RH设备国产化

RHRH 精炼技术的发展及现状精炼技术的发展及现状 走走自主设计和技术创新之路自主设计和技术创新之路 中国重型机械研究院炉外精炼研究所 董伟光 任彤 摘要 阐述了 RH 钢水真空精炼技术及设备的开发 发展及现状 介绍了几种主要工艺技术的特点和发展趋势 对国内 RH 精炼技术同国外技术之间进行了比较 讨论了国内如何通过自主设计和技术创新来成套 RH 设备的必要性和成功范例 关键词 RH 顶枪 RH 0B RH KTB RH MFB 真空循环脱气 一 引言 1959 年西德鲁尔钢公司 Ruhrstahl 和海罗尔斯公司 Heraeus 共同开发了 RH 钢水真空循环脱 气 工艺 距今已有近五十年的发展历史 随着 RH 精炼功能的不断扩大 已经从一个单纯的脱氢设备变 成了一个多功能的炉外精炼设备 真空循环处理特别适用于大批量钢水的快速处理 其快速处理的特点 使它可以与转炉及连铸的快节奏相配合 由于真空循环处理方法的优点 使它成为当今发展最快的炉外 精炼设备之一 二 RH 技术的发展 当初 开发 RH 的主要目的是对钢水进行脱 H2处理 以防止钢中白点的产生 因而 RH 仅用于处理对 气体有较严格要求的钢种 如大型锻件用钢 厚板钢 硅钢及轴承钢等 由此造成 RH 应用范围很有限 上世纪六十年代 国内也曾引进过小型 RH 设备如上海重型机器厂和大冶钢厂 当时从世界范围内说 RH 的总体水平还不高 这二台设备 处理的钢种以电炉冶炼的合金结构钢为主 也有部分轴承钢等其它钢 种 此后的很长时间内 RH 技术在国内一直在原地踏步不前 而国外在这一时间段内 RH 技术有了飞跃的 发展 日本引进 RH 技术的时间仅比我们早几年 但在 RH 技术的发展和完善过程中却起到重要作用 1963 年日本引进第一台 RH 设备后 进行了大量的研究工作 在脱氢的基础上又开发了脱碳 脱氧 吹氧升温 喷粉脱硫和成分控制功能 使改进后的 RH 法能进行多种冶金操作 大大提高了 RH 的处理能力和处理效 果 更好地满足了增加处理钢种和提高钢材质量的要求 开发主要的技术有以下几点 1 RH 吹氧技术 1 1RH OB 真空吹氧技术 1972 年新日铁 Muroran 厂依据 VOD 法生产不锈钢的原理 开发了 RH OB 真空吹氧技术 顺利地生产出含铬不锈钢 之后新日 铁 Qita 厂在此基础上发展了 RH OB 真空精炼工艺技术 利用 RH OB 真空吹氧法进行强制脱碳 加铝吹氧升温等技术 从而减轻了转炉负 担 提高了转炉作业率 降低了脱氧铝耗 宝钢 85 年引进投产的 300 吨 RH 即采用了 RH OB 技术 可处理几十多个钢种 因为脱碳速 度高 RH OB 技术得以迅速推广 但同时该技术也存在 OB 水冷喷嘴 寿命低 降低了 RH 设备作业率 喷溅严重 真空室结瘤严重 需 花费大量时间清理冷钢 增加了辅助作业时间 对真空泵抽气能力 要求较高等 这些问题阻碍了其进一步的应用 1 2 RH KTB 真空吹氧技术 1986 年 日本川崎制铁 现 JFE 为满足汽车工业对超低碳钢深 冲性能的进一步要求 努力降低钢中的含碳量 以保证其具有良好的 塑性 拉伸性 在其千叶厂开发了顶吹氧的 KTB 技术 如下图所示 该装置在生产超低碳钢时显示出了极大地优越性 转炉出钢终点碳由 200 300ppm 提高到 400 500ppm 由于在 KTB 吹氧脱碳过程中产生 大量 CO 气体 在钢液面上方与 O2 混合后产生二次燃烧 释放出的热 量即可以使耐火耐火材料表面保持较高的温度 减少冷钢的粘结 又 可以补偿钢水的热损 可降低转炉出钢温度 同 RH OB 技术相比吹氧 脱碳时飞溅减少 真空槽结冷钢现象减少 减少了 Ar 的消耗 使用 更加灵活 简便 使 RH KTB 技术得以迅速推广 川崎制铁的千叶厂和水岛厂 6 台 RH 均加装了 KTB 设备 我国宝钢 1995 年引进的 250 吨 3 RH 武钢二炼钢 80 吨 2 RH 也采用了 RH KTB 技术 1 3 RH MFB 真空吹氧技术 出于竞争的要求 继川崎制铁开发 KTB 技术之后 新日铁于 1992 年开发了 RH 多功能烧嘴 即 MFB 真空顶吹氧技术 并于 1993 年 8 月在其广畑建成第一台 RH MFB 