产效率。由此可见，转炉终点硫含量 控制是否合适将严重影响精炼炉的各项经济技术指标，这就要求有必要找出转炉终点硫 含量控制的合适水平，做到既不加重转炉的操作负荷，又能充分发挥l f 精炼炉的作用， 做到在钢水硫含量脱除到符合要求的同时，钢水的温度和成份同时进入规格，既不浪费 渣料、能源，又能提高劳动生产率。 由此可见，转炉终点控制水平的高低对l f 精炼的影响很大，对其进行研究具有重 大意义。 2 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 转炉炼钢技术的发展 1 9 4 7 年，r 杜勒及同事在瑞士g e d a e n 钢厂的2 5 t 转炉上首次进行了向钢液面上 喷入高速氧流的试验，并于1 9 4 8 年3 月获得成功。同年，奥地利联合钢铁公司也在l 1 m 厂的2 t 和1 5 t 转炉上进行顶吹试验，于1 9 4 9 年1 0 月获得成功。1 9 5 3 年，奥地利的d o n a w 分厂也建成一座顶吹转炉炼钢厂，并投产成功，由此，这种顶吹氧气炼钢法被命名为 l d 炼钢法【i 2 】。l d 炼钢法具有生产效率高、建设投资少、钢水质量好、生产成本低等 优点，一经出现，就迅速在世界范围内推广，对世界钢铁的飞跃发展起到了决定性的作 用，是当代最主要的炼钢方法。 追溯世界转炉炼钢技术的发展史 3 1 0 】，可以分为：l d 基本技术的完善和转炉大 型化时代；转炉复合吹炼技术的开发与完善时代；高效、高自动化、高洁净度炼钢 时代。 2 1 1l d 基本技术的完善和转炉大型化时代( 1 9 5 3 年1 9 7 8 年) 这一时期，处于转炉炼钢技术的发展初期。技术完善的首要任务是安全、连续、稳 定地进行炼钢生产，并考虑生产能力的提高和品种的适应性，主要技术进步有 i h s ： ( 1 ) 氧枪的改进，由单孔喷头发展为多孔喷头； ( 2 ) o g 法转炉除尘、煤气回收； ( 3 ) 扩大对原料的适应性，如高磷铁水； ( 4 ) 品种扩大，从低碳钢冶炼到中、高碳钢的冶炼； ( 5 ) 提高炉龄，从开始的几十炉提高到上千炉； ( 6 ) 静态控制与副枪动态检测，使转炉基本实现由静态模型与动态模型相结合的 全过程控制炼钢； ( 7 ) 发明了底吹转炉。 随着基本炼钢技术的不断完善，提出了转炉的大型化，以获得更高的生产能力和经 济效益。因此，6 0 年代就出现了2 0 0 t - 3 0 0 t 的大型转炉，7 0 年代以后，2 5 0 t 3 0 0 t 的转 炉一直是世界转炉炼钢的主力炉型。 2 1 2 转炉复合吹炼技术时代( 1 9 7 8 年1 9 9 0 年) 底吹转炉发明后，人们发现，底吹工艺与顶吹工艺相比有明显的优点：熔池搅拌强 度大，脱碳速度快，碳氧反应更趋于平衡。同时，人们还发现，如果将底吹比降低到3 0 或更低，也能获得相同的冶金效果。全连铸的出现，对转炉炼钢在时间、温度、成分及 钢水质量等方面提出了更高的要求。因此，集顶吹、底吹为一体的复合吹炼技术引起了 3 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 高度重视，并由卢森堡阿尔卑德公司和法国钢铁研究院共同开发出顶吹氧、底吹惰性气 体的复吹工艺，即l b e 技术。随后，复吹技术迅速推广。顶底复合吹炼技术主要有0 9 - 2 7 l ： ( 1 ) 顶吹氧、底吹惰性气体工艺； ( 2 ) 顶底同时吹氧工艺； ( 3 ) 顶底复吹氧及喷吹燃料工艺。 转炉采用复合吹炼，明显改善了转炉终点操作，使吹炼后期渣反应更趋近平衡，磷、 硫分配比更高，终点钢水、钢渣氧化性的降低，不仅提高了钢水质量，而是有利于提高 炉龄。