攀钢提钒炼钢厂工艺技术及装备进步.doc

攀钢提钒炼钢厂工艺装备及技术进步1 前言攀钢提钒炼钢厂是我国第一座自行设计、制造、建设大型转炉炼钢厂，1971年10月1日建成投产后，经过二期工程建设、三期工程建设和三期技术改造，技术装备水平不断提高，生产规模逐渐扩大，目前已成为我国西南地区最大、中国重要的钢钒生产基地。攀钢提钒炼钢厂已投入生产使用的工艺装备包括5座120吨炼钢转炉、2座120吨提钒转炉、2部混合喷吹脱硫装置、1部复合喷吹脱硫装置、2台1350板坯连铸机、1台6机6流和1台4机4流大方坯连铸机，配套设置RH真空处理装置2台、LF电加热炉4台，已形成年产钒渣18万吨、连铸坯500万吨、炼钢600万吨的生产能力。在工艺技术和产品开发方面，开发了独具特色的世界先进水平的低钒铁水转炉提钒工艺技术，其主要技术经济指标达世界先进水平；炼钢转炉炉龄突破10000炉大关，创世界半钢炼钢条件下转炉炉龄之最；国内首家在大方坯连铸上开发应用了凝固末端动态轻压下技术。转炉冶炼品种多达200多个，是国内首家生产350km/h高速重轨钢的企业，同时也是国内仅有的几家具备批量性生产IF钢、纯净钢的大型炼钢厂之一。2 工艺流程攀钢提钒炼钢厂的工艺流程见图1。钒渣提钒扒渣脱硫组罐高炉铁水半钢方坯LF（1#、2#）方坯RH1、2#方坯连铸机轨梁厂转炉炼钢（1#、2#、3#、新1#、新2#）吹氩站板坯LF炉（1#、2#）热扎厂1#、2#板坯连铸机板坯RH图1 攀钢提钒炼钢厂工艺流程3 含钒铁水转炉提钒攀钢1971年1995年采用雾化提钒法技术，1995年改为转炉提钒。2座120吨转炉提钒的设计能力为年产钒渣11万吨。3.1提钒主要技术经过技术攻关，自主研究并形成了以下技术：（1）渣态调整工艺技术。（2）多炉出钒渣工艺技术和挡渣出半钢技术。（3）铁矿石和冷固球团作冷却剂的有效冷却工艺。（4）339专用提钒氧枪提钒供氧工艺。（5）提高提钒转炉炉龄技术。（6）深吹半钢开炉工艺。（7）复吹提钒技术。3.2转炉提钒主要技术指标攀钢转炉提钒的技术经济指标已达到了世界先进水平，见表1。表1 转炉提钒的技术经济指标表1 转炉提钒主要技术经济指标C半/%V半/%（V2O5）/%TFe/%MFe,%钒氧化率/%钒回收率/%金属收得率/%3.784.050.0281522202981290.482.095.213.3 钒渣产量变化通过铁水提钒工艺的研究和改进，攀钢钒渣产量大幅度提高，实现了钒资源的综合回收和利用，2006年的钒渣产量达到18.2万吨，见图2。4 半钢炼钢采用提钒后的半钢炼钢工艺不同于普通铁水的炼钢工艺，攀钢经过多年的研究，并结合转炉炼钢的发展趋势，形成了独具特色的半钢炼钢工艺。4.1顶底复合吹炼攀钢五座炼钢转炉已全面使用顶底复合吹炼技术，采用吹炼前、中期供N2，后期供Ar的底部供气方式，目前底吹供气强度已具备0.10Nm3/(min.t)的供气能力。在（0.020.06）Nm3/(min.t)的供气强度下，与LD相比，钢水终点氧活度降低（50200）106 ，渣中TFe降低2%4%，出钢过程的合金收得率也有所提高。4.2钒钛钢渣溅渣护炉攀钢转炉采用含钒钛铁水提钒后的半钢为原料进行炼钢，钢渣中含V、Ti氧化物，1996年的转炉炉龄为1217炉。在半钢炼钢、钒钛钢渣及细长形炉型条件下进行溅渣护炉，无国内外的经验借鉴。从1997年开始，通过对钒钛钢渣性质的研究、造渣工艺的改进、终点控制制度、吹氮溅渣参数、炉体维护的研究和完善，攀钢成功解决了钒钛钢渣的抗侵蚀难题，开发出半钢炼钢及钒钛钢渣条件下的溅渣护炉工艺，形成了炉衬砖材质、砖型及砌筑技术，半钢炼钢造渣技术，半钢炼钢终点控制技术，终渣TFe含量的控制技术，半钢炼钢及溅渣护炉的炉渣渣系，钒钛钢渣性能及状态调整技术，吹N2溅渣技术炉体维护技术。