设备 该技术冶金功能类似于 KTB 可进行吹氧脱碳及加铝升温的操作 在真空吹氧的基础上增加了吹燃气功能 即在处理过程中吹入 一定量的燃气和氧气进行燃烧反应达到加热钢水的目的 在处理间隙可对耐材表面进行加热 使之保持 一定的温度 避免处理是冷钢的粘结 我国攀枝花钢铁公司 1997 年引进的由 MESSO 公司提供的 130 吨上 动式 RH 设备上装备了该技术 MESSO 公司购买了新日铁公司的许可证 1 4 RH MESID 真空吹氧技术 在购买了新日铁公司的许可证之后 MESSO 公司于 1994 年 9 月在示范厂比利时 SIDMAR 厂投入使用的 RH 设备上安装了其开发的 MESID 喷枪技术 该技术与 MFB 的区别在于采用吹氧是采用脉冲气流工作 从 而减少氧气流对真空室内钢液面的影响 同时 该设备具备喷粉功能 可在处理过程中向熔池表面喷吹 用于脱硫的固体混合料 这对生产对终点硫有限制的低碳钢来说尤其重要 我国宝钢 1999 年 9 月投产的 一炼钢 2 RH 即采用了该技术 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 46 03 0 48 05 0 50 08 0 52 10 0 54 12 0 56 15 0 58 17 1 00 19 1 02 22 1 04 24 1 06 26 1 08 29 1 10 31 1 12 33 1 14 36 1 16 38 1 18 40 1 20 43 O2 CO CO2 MESID 枪原理图 MESID 枪冶炼 IF 钢废气成分图 2 RH 喷粉技术 2 1 RH PB 喷粉技术 1987 年新日铁名古屋厂开发成功了 RH PB 法 不仅进行脱氧 脱硫 S 10ppm 还可以用来冶 炼超低磷钢 该设备是在原有的 RH OB 基础上增加了一套喷吹装置 利用原有的 OB 喷嘴通过载气将粉剂 吹入钢液 不影响原 RH OB 的冶炼效果 该厂采用 RH PB 法处理钢水在初始 S 20 30ppm 的情况下 喷吹脱硫剂 4 t 终点 S 为 5ppm 初始 P 150 300ppm 的情况下 处理结束终点 P 20ppm 2 2 RH KPB 技术 川崎制铁公司在原有 RH KTB 技术基础上增加了喷粉功能 同样拥有脱硫 脱磷功能 该装置采用顶 枪喷粉 具有如下特点 1 无喷嘴堵塞问题 2 无耐火材料消耗 3 因无钢水阻力 载气量较 小 武钢 2 RH 采用了该技术 在高牌号取向硅钢的生产中取得良好效果 2 3 RH MFB 的喷粉技术 新日铁公司在其 MFB 枪上开发的喷粉技术 其特点是利用燃气作为载气 同时利用燃气通道作为粉 剂喷吹的通道 粉剂在熔融状态下喷入钢液 粉剂不会被抽走 提高了利用率 并减少了钢水的温降 2 4 RH MESID 枪的喷粉技术 如图所示 MESID 枪在开发时即带有喷粉功能 与 MFB 所不同的是在燃气通道中又加入一根钢管作为粉剂 喷吹的通道 载气为氩气或氮气 表 3 RH MESID 枪的喷粉脱硫效果 原始硫 目标硫 脱硫剂消耗 t 喷吹时间 mine 温降 0 0060 0034 59 28 0 0050 001613 36 MESID 枪喷粉系统原理图 三 三 RH 技技术术的的现现状及状及创创新新 3 1 工艺技术的现状 RH 技术发展到今天 不论是 KTB MFB 还是 MESID 枪 均具备诸如吹氧脱碳 加铝升温 喷粉脱硫 磷及吹燃气加热的功能 各家的区别仅是设备结构方面的不同 其基本工艺中大都包括先行处理工艺 本处理 脱氢 工艺 深脱碳 脱碳本处理 工艺 轻处理和中间处理工艺 深脱氧工艺喷粉工艺等 正确地选择和组合这些基本工艺 合理地制定不同钢种的处理方法 真空度 真空下保持时间和循环次 数 环流气体流量的变化 顶吹供氧量 喷吹粉剂成分及数量等 即可生产大多数高附加值钢种 如 IF 钢及 DI 材等超低碳钢 冷轧取向和无取向硅钢 管线钢 合金结构钢 弹簧钢 轴承钢 SPCC 类一般深 冲用 焊接高强度钢 耐候钢 锅炉及压力容器用钢等 表 1 不同 RH 处理方法冶金效果比较 处理方法 对比项目 RHRH OBRH KTBRH MFBRH MESID 主要冶金功能真空脱气 H 