这一时期，转炉炉龄达到3 0 0 0 炉5 0 0 0 炉。 2 1 _ 3 高效、高自动化、高洁净度炼钢时代 随着钢材质量要求的日益增高，炼钢技术的发展重点就体现在长寿高效、计算机全 自动炼钢、高洁净度钢系统生产技术这三个方面。 ( 1 ) 长寿高效技术：溅渣护炉技术的开发与应用，使转炉炉龄提高到1 0 0 0 0 炉2 0 0 0 0 炉或以上，不仅大幅度降低了耐火材料消耗，更重要的是改变了传统的“三吹二”、“二 吹一”模式，大大提高了转炉利用率，实现了转炉的高效化，同时连铸技术的不断进步 促进了转妒高效化的进一步提高。 ( 2 ) 计算机全自动炼钢技术：成功应用静态模型、副枪及动态模型和终点磷、硫 预报技术，使转炉炼钢实现全过程自动控制，终点碳、温度双命中率可保持在9 0 或以 上，同时降低终点钢水氧活度，为洁净钢的生产奠定基础。 ( 3 ) 高洁净钢生产技术：提高钢的洁净度，可以明显改善钢的机械性能。如控制 轴承钢的t 【o 】 1 0 p p m ，轴承的寿命将大幅度提高；控制石油管用钢的【s 】 1 0 p p m ，可 以提高钢材抗h 2 s 腐蚀能力；控制钢中【e l + i n 5 0 p p m ，可以大幅度提高钢的深冲性能。 因而，洁净钢的社会需求日趋扩大。然而，人们通过大量的试验、研究，深刻认识到， 单纯依靠某工序的技术改造或进步无法完成洁净钢的生产，因此，“分阶段冶炼”的 系统技术得到了迅速发展，形成了新的、能大规模廉价生产洁净钢的生产体系。典型的 “分阶段冶炼”流程为：铁水三脱一转炉少渣冶炼一多功能二次冶炼一连铸保护浇铸和 中包冶金，不同冶炼方法的经济技术指标见表2 1 和表2 2 。纵观转炉炼钢技术的发展历 史可以看出，技术的进步始终围绕以下中心环节展开 2 8 枷】： 提高转炉生产效率； 提高钢水质量，满足日益苛刻的社会要求； 降低转炉炼钢的生产成本。 4 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 表2 1 部分生产技术经济指标 t a b l e 2 1s o m e t e c h n i c a la n de c o n o r i c i n d e xo f s t e e l m a k i n g 表2 2 部分生产技术经济指标 t a b l e2 2s o m et e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e xo fs t e e l m a k i n g 2 2 我国炼钢技术的发展 我国炼钢技术的发展和世界上炼钢技术的发展一样，经历了平炉、电炉、侧吹空气 转炉、顶吹氧气转炉和顶底复吹转炉的发展阶段，发展到今天，炼钢技术已经发生了巨 大的变化。就氧气转炉来说，可谓突飞猛进。自1 9 6 4 年我国第一座3 0 t 氧气顶吹转炉在 首钢建成投产以后，上钢一厂、二厂相继将原侧吹转炉改为氧气顶吹转炉，6 0 年代中后 期，我国自行设计、制造了攀枝花1 2 0 t 氧气顶吹转炉炼钢厂，并于1 9 7 1 年建成投产。 进入8 0 年代后，在改革开放方针政策的指引下，我国转炉炼钢进入了发展时期，1 9 9 6 年我国钢产量首次突破一亿t ，成为世界第一产钢大国。由于近几年民营钢铁企业的崛 起及国营大型钢铁企业设备的更新换代，我国钢产量迅猛发展，2 0 0 5 年粗钢产量已经突 破3 亿t 。我国转炉炼钢技术的发展主要经历了如下几个阶段 2 “”】： 2 2 1 转炉钢产量大幅度增长 2 2 1 1 转炉取代平炉获得优先发展，炉容向大型化发展 由于转炉钢的质量优于平炉钢，而且转炉的生产效率远远高于平炉，同时转炉能耗 低，甚至能实现负能炼钢，因此转炉迅速取代平炉成为炼钢的主要工具。