宝钢电炉工艺体系的主要进展.doc

宝钢电炉工艺体系的主要进展顾文兵刘晓杨宝权Main Advance on Electric Arc Furnace Technology at Baoshan Iron and Steel Gu Wenbing, Liu Xiao and Yang Baoquan(Baoshan Iron and Steel (Group) Corporation, Shanghai 200941) 宝钢电炉炼钢厂主要装备有150 t超高功率双炉体直流电弧炉、150 t钢包精炼炉及真空脱气装置和高拉速六流圆方坯兼容弧形连铸机及相应配套设施，于1997年6月投产。产品规格：153、178圆坯和160方坯，圆坯钢种主要用于生产各类油井管、锅炉管等，方坯钢种主要为各类弹簧钢、冷镦钢、预应力钢等。1设备概况宝钢电炉厂主要由一台双炉体的超高功率直流电弧炉(表1)、钢包精炼炉-LF(表2)、真空脱气装置-VD(表3)，六流圆方坯兼容的弧型连铸机以及相应配套设施组成。电炉从法国CLECIM公司引进，精炼及连铸设备是从意大利的DANIELI公司引进。设计规模为年产钢水100万t、连铸坯96 万t。表1宝钢电弧炉的主要技术参数Table 1Main technical parameters of electric arc furnace at Baoshan电炉公称容量/t150留钢量/t40变压器容量/MVA99底电极根数3石墨电极直径/mm711出钢方式偏心炉底出钢(EBT)表2钢包炉的主要技术参数Table 2Main technical parameters of ladle furnace钢包炉容量/t150最小处理量/t90变压器容量/MVA22极心圆直径/mm750电极直径/mm457升温速度/.min-14.4表3真空脱气装置的主要技术参数Table 3Main technical parameters of vacuum degassing device真空脱气装置型式罐式真空抽气能力/kg.h-1320极限真空度/Pa40真空泵型式5级蒸汽喷射泵工作真空度/Pa66.7抽气速度6 min(从大气压到66.7Pa)2直流电弧炉水冷钢棒式底电极具有允许电流强度大及结构简单的优点，特别是通过调节底电极的电流值能在不同的冶炼阶段人为地控制弧偏转以改善炉内温度分布即动态控弧。动态控弧是直流电弧炉领域具有重要意义的前沿研究课题，而对宝钢电炉而言则尤为重要，因其炉膛直径偏大、变压器功率相对偏低，导致EBT区形成冷区，容易使出钢发生困难。因原设计所设置的电流变化幅度为5%，理论计算和观察均表明此种程度的偏转量所带来的温度效应还不明显。我们在实践中发现增加电流变化幅度并不会导致供电系统方面的问题，对直流电的品质亦无明显影响。另一方面，实际冶炼过程中电弧并非固定于某一方向，而是发生着高速的跳跃与旋转，这是电磁力、机械力等以复杂的机制造成的结果。因此，考察弧偏转效果只能是动态的，可以通过水冷炉壁的出水温度分布来实现，目前正尝试适时地采集水冷炉壁温度并以一定的算法进行数据处理，从而对弧偏转效果获得定量的了解。2.1主原料优化宝钢电炉使用废钢、铁水和生铁。废钢方面，采取了分选、剪切、打包等预先处理手段，并按照成本、钢种成分要求以及分层布料原则(可以方便冶炼及防止损坏炉底)对废钢种类及加入量进行优化配料。铁水方面，设计铁水比为30%，但因目前废钢价格高于铁水，故要求提高铁水比。目前所见的铁水兑入方式一般有两种，其一：在渣门处放置一个带斜槽的可走行中间斗，铁水倒入此斗后通过斜槽从渣门入炉；其二：打开炉盖后用铁水包直接将铁水从炉子上方倾倒入炉，宝钢电炉为后一种方式。在谨慎试验的基础上，我们提出了一套可至少缩短冶炼周期10 min的兑铁方案，即改变原来先通电穿井再兑铁水的方式(此为设计方式且国外样板厂及其它厂家均为此方式)，而采用废钢入炉后直接兑铁水的方式。此方案在1998年3月底被采用，并产生了极为可观的效果，而最高日产量22炉的诞生与此也不无关系。改变兑铁水方式，更为重要的效果是可以实现双炉同时吹炼，从而真正体现一电双炉的优势(即不仅提高变压器利用率，还提高炉壳利用率)。改变兑铁水方式后，可以方便地增加铁水比，即采用倒两罐铁水的方式使入炉铁水达到7080 t(铁水比达45%50%)。最近，在兑入72 t铁水的前提下创造了最短的冶炼周期即45 min和最低吨钢电耗即230 kWh/t的记录。由于宝钢电炉配备了功能强大的供氧系统，在增加铁水比的前提下，吹氧时间可进一步提前，即做到电炉转炉化，并实现通电期间全程泡沫渣冶炼。2.2标准冶炼模式全连铸炼钢厂中，生产顺行的最重要因素是每个工位的可控性，而在EAF+LF+VD+CCM生产线上EAF则最难以做到完全可控。为此，建立EAF冶炼标准工艺模式并进而实现定量或模式化炼钢是极为重要的。经反复实践与总结，已初步形成包括主原料加入、供电、吹氧、石灰加入与碳粉喷吹等内容的标准工艺模式，且在不同的生产条件下推出不同的标准工艺模式(图1)。图1冶炼标准工艺模式Fig.1Standard process mode of steelmaking3二次精炼3.1硫的控制LF高碱度白渣、强还原性气氛及良好吹氩搅拌，保证S低于5010-6；经VD处理，在高真空条件下渣钢充分混合搅拌，保证S低于3010-6；采用双渣法，保证S低于1010-6(图2)。图2某些炉次各冶炼期钢水硫含量的变化Fig.2Variance of sulphur content in steel at each steelmaking period for several heats3.2磷的控制电炉保证终点P在4010-67010-6;采取控制下渣的办法可使钢包中少甚至无氧化渣(必要时也可扒渣)；选用低磷铁合金使精炼过程中的回磷减少。目前冶炼成品P0.010%的钢种均无大的困难(图3)。图3某些炉次各冶炼期钢水磷含量的变化Fig.3Variance of phosphorus content in steel at each steelmaking period for several heats3.3氮的控制宝钢电炉在冶炼低氮钢方面的尝试已取得良好的效果：电炉冶炼时从原料到出钢全过程的措施保证低的终点氮含量；LF全程埋弧操作使增氮量维护在较低的水平；VD过程采取延长高真空处理时间可使脱氮率达到30%50%(图4)。图4某些炉次各冶炼期钢水氮含量的变化Fig.4Variance of nitrogen content in steel at each steelmaking period for several heats3.4非金属夹杂物控制LF强的脱氧能力、良好的搅拌条件、自行开发的专用合成渣吸附夹杂物的功效、钙处理对夹杂物的变性作用、VD过程中夹杂物上浮的有利的动力学条件等等，使得钢水非金属夹杂物含量控制在一个低的水平，特别是Altot-Alsol总能维持在0.001%0.002%范围。表4为钢中夹杂物大小的定量分析。表4钢中夹杂物大小的定量分析Table 4Quantity analysis of inclusion size in steel序号面积/m2长度/m宽度/m长宽比115.55.64.21.3210.64.82.91.6315.16.63.41.945.93.22.41.352.41.91.61.265.83.42.11.6713.24.83.71.33.5氧的控制目前钢水中全氧含量波动较大，氧的控制将是我们今后工作的重点。4结束