减少 杂质 均匀温度和成 分 同 RH 功能 并能够加 热钢水 吹氧强制脱 碳 同 RH 功能 能够吹氧 强制脱碳 利用二次 燃烧提高钢水及真空 室耐材温度 可喷粉 脱硫 同 RH 功能 能够吹氧 强制脱碳 利用吹入 煤气燃烧提高钢水及 真空室耐材温度 可 喷粉脱硫 同 RH 功能 能够吹氧 强制脱碳 利用吹入 煤气燃烧提高钢水及 真空室耐材温度 可 喷粉脱硫 处理效果 H 2ppm 去氢率 50 80 N 40ppm 去氮率 15 25 O 20 ppm 减少夹杂物 65 以上 同 RH 且可以使终点 C 30ppm H 1 5ppm N 40ppm O 20ppm C 20ppm H 1 5ppm N 40ppm O 20ppm C 20ppm H 1 5ppm N 40ppm O 20ppm C 20ppm 吹氧方式无侧吹顶吹顶吹顶吹 处理时加热方式加铝 吹氧升温加铝 吹氧升温加铝 吹氧升温 二次燃烧 加铝 吹氧升温 燃气加热 加铝 吹氧升温 燃气加热 真空室加热无侧部烧嘴侧部烧嘴顶枪吹燃气顶枪吹燃气 下表为某 300 吨 RH 招标时各家的参数比较 由此可看出目前 RH 设备的冶金效果及装备水平 表 2 RH 工艺方案比较表 投标单位 方案 中国日本欧洲备 注 真空排气系统 2E 3B 3C O 5Torr 1000kg h 2E 2B 3C O 5Torr 1000kg h 2E 3B 3C O 5Torr 1000kg h 真空槽系统整体真空槽 环流管内径 750mm 真空槽内径 2584mm 热弯管形式 整体真空槽 环流管内径 700mm 真空槽内径 2400mm 热弯管形式 整体真空槽 环流管内径 750mm 真空槽内径 2300mm 热弯管形式 顶枪系统水冷带煤气加热氧枪 加热 吹 氧 水冷带煤气加热氧枪 加热 吹 氧 水冷带煤气加热氧枪 加热 吹 氧 合金系统20 个20 个16 个 预加热系统烘烤盖 预热枪侧枪型烧嘴烘烤盖 钢包顶升系统钢包液压顶升钢包液压顶升钢包液压顶升 水处理系统 有完整的水处理介绍 三电控制系统L1 L2 完整的控制系统及数学 模型 L1 L2 完整的控制系统及 4 个 数学模型 L1 L2 完整的控制系统 备 注16 根吹氩管 不带真空泵自动清 洗 18 根吹氩管 带真空泵自动清洗16 根吹氩管 带真空泵自动清洗 表 3 RH 功能比较表 投标单位中国日本欧洲备 注 功 能 脱 H 脱 C 脱 O 成分 温度调整 升温 Ca 除处理 同左同左 表 4 主体设备比较 表 4 1 RH 真空排气系统 投标单位中国日本欧洲备 注 真空泵能力 1atm 0 5torr 3 5min 0 5torr 1000kg h 60torr 7000kg h 蒸汽耗量 32t h 水耗量 1800t h 冷却水温度 35 1atm 1torr 3 5min 0 5torr 1000kg h 50torr 3000kg h 100torr 5000kg h 蒸汽耗量 35t h 水耗量 1785t h 冷却水温度 35 1atm 0 76torr 3 5min 0 5torr 1000kg h 50torr 5000kg h 蒸汽耗量 32t h 水耗量 1600t h 冷却水温度 35 特征 有预抽真空 不带真空泵自动清洗功能 蒸汽压力 1 2 1 4 MPa 无预抽真空 真空泵带自动清洗功能 蒸汽压力 1 5 减为 0 8MPa 气冷器设计不合理 有预抽真空 不带真空泵自动清洗功能 蒸汽压力 1 6MPa 表 4 2 RH 真空槽系统 投标单位中国日本欧洲 以环流速度通用计算式 Q 3 8 10 3 Du0 3 Dd1 1 G0 31 Hf0 5 t min 式中 Du cm Dd cm G Nl min Hf cm D 75 G 3500 H 1 49 Q 244 t min D 70 G 3500 H 1 49 Q 221 t min D 75 G 3500 H 1 49 Q 244 t min 真空槽内径 mm 2584 2400 2300 表 4 3 RH 顶枪 预加热系统 投标单位中国日本欧洲 顶枪系统 功能 煤气加热 吹氧脱碳 加 AL 升温 功能 煤气加热 吹氧脱碳 加 AL 升温 功能 