2 0 0 0 年我国钢 产量为1 2 7 2 3 6 1 万t ，其中转炉钢为1 0 5 1 3 3 9 9 万t ，约占全国总产钢量的8 7 7 ，平炉 钢产量降至9 2 7 1 万t ，仅占总产钢量的0 7 7 ，5 年内转炉钢达1 1 0 0 万余t 。 转炉取代平炉后，转炉炼钢技术迅速发展，由于大容量转炉的效率高，生产成本低， 转炉的发展逐渐向大型化发展，公称容量为2 0 t 以下的转炉大量关、停或改造，并且随 着炉容的大型化，许多炼钢新技术在我国的应用迅速普及，使我国的钢铁水平有了质的 一5 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 变化，截止2 0 0 5 年底，我国国有大中型钢铁企业基本上都实现了炉容大型化，技术现 代化。 2 2 1 2 转炉炼钢为连铸技术发展创造了良好条件 转炉炼钢的迅速发展给我国连铸技术的发展提供了良好条件。众所周知，平炉炼钢 由于冶炼时间长，生产率低，难以与连铸生产配合。转炉取代平炉后，冶炼时间的大幅 度缩短为连铸的发展创造了良好条件，尤其是近几年转炉大型化及炉外精炼技术的发展 使连铸技术的发展有了更为广阔的空间。2 0 0 0 年我国连铸坯产量己达1 0 4 2 4 3 7 7 5 万t ， 连铸比为8 7 2 ，我国近几年的钢产量和连铸比见表2 3 。 表2 3 我国近几年的钢产量和连铸比 t a b l e2 3p r o d u c t i o no f s t e e la n dc o n t i n u o u sc a s t i n gr a t i oo f o u rc o u n t r yf o rr e s e n ty e a r s 转炉的大型化和连铸技术的迅速发展，为我国钢产量的迅速提升创造了有利的条 件，在此条件下，我国的钢产量得到了大幅度的提高，成为世界第一大产钢国。 2 2 2 初步形成了铁水预处理一转炉一炉外精炼一连铸的工艺路线 2 2 2 1 铁水脱硫能力的迅速增长 转炉的大型化和自动化技术在炼钢中的应用，迫切需要原料的稳定，以充分发挥转 炉的潜能，在这样的背景下铁水预处理技术在我国迅速发展起来，宝钢、鞍钢、武钢等 入炉铁水基本都实现了三脱处理，同时铁水预处理技术在全国迅速普及。 2 | 2 2 2 炉外精炼装置的设置 随着我国钢铁工业工艺的不断优化和国民经济发展对钢材质量要求的不断提高，各 转炉炼钢厂相继建设了炉外精炼装置，以便提高产品质量和增加高附加值产品。至2 0 0 0 年初步统计，各转炉钢厂己建成的各种炉外精炼装置己达8 2 台 套) ，处理能力约4 8 0 0 万t ，炉外精炼装置的精炼处理能力已达产钢量的4 0 左右，部分炉外精炼装置的台数 及处理能力如表2 4 所示。 6 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 表2 4 部分炉外精炼装置的台数及处理能力 t a b l e2 4t h e a m o u n ta n da b i l i t yo fs o m er e f i n i n gf a c l i t i e s 2 2 2 r 3 连铸技术的发展 随着我国钢铁产能的不断提高和对钢质量要求的越来越严格，模铸由于其自身的缺 陷已不能满足生产的需要，逐渐被连铸所代替，从而加速了我国连铸的快速发展，连铸 比逐年上升，我国近几年的连铸比如2 5 表所示。 