重轨钢炉外精炼技术.doc

重轨钢炉外精炼技术21300年6月?56?第16卷第3期炼钢SteelmakingJun.2OOOV01.16No.3重轨钢炉外精炼技术e,6.刘川汉c重庆院(重庆钢铁设计研究院)ff/摘要从工艺,设备,自动控制等方面对重轨钢的炉外精炼技术进行了较全面的论述,对重轨钢/触磊较I心,关键词铁路重轨重轨钢炉外精炼i,n_一,1SeeonaarrP_ermingTechnologyofSteelFor2Rail(Chongq吨Iron&SteelDesignReserchInstitute)AlltaetThesec0|ldatermingtectmologyofsteelforheavyrallhasbeencomprehensivelydiscussedinviewofpses,equipmentandautomaticcontrol,wh|chprovidesvaluablerefencesktheproductionofthesteelforheavyrail.Keywordsrailheavy-railsteelforheavyrailsecondaryreigning1前言我国现有铁路营运里程6.6万km,其中电气化线路1.1万km,复线1.8万.近些年来铁路建设虽然有了长足的进步,但是同我国这样一个以铁路运输为主的大国的社会与经济发展需求相对照,铁路的运能运力迄今仍属限制性环节,铁路运输的高速重载化刚刚起步.我国面临铁路运输现代化的繁重而巨大的任务.为此,国家已作出了加快铁路新线建设和旧线改造,提高铁路运能运力同时向铁路运输现代化迈进的重大决策.2002年我国铁路营运里程将突破7万km,至2005年将达7.5万bn,其中一系列主干线如京沪线,京广线,哈大线,秦沈线等将建成高速或快速客运铁路线.预计十五期间我国铁路重轨年需求量在130140万吨左右,考虑其他部门年需钢轨约4o万t,加上部分出口,其总需求量大体同我国现有4家重轨生产厂(攀钢,包钢,鞍钢和武钢)总的生产能力相当.从数量上看虽可基本满足要求.但高速重载轨的开发在国内才刚刚起步,全长淬火轨供不应求(十五期间年需全长淬火轨4o万t,目前实际产量仅约5万t),从总体上看,我国钢轨产品的质量等级和产品结构还有待提高与改善,这是重轨生产厂家的良好商业机遇.为了提高重轨的质量等级,使重轨质量达到UIC860标准和铁道部时速2OO公里高速铁路钢轨暂行技术条件,以适应市场对高速重载钢轨的要求,并向国际标准靠拢,迎接人世冲击,提高重轨在国际国内两个市场的竞争能力,就必须淘汰旧的模铸轨梁轧机落后生产工艺,建立复吹转炉钢水炉外精炼连铸轨梁轧机有效控制轧制钢轨全长余热淬火的现代化钢轨生产线.其中,钢水炉外精炼是最重要的一个环节,只有炉外精炼设施才能保证最终的成品钢轨古氢最低,夹杂低,钢质均匀,机械性能和外形质量达到国际标准,同时保证各批量产品之间内外部质量均匀稳定,亦即符合钢轨质量发展方向的强韧化和纯净化要求.排除产生发裂缺陷的可能,为重轨产品的高质量与高成材率提供了有力的前提和保证.2重轨钢的化学成分(1)普通时速重轨钢化学成分见表1.联系人:刘Jl汉.工程师,重庆市(4叫3)重庆钢铁设计研究院炼钢设计室l刘川I汉:重轨钢炉外精炼技术?57?表1普通时速重轨钢化学成分(w)%见表3.钢号cSihlPS(4)时速200,300公里重轨钢(60km)残留U71O.65一O.77O.1.50.351.101500.0400.040!:里:翌:至:三:(2)时速200公里重轨钢(6Okm)化学成分见表2.(3)时速300公里重轨钢(6Okm)化学成分元素见表4.(5)某些钢厂重轨钢铁实物质量控制为(质量百分数):Sg0.01%,PO.025%,H2xlO(精炼后的钢水成份).表2时速200公里重轨钢卯km)化学成分w%3重轨钢对炉外精炼的要求重轨钢对炉外精炼的要求见表5.表5重轨钢对炉外精炼的要求钢种温度控制成分微调夹杂物控制气体控制重轨钢从表5可以看出,应采用的炉外精炼设备除了要求具有成份调整夹杂物控制功能外,还必须带有加热和真空脱气功能,而目前应用较广泛的带加热功能的炉外精炼设备主要是电加热的炉和化学加热的CAS-OB,muT等,带真空的炉外精炼设备主要是VD和RH.