煤气加热 吹氧脱碳 加 AL 升温 预热系统形式 烘烤盖 烧嘴 预热枪 形式 侧面烧嘴 形式 烘烤盖 烧嘴 由上表可以看出 目前国际上 RH 的设计思路趋于一致 主要有以下几点 1 采用顶枪工艺 各家均采用了不同结构的水冷氧枪来达到吹氧脱碳 加铝升温 吹燃气加热耐材 清除冷钢等目的 而且均可以按要求增加喷粉功能来完成脱硫要求 目前脱碳保证值大多按小于 15ppm 而实际生产中可 达到 10 ppm 以下 脱氢保证值大多按小于 1 5ppm 而实际生产中可达到 1 0 ppm 以下 脱硫保证值大多 按小于 20ppm 而实际生产中可达到 15 ppm 以下 吹燃气保证值大多按升温至 1450 加热温度 50 h 单单从冶金保证值上国内已和水平已经达到国际一流水平 2 采用大抽气量真空系统 水蒸气喷射泵系统或水蒸气喷射泵 水环泵系统 真空泵系统是 RH 精炼设备中的核心设备 通常选择水蒸气喷射泵作为抽真空的设备 除大型企业水 蒸汽资源丰富之外 还因为水蒸气喷射泵抽气量大 最高可达 1000kg 小时以上 对被抽介质的粉尘含 量 温度 有无腐蚀性气体等无很高的要求 工作安全可靠 运转费用低廉 操作维修方便等原因之故 在蒸汽量不足无法平衡时 为减少水蒸汽的消耗 可用水环泵代替最末一级水蒸汽喷射泵 设备能力方 面 极限真空和工作真空也基本上是一致的 25Pa 和 67Pa 所不同的是各家的抽气曲线略有不同 但 抽气时间的要求大家是一样的 带预抽 3 5mine 不带预抽 4mine 由于连铸技术的快速发展 铸机拉速提高 连浇炉数增加 对 RH 设备的处理周期提出了更高的要求 为减少处理周期 提高真空泵的抽气能力 减少系统的体积均可提高处理速度 但二者本身又是相互矛 盾的 这就要求设计中必需进行大量的优化 同时 增加抽气能力和减少能源消耗也存在相同的问题 如何平衡之间的关系是非常重要的 不同容积抽气系统的脱碳曲线及压力变化曲线 加大环流速度和脱气面积 由于处理周期的要求 在真空室设计时 在钢包口径允许的情况下 不影响测温取样 尽量加大浸 渍管 真空室内径 适当加大环流气体量 环流气体量的增加会加剧钢液的飞溅 250 300 吨的 RH 设 备浸渍管内径达到 750mm 有的可达 780mm 真空室内径可达 2550 2600mm 环流气体量可达 4000l mine 不同直径浸渍管的脱碳曲线 不同氩气吹入量的脱碳曲线 增加喂丝吹氩功能 针对某些钢种的要求 为改变钢水中夹杂物形态 在 RH 真空处理结束后进行喂 Si Ca 丝并吹氩搅拌 喷粉脱硫 在冶炼对硫含量有要求的钢种时 为进一步降低钢液中硫含量 有些钢厂要求 RH 具备脱硫功能 但 由于受喷入粉剂量的限制 RH 脱硫的效果并不十分理想 仅作为一种补偿手段 另外 由于铸机的速度发展很快 单台 RH 对一台高效连铸机时不能满足连浇要求 为达到炉机匹配 的要求 设计中采用了不同形式的双工位设计 即设两个处理工位 共用一套真空系统 两套顶升装置 液 压系统共用 如下图所示 气冷器 真空槽真空槽 No 2控制泵 高压过滤器 No 1控制泵 高压过滤器 TS 6131 No 1主泵 6131 M C Z 6131 电磁溢流阀 SV O 电磁单向阀 高压过滤器 No 2主泵 6132 M C Z 6132 电磁溢流阀 SV O 电磁单向阀 高压过滤器 电磁单向阀 油箱 TS 6132 双筒过滤器 双筒过滤器 No 1循环泵No 2循环泵 水冷却器 电加热器 S No 3主泵 6133 M C Z 6133 电磁溢流阀 SV O 电磁单向阀 高压过滤器 电磁单向阀电磁切换阀 DN50 DN50 机械冷却水进水总管 机械冷却水回水总管 3 2 机械设备的现状 国内早期引进的 设备如大冶钢厂 武钢二炼钢 宝钢一炼钢 机械 电气 仪表设备均 由外方整体供货 后期的如宝钢 鞍钢 本钢 攀钢 等都采用了外方 整体负责 国内制造分交的供货方式 宝钢 第一次采用了国内技术总负责 关键设备引进的方式 由西重所设计液压系统 钢包车 真空槽移送台车等在线设备 开创了国内自主设计 成套设备的先 河 梅钢 上钢一厂 仅仅引进了国外的成套顶枪技术 其它主体设备设计均由西重所设计 宝钢 改造及 建设中则只是购买了枪体 其它均由国内自主完成 