表2 5 我国近几年的连铸比 t a b l e2 5c o n t i n u o u sc a s t i n gr a t i oo f o u rc o u n t r yf o rr e s e n ty e a r s 总之，随着我国转炉炼钢技术的不断发展，初步形成了铁水颈处理一转炉一炉外精 炼一连铸的工艺路线。 2 2 3 消耗指标有所降低 2 2 3 1 钢铁料消耗进入世界先进行列 近年来，我国钢铁料消耗逐渐降低，尤其是我国转炉实行大型化之后，该指标基本 进入世界先进行列，表2 6 为我国近几年钢铁料消耗统计 4 9 1 。 表2 6 近年来钢铁料消耗统计 t a b l e2 6s t a t i s t i co f c o n s u m p t i o n o f s t e e l f o rr e s e n t y e a r s 2 2 3 2 氧气消耗进一步降低 2 0 0 0 年对5 1 座转炉炼钢厂统计，吹炼过程氧平均单耗为6 4 m 3 t 钢，有些钢厂转炉 吹炼氧耗己降至5 3 m 3 t 钢左右，达到了国外同期的消耗水平。 2 2 3 - 3 转炉炉衬寿命大幅度提高 近年来我国转炉炉衬多采用镁碳砖综合砌炉，加强炉体维护，并推广运用溅渣护炉 技术，使炉衬寿命大幅度提高。2 0 0 0 年对重点转炉钢厂统计，平均炉衬寿命达2 6 4 1 炉， 7 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 其中武钢二炼钢转炉炉衬寿命己达1 9 2 3 8 炉。近几年我国主要炼钢厂转炉炉衬寿命见表 2 7 。 表2 7 转炉炉衬寿命及耐材消耗 t a b l e2 7c o n v e r t e rl i n i n gl i f ea n dr e f r a c t o r yc o n s u m p t i o n 2 2 3 4 转炉工序能耗进一步降低 1 9 9 9 年我国重点钢铁企业转炉厂工序能耗为3 0 8 3 k g r 钢标准煤，2 0 0 0 年为2 9 0 4 k g t 钢标准煤。其中武钢三炼，宝钢一炼、二炼由于对二次能源的回收，回收转炉煤气可达 1 0 0 m 3 t 钢左右，回收蒸汽可达3 0 k g t - t o o k g a 钢。因此，达到了转炉工序能耗为负值( 约 为3 k 叭钢标准煤) 。表2 8 为我国近几年转炉炼钢的工序能耗。 表2 8 转炉炼钢的工序能耗 t a b l e2 8p o w e rc o n s u m p t i o no f c o n v e n e rs t e e l m a k i n gp l a n t 2 2 4 新技术在炼钢生产中的应用 2 2 4 1 顶底复吹技术在转炉炼钢中的应用 我国大中型转炉基本上实现了顶底复吹工艺，到目前为止，武钢一炼、二炼、三炼， 宝钢一炼等厂家基本上复吹比均达到1 0 0 。但我国开发与应用溅渣护炉技术后，虽转 炉平均炉龄成倍提高，而复吹转炉底吹喷嘴寿命未能同步提高，造成复吹比降低，给采 用复吹工艺生产的炼钢厂造成很大困难。钢铁研究总院与武钢合作开发的“长寿复吹转 炉炼钢工艺技术”，使底吹喷嘴一次寿命与炉龄同步。 2 2 4 2 溅渣护炉技术在转炉炼钢中的应用 2 s s 3 溅渣护炉技术作为一项全新的、先进适用的技术在我国应用以来，取得了显著的效 果。2 0 0 2 年武钢二炼钢、莱钢转炉钢厂、三明钢厂相继创造了转炉溅渣长寿炉龄达到或 超过3 0 0 0 0 炉的我国炉龄新记录，特别是莱钢2 号转炉创造了3 7 2 7 1 炉的世界纪录。实 8 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 践证明，溅渣长寿炉龄具有高生产率、高质量、高效益的特点。 