这些设备各有特点,要根据各厂的产品方案和实际情况来选取.4炉外精炼设备选型4.1设备选型原则为了满足重轨钢对化学成分,气体含量及非金属夹杂的严格要求,并且要求精炼装置能在转炉与连铸之间起到缓冲协调作用,按时向连铸机提供质量,温度合格的钢水,达到稳定连铸生产和保证铸坯质量的目的,选用的炉外精炼设备应具有以下功能:(1)具有合金微调功能,能准确控制钢水化学成分;(2)具有升温和保温功能,能调整和控制钢水温度;(3)具有真空脱气功能,能有效降低钢中气体含量;(4)具有脱硫功能,能去除钢中有害杂质;(5)具有吹氩搅拌功能,能均匀钢水成分和温度;(6)能在转炉与连铸之间起到缓冲协调作用.4.2方案比较及设备选型根据重轨钢炉外精炼设备选型原则要求,并结合现有各种精炼装置的特点,确定重轨钢炉外精炼设备由具有调温等功能的精炼处理装置和真炼钢2000年第3期空精炼处理装置组成.在选择具有调温功能的精炼设备时,对生产中普遍采用的LF钢包炉和cAs_oB装置进行了比较.在选择具有真空脱气功能的精炼设备时,对VD装置和RH装置进行了比较.4,2.1关于LF炉与CAS_一OB的比较LF炉是一种电加热并综台有多种精炼功能的炉外精炼装置,通过变压器,二次侧短网,电极将电能传输到精炼渣和钢水,从而达到加热升温的目的.CA-oB是一种降罩底吹进行台金微调,并插入氧枪吹氧加Al进行化学升温的精炼方法.(1)LF炉具有如下优点:功能较全面.以电弧加热,氩气搅拌和渣精炼为核心再加上台金微调功能,使得LF炉具备有脱硫,台金成份的精确控制,提高台金收得率,钢水温度的调节能力,为纯净钢的生产和生产率的提高创造了条件;LF炉为电弧加热,在电气上能够对电弧的电压和电流进行较好的控制,因此电弧的能量能够得到精确的控制,升温速度的控制精度强于化学加热方法,这保证了钢水温度能够很容易调节;能够对夹杂物进行稳定的控制,且由于LF炉采用电弧加热,与化学加热精炼方法相比对钢水无污染;适应性强,对钢种的处理范围广泛,有利于今后的市场竞争;(2)CAs一-oB具有如下优点:设备及工艺简单,操作及维护简便;升温速度快.但CAS-OB装置采用加铝吹氧的化学加热方式,容易在钢水中产生Ak夹杂,而夹杂是钢轨产生疲劳断裂的主要根源.经过以上分析比较,LF炉和cAs_OB各有优缺点,综合考虑功能全面性,钢种的适应性,产品质量和今后发展的需要,推荐选用LF炉.4.2.2关于VD装置与RH装置的比较真空精炼的主要目的是为了脱除钢中H,O,N以及去除夹杂,均匀钢水成分和温度.对重轨钢生产来说,要求将钢液中的H含量降至210以下.在具有真空脱气功能的精炼装置中,VD装置和Rid装置均可满足要求.RH装置是一种钢水吸入式循环处理的真空精炼方法.VI)装置是在钢水罐周围设置真空密封罐及罐盖来进行真空处理.两种精炼装置相比有如下优缺点:(1)vD装置具有如下优点:冶金效果方面:VD处理过程中,由于钢水和渣全部处在真空环境下,吹氩搅拌效果好,渣,钢反应活跃,具有渣精炼工艺,因此VD装具有较好的的脱氢,脱氧,脱氛,脱硫,去除夹杂物及夹杂物形态控制的功能,因此可以生产纯净度很高的钢种;设备方面:设备简单,工艺操作简单,运行可靠,维修量小;对厂房的要求:占地面积较少,不要求高厂房;投资省;生产运行成本低.(2)VD装置的缺点VD装置要求钢水罐的自由净空为8001000nlra;VD处理存在一定的温降;(3)RH装置(带有顶吹系统)具有如下优点:具有脱气,深脱碳,深脱硫,去除夹杂等功能,并具有升温功能;处理周期较VI)短;对于钢水罐无较高要求;对已经具有转炉车间的老厂新增真空精炼设施较有利,不存在转炉炉下高度不够的问题.(4)RH装置的缺点投资高;生产运行成本高.4.2,3国内外现状目前,国内外以重轨钢为主导产的方坯连铸机配置的炉外精炼设施,都以LF加VD为主(包括喂丝机),主要生产高冲碳钢(包括重轨钢,钢帘线,钢绞线,胎圈丝等),以及弹簧钢,台金钢等.而Rid较多配备于板坯连铸机,主要生产低碳t超低碳钢等,国外某些钢铁厂也通过RH装置生产重轨钢(其中有德国的蒂森钢铁公司,波兰的卡托维茨钢铁厂,意大利某钢铁厂等采用RH生产重轨钢).经过以上分析比较,重轨钢的真空精炼设施,ZJlJ)Il汉:重轨钢炉外精炼技术.59.推荐选用VD装置.对于老厂改造确有困难的,也可采用RH装置.43LF炉主要功能(1)化学成份的最终调整和精确控制(包括碳成份的微调),使钢水化学成分更稳定,保证了钢水质量的稳定,同时提高合金收得率.(2)均匀钢水温度和成份.(3)通过采用惰气搅拌和喂丝等清洁炼钢技术.改变夹杂物形态,去除夹杂,提高钢液的纯净度和质量.(4)脱硫.可将钢水中硫脱至001%(质量百分数).(5)将钢液加热至目标值,提高温度控制精度,可降低转炉出钢温度提高转炉生产率及提高转炉炉龄.