而由西重所成套供货的莱钢 已经完全由国内设计 制造 完全没有外方的影子 下面就几个关键设备介绍一下目前国内外 的发展水平 真空泵系统的设计与制造 真空系统是 RH 精炼装置的心脏 到上世纪九十年代引进的 RH 和 VD 设备中 真空泵系统全作为 A 类 设备 全部由外商供货 随着时间的推移和对设计制造的理解不断加深 RH VD 设备引进过程中真空泵 系统经历了逐步过渡到全部由国内独立设计和制造的过程 表 5 宝钢集团内真空系统设备的供货发展 真空泵系统主要部件 1985 年 宝 钢 300t 1 RH 1998 年 宝 钢 275t 3 RH 1999 年 宝 钢 300t 2 RH 2003 年 梅 山 150t RH 2004 年 宝 钢 一钢 120tVOD 2004 年 宝 钢 一钢 160tRH 2004 年 宝 钢 300t1 RH 改造 200 年 宝 钢 275t 5 RH 壳体 NSCMEVACMEVAC 国内国内国内国内国内 增压泵 喷嘴 NSCMEVACMEVAC 国内 MEVAC 国内国内国内 气体冷却器 NSC 国内国内国内国内国内国内国内 外壳 NSCMEVAC 国内国内国内国内国内国内 冷凝器 内壳 NSCMEVAC 国内国内 MEVAC 国内国内国内 喷射泵 NSCMEVACMEVAC 国内 MEVAC 国内国内国内 热井 NSC 国内国内国内国内国内 国内 国内 西重所是国内最早进行水蒸汽喷射泵研制的单位 从 60 年代起就开始这方面的实验研究 国内首台 水蒸汽喷射泵就诞生在这里 九十年代初 西重所通过国家 八五 重点科技项目 攻关 冶金部炉 外精炼一条龙项目 校核国外引进的蒸汽喷射真空泵性能 消化吸收引进部分的先进内容 针对当代精 炼超低碳 超纯钢的工艺要求 研究与总结了一套工艺要求相适应的设计方法 重点突破了塔式喷淋冷 凝器的技术难关 并验证和修订了蒸汽喷射真空泵的计算机数学模型和计算方法 使蒸汽喷射真空泵的 效率明显提高 结构更为简单合理 性能更为先进可靠 通过与德国曼内斯德马克 Masso Vacmetal 以 及日本新日铁 川崎的合作设计制造 已完全掌握其设计 制造 检验标准 经过三十年设计 制造及 工业应用 已积累了一定的制造方法和经验 从而使我国的蒸汽喷射真空泵技术更上一个新的台阶 已 达到世界领先水平 2001 年西重所和宝钢共建了一套蒸汽喷射泵实验室 每一组泵设计完了后首先在实 验室中做模拟试验然后对某些参数 尺寸再作出修改 因而制造的蒸汽喷射泵性能稳定 运行良好 现 在国内不但能设计制造蒸汽喷射泵 而且对国外在这方面的动态也很了解 对国外设计的技术也能作出 自己的判断 目前梅山及宝钢一钢 宝钢 5 RH 的真空泵系统运行情况很好 而由国外设计 制造及合作 制造的几套四级泵运行情况却并非全都很理想 表 6 国内近年建设真空精炼装置 真空泵系统能耗指标一览表 用户用户宝钢二炼宝钢二炼 3 宝钢一炼宝钢一炼攀钢攀钢 1 梅钢梅钢宝钢一炼宝钢一炼 2 武钢武钢 2 RH武钢武钢 1 RH宝钢二炼宝钢二炼 5 供货商VACMETAL新日铁MESSO西重所MESSO XZSMESSO西重所西重所 精炼炉275 RH KTB300RH OB130RH MFB150RH300RH MFB 80RH 80RH KTB 275 RH 投产日期19981986199920021999199219982007 真空泵四级六级四级四级四级6 级6 级四级 设计值1000 kg h950 kg h550 kg h600 kg h1100 kg h400 kg h1000 kg h1200 kg h抽气量 0 5乇 实测值850 kg h1000 kg h490 kg h600 kg h1000 kg h550 kg h850 kg hkg h 工作真空度 实测值 0 7 乇0 8 乇0 9 乇0 5 乇0 7 乇0 6 乇0 4 乇 0 7 乇 汽耗29 t h37 6 t h18 t h20 9t h35 t h13 4 t h18 1 t h29 t h 汽压1 3 Mpa0 8 Mpa1 2 Mpa1 2Mpa1 3 Mpa0 8Mpa0 8Mpa1 3 Mpa 水耗1300 t h2320 t h940 