2 2 4 3 转炉全自动控制吹炼技术在转炉炼钢中的应用【5 4 0 7 l 转炉人工智能静态控制和动态控制自动化炼钢工艺在转炉炼钢中的运用，提高了转 炉冶炼过程和终点控制的准确性，显著地降低转炉物料消耗，提高劳动生产率。目前， 该技术在我国转炉上的应用还没有推广开来，现在能实现全自动控制吹炼的厂家有宝 钢、武钢三炼、济钢等厂家，但转炉人工智能静态控制自动化炼钢工艺可精确控制l o o t 以下的中、小型转炉欢炼终点，该技术的运用在我国较为普遍。 2 2 5 产品质量不断提高、高附加值产品有所增长 2 2 5 1 转炉钢己能批量生产离附加值产品 铁水预处理一转炉一炉外精炼一连铸的工艺路线使一些转炉炼钢厂己能批量冶炼 x 系列管线钢、镀锌板、i f 钢、耐候钢、压力容器、钢绞线、钢帘线等高附加值产品。 2 2 5 2 纯净钢、超纯净钢生产技术的开发 目前我国已有少数转炉钢厂己初步掌握了生产纯净管线钢的技术，有的厂家已经能 够生产 s _ 2 0 p p m 、【p _ 9 0 p p m 、 o 2 0 p p m 、i n s 3 5 p p m 、【h 5 2 p p m 的超纯净钢，最佳 纯净度p 、s 、n 、o 、h 总含量已达8 0 p p m 的水平，初步掌握了超纯净钢的生产技术。 某厂超纯净钢的典型化学成分如表2 9 所示。 表2 9 超纯净钢的典型化学成分 t a b l e2 9c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t y p i c a lu l t r a p u r i f i e ds t e e l 纯净钢的生产是运用多种冶金功能完成的，必须从冶炼工艺制度、耐材质量、辅助 材料、铁合金、保护浇注、中间包冶金等诸多方面进行研究，严格控制钢中夹杂物，完 善纯净钢连铸坯生产技术。 2 3 钢包炉精炼技术的发展 炉外精炼技术开发于2 0 世纪4 0 年代，最初仅对有特殊性能要求的钢种，在一次熔 炉后进入真空脱气处理装置或者将初炼钢水倒入具有感应加热和真空脱气功能的装置 中，进行重炼和脱气精炼。后来由于氧气转炉的发明和电弧炉炉容量的大型化，原来的 炉外精炼手段已跟不上发展的需要，冶金界迫切要寻找一种完整、可靠的钢液精炼手段， 并能适应冶金快速反应和炉型迅速增大的要求。于是产生了钢液在钢包中完成精炼工序 9 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 的先进技术即钢包精炼技术。 世界上首先推出钢包精炼技术的是瑞典的a s e a s k f 公司。1 9 6 1 年该公司开发了 这种全新的炉型。它的功能在于将三相电极加热的技术应用于对钢包中的钢液加热升 温，并将电磁搅拌装置安装在钢包的一侧或两侧，使钢液获得强烈的搅拌功能。当钢液 在加热工位或脱气工位时，钢液的搅拌可使钢液的温度均匀，成分均匀，并与钢渣产生 良好的混合反应。该炉型还配有排渣工位和补加合金的手段，堪称为当时最为完接的二 次精炼手段。 1 9 7 1 年日本大同特钢公司在a s e a s k f 精炼技术的基础上开发了l f 精炼法，该技 术大胆地把钢包底吹氩技术取代了钢包电磁搅拌，使钢液获得了搅拌功能，并具有电磁 搅拌同样好的脱硫、脱氧效果，更利于钢中夹杂物的碰撞长大、上浮。由于钢包底吹氩 技术比电磁搅拌装置简单而且容易操作，l f 精炼法逐渐取代了a s e a s k f 精炼技术。 后来，由于转炉挡渣出钢技术的日臻完善和电弧炉偏心炉底出钢技术的广泛应用， l f 精炼法中省去了a s e a 。