(6)利于转炉与连铸之间的衔接,匹配和缓冲,确保连铸稳定生产.44VD装置主要功能(1)脱除钢中气体,在规定的处理时间内确保H2X10,025X10,部分脱除钢中氮;(2)微调钢水成分(包括碳成份的微调);(3)均匀钢水成分和温度;(4)降低非金属夹杂的含量,净化钢液;(5)协调转炉与连铸机之间的生产,提高连铸机的连浇率.5重轨钢生产典型的工艺路线重轨钢生产典型的工艺路线如下:IDI一VD一WF_CC转炉出钢时必须采用好的挡渣设备严格挡渣出钢,在出钢至1/3时加入部分铁合金和脱氧剂进行脱氧,合金化,出钢至2/3时加毕,此时加入部分顶渣料以提前造渣精炼,进行渣洗,混冲,预脱硫,出钢过程中进行吹氩搅拌,出完钢根据钢液面覆盏隋况加保温剂.送往LF钢包精炼炉.若钢包中转炉渣超量,则炉后不加顶渣料,仅加保温剂,先运至扒渣机工位进行扒渣处理后,再送往LF钢包精炼炉工位加渣料进行精炼处理.钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,钢包车起动运行到LF处理工位,钢包炉盖下降,进行钢水测温.根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)及电力投入量,电极下降,通电加热,测温取样,根据测温取样的结果进行温度和成分的再调整.测温取样可能进行多次,由温度及成分调整的结果决定.当钢水温度和成分达到目标值后,处理结束,投入保温剂,钢包台车从处理工位开出.在整个处理过程中均进行钢包底吹氩搅拌,但在不同阶段其流量不同.经过LF炉处理后的钢水进往VD工序.当钢包吊到VD工序时,先由人工接通钢包底吹氩的快速接头.再将钢包吊放到vD罐内的钢包座上,进行钢水测温后vD盖车起动运行到处理工位,降下vD盖并自密封,选择合适的抽真空曲线进行真空处理.需要合金微调时可进行真空加料,处理完毕后破真空,提升vD盖并移走盖车,根据需要进行喂丝处理(WP),测温取样后吊出钢包并取下吹氩快速接头,将钢包吊往连铸机回转台进行浇铸.6炉后及精炼设备的钢水增碳重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%一0.3%(w),炉后增碳至0.60%一0.65%(w),在LF炉处理时再增010%0.15%(W)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求,也可LF炉不做专门增碳而在vD工位将碳直接增至钢种要求的范围.7工艺条件要求71钢水供应条件(1)计划转炉终点出钢成份见表6.表6计划转炉终占出钢成份(w)%cPsHN0l2300.25<0.02<0.02OO05.(2H十划人精炼设备前钢包内钢水泐见丧7.表7计划入精炼设备前钢包内钢水成份cW)%CsiBinPSHN.嚣02<0.02OO05.0.0_唧040-60?炼钢2O00年第3期7.2钢水温度控制各工序钢水温度控制见下图.l转炉出钢ll1645lIl炉下锢承罐车ll1605ll炉后啦氲,添加台金,顶薷16001570Jl钢水罐到迭炉ll1560lJ1L玮自精炼毕Il1620IJ【v堙空处理t16151565II回转台lI156oIlI中间簟l1525l图1钢水温度控制7.3厂房及相关设施条件新建的真空精炼设施应不影响或少影响已有的生产设施.对于老厂改造,如选择VD,因钢水罐自由净空要求8001200m,需研究钢水罐加高后能否顺利通过炼钢炉下,能否顺利通过其他精烁炉,能否适应连铸机回转台,能否满足起重机的能力等;如选择Pd-I,应考虑厂房高度是否能满足,同时考虑是否有足够的维修干燥面积等.VD,Pd-I对厂房及相关设拖的要求见表8.表8VD,RH对厂房夏相美设施的要求项目VDRH设备对空间的要求占地面积,1o0300高度,m站2o25铜包自由净空要求,n血VDl:So0oO0300400耐材要求耐材质量等级耐材耗量,?1耐材储存面积,耐材运输量铁损,%基建与公辅设施能耗要求低<0.5(vo防溅盖)30小一0.仿相对简单相对较低8自动化控制采用计算机二级自动控制系统,第一级以PI33为基础的分散控制系统实现基础自动化,当过程计算机故障或未投入使用时仍可用基础自动化保证生产自动进行.第二级为过程控制级,用于数据收集和操作指导,完成生产过程的协调和最佳化控制.9结语重轨钢的炉外精炼技术也可适用于其他高/中碳钢种(钢帘线,钢绞线,胎圈丝,管线钢等).以及弹簧钢,合金钢等特种钢,具有广泛的应用前景.f牧稿日期I.000111)(上接第55页)6心啪A,StoN,OkimmiMdn1.I啊m矗