t h1160 t h1680 t h1150 t h1280 t h1300 t h 水温 33 33 35 35 34 35 35 33 单位汽耗 29 1000 85 0 34 1 37 6 1000 1000 37 637 6 18 1000 490 36 736 7 20 9 1000 600 34 834 8 35 1000 1000 3535 18 1 1000 550 3333 29 1000 85 0 34 1 13 4 1000 310 43 243 2 能耗能耗 指标指标 单位水耗1300 29 45 2320 37 6 62 940 18 52 1160 20 9 55 1680 35 48 1280 18 1 70 7 1300 29 45 1150 13 4 85 目前 真空泵系统除个别元器件 如真空主阀及仪表 采用进口外 全部由国内设计制造 近几年 由西重所承包的多台 VD 及 RH 设备中的真空泵系统也全部由该所设计与制造并且多次对进口泵组进行过 改造 并且同德国及日本的生产厂家进行过交流 新日铁和 JFE 均对国内的真空系统设计和制造水平考 察后均表示满意并提出合作意向 认为优于日本 由此可以看出我国水蒸汽喷射泵的设计 制造水平已 经位于世界先进行列 3 2 2 液压系统 钢包升降系统是 RH 设备中最重要的系统之一 由于钢包升降系统在 RH 设备所属各系统中非常重 要 系统复杂 可靠性要求很高 各钢铁企业都将其视为神经系统 所以在 1997 年之前 我国无论规格 大小的 RH 钢包升降系统 都是从国外引进的 在 1997 年 经过西重所与宝钢充分论证 宝钢一炼钢 2 号 RH 钢包升降系统决定由国内设计制造 这是我国钢包容量最大的 300 吨 RH 钢包升降系统 西重所在 承担了主持宝钢一炼钢 2 号 RH 钢包升降系统开发和设计的工作后 相关设计人员充分认识到设计工作的 难度和风险 而强烈的责任感又使得他们勇敢地面对挑战 经过艰苦努力 克服了同类进口设备中的许 多不足之处 例如当时同类进口设备中液压泵采用 3000 伏高压电机驱动 这样不但电气控制复杂 而且 安全可靠性也低 我们科学合理地将原 3000 伏高压电机改为 380 伏普通电机 经自主创新 提出了一套 不同于同类进口设备的可靠合理控制方法 使系统的可靠性 自动化程度和其它性能都有很大提高 钢 包升降系统还有一个关键设备就是钢包顶升油缸 这种油缸由于规格尺寸大 结构复杂 可靠性要求高 在此之前一直整缸进口 西重所宝钢一炼钢 2 号 RH 钢包升降系统相关技术人员在经过艰苦努力和科学合 理的设计后 终于攻克了这一难关 设计制造出了可取代国外产品的钢包顶升油缸 后来生产表明 其 性能优于国外产品 在投产一年后宝钢所举行的该项目总结会上 宝钢一炼钢项目组对该系统国产化的 成功给予了高度评价 认为宝钢一炼钢 2 号 RH 工程项目中 钢包升降系统是其各系统中最成功的国产化 系统 此后在生产中该系统优良的表现更说明了这一点 宝钢一炼钢 2 RH 钢包升降系统开发设计成功 打破了 RH 钢包升降系统必须进口的局面 使西重 所随后设计了梅钢 RH 钢包升降系统 上钢一厂 RH 钢包升降系统 都取得了良好的效果 为适应 RH 钢 包升降系统新的功能要求 与原有压力变量泵控钢包升降系统不同 进一步优化了系统配置和设备结构 大大提高了系统的先进合理性 又开发了具有全新控制思想的比例泵控钢包升降系统和双工位 RH 钢包升 降系统 已分别成功用于攀钢 RH 钢包升降系统 本钢双工位 RH 钢包升降系统中 唐钢双工位 RH 钢包 升降系统 宝钢双工位 5 RH 钢包升降系统 莱钢双工位 RH 钢包升降系统 浦钢 RH 钢包升降系统中 目前邯钢双工位 RH 钢包升降系统 新余钢厂双工位 RH 钢包升降系统 通化钢厂双工位 RH 钢包升降系 统正在设计或制造中 这些系统的技术水平 可靠性和综合性能甚至优于当今世界最高水平 RH 钢包升降 系统 目前 西重所开发并已成功使用的 RH 钢包升降系统 具有泵控系统和阀控系统两类 而泵控系统 又分为压力控制伺服变量泵 马达系统 比例压力控制伺服变量泵 马达系统 比例控制变量泵 马达系统等 可适用不同用户的具体要求 