s k f 法中的排渣工位，形成了世界上普遍选用的l f 或 l w v d 和l f r h 的钢液二次精炼技术。 在钢包精炼技术的开发过程中，还出现了v a d 或v h d 法，它的加热功能和脱气功 能设计在同一工位，要求三根电极在真空盖中上下移动，其密封技术要求很高，影响了 该技术的推广使用，而l f 精炼技术由于其独特的性能在世界范围迅速推广开来。 2 3 1 我国l f 精炼炉的发展 l f 炉是7 0 年代初期在日本发展起来的精炼设备。由于它设备简单，投资费用低， 操作灵活和精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀，在全世界得到了广泛的利用和发 展。 l f 炉精炼主要是靠钢桶内的白渣，在低氧的气氛中从钢包底吹氩气进行搅拌并由 石墨电极对经过初炼的钢液进行加热而精炼。由于氲气搅拌加速了渣钢之间的化学反 应，用电弧加热进行温度补偿，可以保证较长的精炼时问，从而可使钢中的氧、硫含量 迅速降低。 由于l f 精炼炉的冶金特性，它可以与电炉配台，以取代电炉的还原期，使电炉能 充分发挥其产能；还可以与氧气转炉相配合，生产优质合金钢，有的厂家把转炉作为初 炼炉只进行脱磷、脱碳，对钢液实现粗炼，而把脱硫转移到l f 精炼炉来进行，大大提 高了转炉的产能：尤其是现在在连铸迅速发展的今天，炼钢厂配备l f 精炼炉还有利于 钢水的生产调度，在生产组织中起到调节生产节凑的作用。 在我国，随着连铸比的大幅度提高，l f 也迅速地发展起来。l f 所处理的钢种几乎 涉及从特钢到普钢的所有铜种。生产中可视质量控制的需要，采用多种不同的工艺操作 制度；工艺布局中按产品需要进行不同配套组合，满足最终产品质量控制的要求。 经过冶金工作者的不断努力，我国l f 炉的发展水平有了较大的进步，经l f 生产 的钢可以达到很高的质量水平，具体情况如下： 一1 0 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 ( 1 ) 脱硫率8 0 以上； ( 2 ) 可生产出硫含量0 0 1 以下的钢。如果处理时间充分，甚至可达到含量o 0 0 5 以下的水平： ( 3 ) 可以生产高纯度钢，钢中央杂物总量可降低5 0 ，大颗粒夹杂物几乎全部能 去除；钢中含氧量可达到2 0 p p m 3 0 p p m ； ( 4 ) 钢水升温速度可以达到4 。c m i n 5 m i n ： ( 5 ) 温度控制精度士3 * c , - & - 5 ； ( 6 ) 钢水成分控制精度高，可以生产出诸如 c 士00 l 、【s i 士0 0 2 、【m r o = i ：0 0 2 等元素含量范围很窄的钢。 尽管如此，我国的钢质量与国外先进国家相比还有很大的差距，要赶上先进国家还 有很远的路要走。 2 3 _ 2 我国l f 精炼炉的发展前景 在近十多年以来，我国冶金工业在强调发展连铸方面有飞速的发展，在我国“八五”、 “九五”发展规划的推动下，我国的连铸比每年都以5 - 6 个百分点的速度提高，到2 0 0 4 年我国的连铸比己达9 4 以上，被称为连铸强国。但从冶金技术的整体水平比较，我国 钢液的纯净度和成品的内在性能方面尚有不足，尤其是在特殊钢的生产方面差距表现更 为突出，部分钢还必须进口。这主要是由于我国的精炼技术与国外相比相差较大。由此 可见，在提高我国的精炼搜术和提高钢的质量上还有待于进一步提高。 就我国精炼炉的数量和钢液的精炼比而言，目前还没有特别精确的数字，从我国拥 有的具有加热功能的炉外精炼设备，估计精炼能力只占粗钢的2 0 - - 3 0 。但近年来我 国精炼炉的发展迅速，特别是l f 精炼炉的发展更为迅速，新建的钢厂基本上都有l f 精炼设备，在改造中的老企业也纷纷建设了l f 精炼炉。