攀钢的转炉炉龄变化情况见图3。由图3可见，通过钒钛钢渣溅渣护炉技术的研究和应用，攀钢转炉炉龄大幅度上升，2002年2005年平均炉龄稳定在8000炉以上，最高炉龄达到10048炉，创国内外相同条件下的最高炉龄记录。4.3挡渣出钢技术针对原出钢挡渣采用加球机投放挡渣锥的挡渣效果差，下渣量较大，钢渣中有害成分污染钢水，影响钢坯质量，难以实现“洁净钢”生产。攀钢于2000年12月推广使用了新型的挡渣标挡渣技术，与原挡渣工艺相比，钢包内渣层厚度平均减少23mm，渣层厚度小于100mm的比例从64.98%提高到85.75%以上，为开发高纯净钢种创造了条件。采用新型挡渣工艺，有利于提高钢水质量，稳定脱氧工艺，减少出钢过程的回硫、回磷，该技术达到了国内先进水平。4.4 转炉自动炼钢攀钢新1号、2号转炉为120吨顶底复吹转炉，设计平均出钢量135吨/炉，产能275万吨/年。新1号、2号转炉于2004年11月28日动工，于2006年1月28日及3月28日相继建成投产。新1#、2#转炉配备了目前较为先进的技术装备，主要有：为实现转炉自动化炼钢，新转炉装配了奥钢联副枪系统、炉气分析系统。目前两座转炉副枪的投用率基本维持在85%-90%之间，炉气分析系统投用率达到97%以上。新转炉设计采用6块透气砖，转炉底吹强度设计可达到0.16Nm3/min.t，应用了热更换透气元件技术，实现转炉全炉役复吹。目前由于受攀钢半钢炼钢冶炼等因素的影响，透气砖的侵蚀速度较快，透气砖寿命在1000余炉。新转炉采用大流量供氧技术，转炉吹量供氧强度达到3.54.0Nm3/min.t，与老转炉相比，平均缩短吹氧时间约24min。目前，新转炉的供氧流量基本能达到要求。同时新转炉实施了氧枪快换工艺，采用双小车、双卷扬氧枪系统，从而实现氧枪的快速更换，减少了转炉非作业时间。新转炉一次除尘系统采用了鲁奇公司的新型OG烟气湿法除尘技术，风机抽风量达210000m3/h，该技术是采用环隙式可调喉口，烟气流速最大可达180190m/s（RD喉口最高能达120 m/s），反冲水的粒径在75100m之间，除尘效果更好。从目前实际使用情况看，含尘浓度小于5080mg/Nm3，净化效果较好。新转炉还配备了德国鲁奇公司的转炉煤气回收装置，实现了转炉煤气的自动回收，每炉可回收16000 Nm3（CO浓度40%50%）的煤气量，既满足了环保又实现了资源的综合利用。新转炉还配备完善的二次除尘系统，外排粉尘浓度控制在50mg/Nm3，满足了环保要求。污泥处理采用了斜管沉淀罐及卧螺式离心机技术技术。投产以来，斜管沉淀罐系统使用情况较好，在进水浓度16000 mg/Nm3的条件下，出水浓度达到了50mg/Nm3。新转炉投产后，由于多项先进技术的应用，冶炼时间比老转炉缩短了5分钟，钢种炼成率比老转炉提高了2个百分点。5 钢水精炼及连铸5.1方坯连铸及精炼（1）1#方坯连铸及精炼装备1#方坯连铸机主要生产重轨，因此与1#大方坯连铸机配套的钢水精炼装备包括130吨LF钢包精炼炉1座及RH真空处理装置1台，其特点分别见表23。表2 1#方坯LF技术装备特点功 能性 能 特 点加热升温升温速度：4.5/min；最终温度精度：3顶渣脱硫脱硫率75% 。脱 氧处理结束钢水Otot20ppm。成分精度控制元素成份范围%允许偏差%C0.030.200.010.210.500.01250.511.000.015Mn0.201.000.021.012.000.035Si0.030.200.010.210.500.020.511.200.03表3 1#方坯RH技术装备特点功 能性 能 特 点脱 氧处理结束钢水H1.5ppm 脱 氢处理结束钢水Otot20ppm。 