泵控系统在钢包顶升时 电机驱动泵为钢包顶升油缸提供压力油使钢包顶 升 而在钢包下降时利用钢包的重力在钢包顶升油缸中形成的压力油反而驱动泵带动电机旋转 使电机 处于发电状态 可使钢包的重力势能转化为电能回馈电网 所以泵控系统更加节能和环保 2002 年本钢 在建设的 150tRH 虽然是 DEMAG 技术总承 在用户要求下 SMS 才改变了一直采用的效率很低的阀控系统 也开始使用与我们类似的泵控系统 其液压系统设计任务书由西重所提供 所以说液压系统的设计国内 已超过国外 1999 年2002 年2003 年2004 年2006 年2006 年2002 年 宝钢一炼钢 2 tRH 梅山 150tRH宝钢一钢 160tRH 宝钢一炼钢 1 RH 改造 宝钢二炼 5 300tRH 梅山 150tRH梅山 150tRH 主泵力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐 控制泵力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐力士乐 液 压 站 系统集成国内国内国内国内国内国内国内 缸体国内国内国内国内国内国内国内液 压 缸密封件 ParkeParkeParkeParkeParkeParkeParke 油箱及配管国内国内国内国内国内国内国内 顶升托架国内国内国内国内国内国内国内 3 2 3 顶枪 烘烤枪予热装置 顶枪有 KTB MFB 等形式 分别是川崎制铁与新日铁专利技术并已在我国专利局登记注册 该部分目 前国内虽可制造 但涉及知识产权 在梅钢和上钢一厂项目中我们采取向国外购买单体设备的方式 在 购买合同中 只购买枪体 其它如提升机构 升降导轨等 可通过合作制造方式由国内制造 可以说这 一过程已于十年前完成了 烘烤枪与顶枪情况相类似 如采取烘烤盖则已全部国内制造 予热装置如离线砌筑区的烘烤器则早 已国产化了 但是我们不可能总是在该问题上受制于人 为了开发出自主知识产权的顶枪系统 国内做了大量的 工作 取得了令人满意的效果 在莱钢项目中 由于厂房轨面标高只有 米 行车大梁底标高只有 米 在和新日铁 交流中均无法布置下对方的顶枪系统 也表示这样的标高无法布置 在没有退路的情况下 通过大量细致周密的分析 科学严谨的计算 采用全新的枪头结构 加大出口马赫数 保证氧气射流到 达钢液面时的强度和面积 缩短了枪体长度 即满足工程的要求 又规避了外方的专利保护 现在已生 产了六百多炉 各方面表现都很令人满意 成为第一支成功投产的自主设计的多功能顶枪 在宝钢 改造中 开发了 RH GTL 顶枪系统 该系统是在 RH KTB 基础上开发的多功能顶枪喷 粉系统 该装置以 GTL 顶枪为核心 实现同一通道兼具吹氧与喷粉两大功能 喷粉所用物料以 CaO CaF2 系为主 由氩气携带向真空室内钢水进行喷吹以达到深脱硫及控制夹杂物形态等目的 其主要组成部分 包括粉剂贮存罐 气力输送系统 喷吹罐及顶枪等 目前该系统已于近期在宝钢 3 RH 投入使用 另外 在顶枪系统中 顶枪密封通道在使用寿命上 国外尚无法很好的解决 国内已经解决此问题 并已成功运用于宝钢对 2 RH 顶枪口改造以及 1 RH 改造工程及 项目中 此技术已申请国家专 利 综上所述 通过自主设计和技术创新 在顶枪系统中 我们已经规避了外方的专利保护并在技术上 已超越国外产品 3 2 3 真空槽 热弯管 真空料斗等 该系统自 1998 年投产的宝钢 275tRH 建设起一直采取合作制造形式 由国外作基本设计 国内转化 设计 国内制造 经过国内消化 自 1999 年投产的宝钢 2 300tRH 设备起已全部由国内设计 制造 国 内制造设备目前使用情况良好 国产材料也完全替代了进口 目前在真空槽的结构设计中 我们采用自 主创新的专利结构 延长了钢水在槽内的停留时间 增加了脱气效率 使用效果明显优于原结构 缩短 了 RH 处理时间 使炉机匹配更加容易实现 3 2 4 钢包台车 真空槽台车和维修车等 早在宝钢 2 RH 就已完成了从合作制造到国内独立设计 独立制造的过程 目前可根据不同用户要求 及不同的布置方式设计各种形式 吨位的车辆 3 3 三电设备 从 1999 年宝钢 300t2 RH 起的几套 RH 