但要正常使用和理顺生产以发 挥其产能还有很长的路要走，尤其是部分企业还停留在仅仅是用l f 炉来处理低温钢或 者作为调节生产节凑的手段来使用，还没有把l f 炉用在提高钢的质量上来。 随着中国经济逐步与世界接轨，将来钢铁产品的竞争将会越来越激烈，只有充分发 挥精炼的作用，提高工艺技术水平，去开发新的品种，不断提高钢的质量，才能在钢铁 市场的竞争中立于不败之地，这意味着我国的钢包精炼装备和工艺技术有着广阔的发展 前景，既然如此，就有必要对钢包精炼炉与初炼炉的搭配及其工艺控制进行研究，探索 出适合我国生产实际的工艺控制方法，从而促进我国钢铁产品的市场竞争力。 2 3 3 我国l f 钢包炉与转炉的搭配及工艺控制 我国l f 钢包炉与初炼炉的搭配总体上来说经历了以下过程。随着人们对钢的数量 和质量要求的不断提高，迫切需要把电炉较长的冶炼周期缩短，以提高产量，但又不降 低电炉钢的质量，并且要逐渐提高钢的质量，在这样的背景下，出现了以a s e a - s k f 为主流的钢包精炼炉，与电炉搭配以取代电炉的还原期，从而缩短了电炉的冶炼周期， 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 并且使钢的质量不断提高，由于a s e a s k f 中的电磁搅拌成本较高，更为重要的是由于 氩气的大量生产，提供了对钢液搅拌的廉价的气源，取代钢包炉中的电磁搅拌，这就是 l f 炉，从此电炉与l f 炉的搭配在生产实际中迅速发展起来，成为比较盛行的工艺路线。 后来，髓着氧气顶吹转炉的出现，钢产量迅速提高，但氧气转炉生产的钢氧含量高，再 加上转炉脱硫率低，不能满足人们对钢的质量的要求，而且品种比较单一，于是人们把 与电炉搭配的l f 炉移植到转炉生产车间，以解决转炉的上述缺陷，从而不仅提高了转 炉钢的质量而且也扩大了转炉的品种，从此，转炉一l f 炉相搭配的生产线普及开来。 目前我国转炉炼钢厂基本都配有l f 精炼炉，国内典型钢厂经l f 处理的钢种及配置情 况见表2 1 0 。 表2 1 0 典型钢厂经l f 处理的钢种及配置情况 t a b l e2 1 0t y p i e so f s t e e l sb yl fa n df a c i l i t i e so f t y p i c a ls t e e l m a k i n gp l a n t 宝钢电炉油井管、高压锅炉管、管线钢 武钢一炼硬线钢、弹簧钢、焊丝等 攀钢优碳钢、深冲钢、低合金 上钢五厂弹簧钢、调质钢、高压锅炉管 包钢重轨钢、管线钢、优碳制 鞍钢一炼熏轨钢、低台金、优碳钢 润忠 2 0 、4 5 、2 0 m n s i 南京钢厂4 5 、8 0 、8 2 b 钢 1 5 0 2 2 + 2 0 4 5 73 - 5 2 5 - - 4 0 1 0 01 8 4 0 0 4 53 6 1 2 02 0 4 0 0 - 22 4 3 4 1 0 0l8 3 53 0 8 0 * 21 4 + 2 0 4 0 04 - 53 3 - 3 5 1 0 0 * 21 64 0 03 53 7 1 0 01 354 0 03 - 52 0 2 5 7 01 2 + 2 0 3 - 52 0 3 8 注：张家港润忠公司、南京钢厂为l f 在线布置，其余钢厂为离线布霞。 在转炉与l f 炉相搭配的工艺路线中，各厂的生产条件不同，转炉与l f 炉的工艺 控制不同。有铁水预处理的厂家，l f 炉作为成分、温度微调的手段，对钢水进行脱氧 及夹杂物的排除：没有铁水预处理的厂家，由于转炉脱硫效率低，再加上铁水硫的波动， l f