成份精度控制元素成份范围%允许偏差%C 0.50 0.015 Mn0.501.00 0.03 1.011.50 0.04 Si0.030.200.010.210.500.0150.511.200.021#大方坯连铸机为全弧形多点连续矫直连铸机，铸机半径12米，冶金长度35.1米，带结晶器电磁搅拌和凝固末端轻压下装置，采用板簧导向液压振动装置，二次冷却采用气雾冷却，使用Co60放射源检测和控制结晶器液位，能实现结晶器液位自动控制、自动开浇和全程保护浇铸，铸坯规格280mm325mm、280mm380mm，年产方坯120万吨，其技术装备特点见表4。表4 1#大方坯连铸机技术装备特点工艺装备配置特 点结晶器电磁搅拌通过电磁力对钢液的搅拌，促进夹杂物上浮，消除过热，增大等轴晶区，减轻偏析，改善铸坯内部质量。液压振动具有变频控制模式，在该模式下，振幅、振频、正、负滑脱时间可在线动态调节，控制铸皮振痕深度，提高铸坯表面质量，降低铸机溢漏率。结晶器液位控制塞棒控制钢流，采用Co60放射源液位检测控制系统，自动控制液位时液位波动小于3mm，防止液位波动，保证良好的铸坯表面质量，可实现自动开浇。气雾二次冷却与水冷相比，喷水流量调节范围大、喷嘴不易堵塞、冷却更均匀，有利于防止铸坯内部裂纹，提高铸坯内部质量。二级计算机优化模型实现冷却水流量动态控制，优化冷却效果。全程保护浇铸采用大包保护管和整体浸入式水口浇铸，可实现全程保护浇铸，防止钢液二次氧化，保证铸坯质量。凝固末端动态轻压下7机架压下，计算机动态控制压下位置和压下量，可以解决末端电搅末端位置不易找准而效果不好的问题，为有效控制铸坯中心偏析和疏松提供了手段。大容量中间包中包正常液位840mm，钢水量42吨，中间包加挡墙、挡坝，严格按照水流模型设计，有利于夹杂物上浮。钢坯缓冷配备缓冷坑，对需要缓冷的钢坯进行缓冷，确保成品钢轨H1.5ppm（2）2#方坯连铸机及精炼技术2#大方坯连铸机为全弧形四机四流连铸机，浇注断面360450mm，为国内最大断面方坯连铸机。国内自行设计制造，部分设备引进，其主要装备为结晶器电磁搅拌技术；液位自动控制技术；全程保护浇注技术；动态二冷技术；大容量中间包；动态轻压下技术。与2#方坯连铸机配套建设精炼装置仅有LF炉，其功能特点与1#方坯LF装置相近。（3）应用效果通过对方坯连铸及配套精炼设施的应用和关键技术的消化及创新，所生产的铸坯无论是表面质量还是铸坯内部质量均达到了较高的水平，其中，钢轨钢的主要指标见表56。表5 钢轨非金属夹杂物评级及TO控制情况项目A/级B/级C/级D/级TO/ppm普轨标准2.51.51.51.5350km/h高速轨标准2.01.01.01.020攀钢1.52.50.51.50.51.50.51.020表6 重轨钢铸坯质量控制情况中心疏松/级中心偏析/级中心缩孔/级中心裂纹中间裂纹中心碳偏析指数表面无缺陷率0.51.5级，其中1.0级的比例为99.36%。01.0级，其中0.5级的比例为98.12%。01.5级，其中1.0级的比例为99.69%。00.5级，其中0级的比例为94.07%。01.0级，其中0级的比例为78.13%。1.021.05，平均1.03。99%5.2板坯连铸及精炼装备（1）钢水精炼装备板坯连铸主要生产家电用钢和汽车用钢及普通碳素钢，因此与板坯连铸配套的精炼设施包括钢包精炼炉2座，RH真空处理装置1台，其主要装备见表7。表7 板坯精炼设施技术装备特点精炼设施技术装备特点1#LF炉加热升温速度；2.5/min，最终温度精度：52#LF炉与方坯LF相同板坯RH装置1. 合金微调，成分精度：C可以控制在0.02%范围内；Si、Mn可以控制在0.03%范围内。2. 深脱碳：可以达到20ppm以下。3. 脱气、去夹杂：H可以控制在0.9ppm以下，N可以控制在30ppm以下。4. MFB枪具有烘烤真空室、Al加热、强制脱碳等多种功能。 （2）板坯连铸机装备特点1#板坯连铸机于1993年10月18日建成投产，机型为全弧形多点矫直形，铸机流数为两流，设计能力为年产合格板坯为100万吨，是国内首台自行设计的大型板坯连铸机，其装备特点见表8。表8 1#板坯连铸机技术装备特点主要工艺装备特 点大容量中间包目标工作液位1000mm，额定工作容量4045吨，中包加挡墙围堰结晶器液位控制使用涡流传感器检测结晶器液位，塞棒自动调节流量，保持结晶器液位稳定，提高铸坯质量。气雾二次冷却喷水流量调节范围大、喷嘴不易堵塞、冷却更均匀，有利于防止铸坯产生内部裂纹，提高铸坯质量。二级计算机优化模型实现冷却水流量动态控制，优化冷却效果。全程保护浇铸技术1、钢包到中包采用吹氩长水口进行保护浇注防止钢水的二次氧化。采用大容量中包、中包内加挡墙和坝、钢液面加中包覆盖剂促使夹杂物的上浮和去除。2、中包到结晶器采用浸入式水口进行保护浇注、氩结晶器加保护渣、塞棒吹氩，防止钢水的二次氧化，促使夹杂物的上浮和去除。去毛刺技术采用去毛刺机对铸坯头尾毛刺进行清除，提高铸坯表面质量。2#板坯连铸机从意大利达涅利公司引进，外方技术总负责，2003年10月7日投产。铸机为立弯式，垂直段长度2515mm，铸机半径8米，浇铸断面为200（9001350）mm，设计年产铸坯100万吨，具有在线调宽和漏钢预报功能，其装备特点见表9。 表9 2#板坯连铸机技术装备特点主要工艺装备特 点大容量中间包目标工作液位1000mm，额定工作容量38吨，中包加挡墙、围堰，严格按照水流模型设计，保证较长的钢水停留时间，促进夹杂物上浮。结晶器液位控制使用涡流传感器检测结晶器液位，塞棒自动调节流量，保持结晶器液位稳定，提高铸坯质量，具有自动开浇功能。结晶器在线调宽具有结晶器宽度和锥度在线自动调节功能。根据钢种、过热度、拉速、自动调节有利于改善坯壳传热，降低铸机溢漏率，提高铸坯质量。漏钢预报漏钢预报误报率小于10%，漏钢预报后自动启动应急程序，自动降低拉速，待坯壳焊合后自动恢复拉速。液压振动装置采用液压振动装置，浇铸期间可调节振幅，可实现非正弦振动，保证高拉速条件下的保护渣消耗，提高铸坯质量。扇形段动态轻压下通过计算机模型，按照钢种、拉速、过热度连续估算液芯长度，保证最佳压下位置的最佳压下量，减轻中心偏析和中心疏松。气雾二次冷却二级计算机优化模型根据钢种表面目标温度，实现冷却水流量动态控制，优化冷却效果。分节辊技术扇形段辊子采用分节辊，防止辊子弯曲，提高流道质量，防止铸坯鼓肚产生内裂和加剧偏析。去毛刺技术采用去毛刺机对铸坯头尾毛刺进行清除，提高铸坯表面质量（3）生产应用效果20世纪90年代末，对1#板坯连铸机进行了高效化技术改造，使其生产能力达到200万吨以上。2#板坯连铸机也达到了设计能力。通过对板坯连铸机相关技术的消化和创新，成功生产出家电用钢系列产品（如低碳铝镇静钢和IF钢）和汽车用钢（如P370、P420、P440、P510、P560、09SiVL及P590，P330CL、P380CL、SAPH370、SAPH440、P420CL、SAPH310、SAPH400），其产品质量优良。6 除尘系统改造由于历史原因，攀钢脱硫提钒及炼钢转炉除尘系统不能完全发挥作用，烟尘中的有害气体和物质不能完全回收。根据国家对环保的要求，2005年，攀钢对炼钢厂的除尘系统开始进行改造，目前，脱硫、提钒、1#和2#转炉的除尘系统已改造完毕。6.1 脱硫提钒除尘系统改造一次除尘系统仍采用“全湿高压法”除尘，系统处理设计能力4.9万Nm3/h.套（炉气量），原“双文一塔”中的“双文”布置改为“塔文”布置，即原一文改为溢流饱和冷却塔，目的一是降低压差（由原来的3500Pa降为300Pa），二是提高烟气的蒸发冷却效果；系统处理能力按49000Nm3/h的炉气量进行重新配置。二次除尘系统实施彻底改造，新建三套110万m3/h负压脉冲布