设备中的三电及控制部分已完全由国内 宝信软件 西重所 攀钢托日公司 独立设计成套和调试 硬件采用国际知名品牌如西门子 AB 施耐德的产品 自己进行 系统设计和软件编程 二级系统及控制模型的开发也已经趋于成熟 在宝钢几套 RH 及莱钢 攀钢项目中 均以成功使用 三 耐火材料 三 耐火材料 与其它炉外精炼设备相比 RH 真空槽各部分耐火材料在处理过程中承受着最为严酷的环境 除了高 温钢水及炉渣的侵蚀外 还承受着钢水的高速冲刷和温度的急剧变化 尤其是浸渍管内壁钢水通过速度 达 1 1 5m s 而外壁又承受着炉渣的侵蚀 损坏最快 而且国内耐材厂家无法进行砖型设计 另外耐火 材料压制及烧制工艺不过关 强度及精度都无法满足生产需要 因此很长时间内 RH 耐火材料一直由日本 黑崎 欧洲奥镁两大公司占领我国市场 上世纪末到本世纪初 国内几家耐材厂不断努力开发和更新设 备 改进烧制工艺 采用原有外方设计的砖型图 利用国内镁砂和高纯矾土的资源 生产高质量的镁铬 砖 用于真空槽壁 底的工作层浸渍管内衬 及热弯管工作层等处 及刚玉质浇注料 这些耐材已在宝 钢 RH 设备上使用 其寿命不低于国外同类型产品 同时这些耐材已开始出口到日本 日本钢铁企业的评 价是 又好又便宜 经过不断与设备设计单位及用户的沟通结合 现在国内已经完全可以自主开发全套 RH 耐材的砖型 在宝钢的 1 RH 改造及 5 RH 建设中 整套耐材已完全由国内进行砖形设计 热弯管 Mg Gr砖 浸渍管外侧 刚玉质浇注料 浸渍管内侧 预组装的Mg Gr砖 真空槽底部 Mg Gr砖 真空槽壁 Mg Gr砖 合金加料溜槽 预组装的Mg Cr砖 RH 各部分耐材示意图 用户名称序 号装备规格浸渍管寿命下部槽寿命中上部槽寿命 1 RH 炉80t61 次135 次1800 次 2 RH 炉80t61 次135 次1800 次 武钢二 三 炼钢厂 3 RH 炉250t160 次453 次3500 次 1 RH 炉300t91 次262 次2500 次 2 RH 炉300t136 次367 次3200 次宝钢炼钢厂 3 RH 炉250t127 次355 次2800 次 宝钢不锈钢 公司炼钢厂 1 RH 炉120t115 次242 次2500 次 方坯 RH 炉120t68 次208 次1000 次 攀钢提钒炼 钢厂 板坯 RH 炉120t80 次221 次1200 次 备注 以上是国内 RH 精炼处理量比较大的及青花公司 RH 耐材供应重点用户 其他如鞍钢 首钢 太钢等 RH 用户耐 材使用寿命统计数据不详 暂时无法提供 近年投产或设计的 250 300tRH 设备技术参数比较表 建设厂 比较项目 富山钢厂 4 250tRH PB 宝钢二炼钢 3 275tRH KTB 宝钢一炼钢 2 300tRH MESED 巴西 BV 钢厂 300tRH 邯郸钢铁公司 新区炼钢厂 300tRH 马鞍山钢铁公 司新区炼钢厂 300tRH 武钢三炼钢 2 300tRH 宝钢二炼钢 5 275tRH 投 产 年 199519981999 停建 2006 生产产品硅钢 IF 钢硅钢 IF 钢 管线 钢 IF 钢 管线钢IF 钢 管线钢 X65 以下 IF 钢 管线钢 X65 以下 硅钢 IF 钢 管线钢 外径 3500mm3500mm3500mm3200mm3250mm3500mm 内径 2218mm2610mm2584mm2584mm2334mm2400mm2584mm 耐材厚度 420mm433mm433mm433mm400mm433mm 真 空 室 尺 寸 mm 耐材工作层 250mm250mm250mm250mm250mm250mm 外径 1490mm1490mm1500mm1414mm1370mm1490mm 内径 600mm750mm750mm750mm750mm700mm750mm 浸 渍 管 mm 耐材厚度 370mm370mm375mm375mm335mm370mm 环流气体流量 5Nm3 min max max 3 5 Nm3 min 2 5 3 5 Nm3 min4 Nm3 min4 Nm3 min4 Nm3 min2 5 Nm3 min 环流速度 190 4t min227 4t min 203 3 t