4 武钢RH真空精炼流程的优化与实践-20100901

2010年9月高效率低成本洁净钢平台建设中RH真空精炼流程的优化与实践武钢股份公司炼钢总厂内容简介前言RH真空精炼的设计定位RH真空精炼关键工艺技术需求RH高效布局与在线运行RH真空处理单体设备的选型优化高效化RH真空精炼工艺技术RH高效在线效果结语

RH真空精炼技术经过50多年的发展，目前已成为大型转炉大批量生产冷、热轧薄板所广泛应用的炉外精炼技术。RH真空精炼技术的主要功能是深脱碳、脱氧、去夹杂、脱氢和精确调整钢水成分和温度等。当今品种开发向成份超低、范围超窄、钢质超洁净化发展。因此，作为提高钢材产品各项性能和内外质量的一种最有效手段，现代炼钢企业越来越依靠RH真空处理工艺技术来开发生产高难度、高附加值钢种。随着钢铁冶金技术的快速发展，RH真空精炼比已成为衡量现代炼钢厂技术水平和质量控制水平的重要指标。日本钢铁企业的RH真空精炼比都在74%以上，充分说明了这一发展趋势。近年来，国外先进钢铁企业如新日铁、JFEHoldings钢铁公司均在发展高效化RH真空精炼技术，本文将对武钢股份公司炼钢总厂在加快推进高效率、低成本“洁净钢平台”建设、发展高效化RH真空精炼技术所率先进行的创新尝试进行总结与评价

。前言RH真空精炼的设计定位

武钢股份公司炼钢总厂四分厂是武钢根据其“十一五”发展规划中1500万吨钢的综合生产能力，以及将武钢建设成硅钢、汽车板生产基地的要求，配套新建1580mm热轧生产线而来。该项目在设计上遵循“先进适用、成熟可靠、经济高效”的原则，于2007年11月28日一次热负荷投产成功，其1#和2#RH真空精炼装置则分别于2007年12月28日和30日一次投产成功。炼钢总厂四分厂产品结构以硅钢、高档家电面板和镀锡板为主。工艺布局设计和设备选型必须围绕着这一特点，综合考虑好KR铁水脱硫、复吹转炉冶炼、RH真空精炼及板坯连铸机等上、下工序间的生产周期，实现工序快速衔接，使炼钢生产效率得到充分发挥。炼钢总厂四分厂产品品种冷轧原料硅钢高磁感取向硅钢高牌号无取向硅钢低牌号无取向硅钢及电工钢碳钢普通冷轧板汽车板家电板镀锡板热轧商品材碳素结构钢低合金结构钢集装箱用钢耐候钢RH真空精炼关键工艺技术需求1.产品定位对RH精炼工艺技术的要求RH真空精炼是炼钢过程生产高难度、高附加值和高纯净度品种钢的关键环节，其精炼工艺技术水平的高低直接关系到产品结构的调整和企业效益目标的实现；炼钢总厂四分厂生产的洁净钢品种的化学成分特点为:化学成分范围极窄；C、S、N等杂质元素含量极低；钢水洁净度要求高，钢中非金属夹杂物必须得到严格控制。品种定位对RH精炼工艺技术的要求注：●—要求极高；⊙—要求高；○—要求一般；×—无要求产品性能对化学成分要求表面质量及涂镀性能成分超窄控制超低碳控制超低硫控制超低氮控制有害元素控制钢水洁净度夹杂尺寸控制品种A●×××●●●品种B⊙●●●●●●品种C⊙⊙⊙⊙○⊙⊙品种D○××○○⊙⊙品种E○××○○⊙⊙2.高效率炼钢生产线对RH精炼工艺技术的要求

从整个炼钢生产流程角度出发，一条能够高效率生产的RH真空精炼装置，应具体体现在快速衔接上下工序、提高上下工序效率、RH真空精炼周期、RH真空精炼准备时间、RH真空设备故障停炉时间、质量停机时间以及品种生产方式影响等诸多方面。结合RH真空精炼工艺与装备技术的发展现状，采用的工艺技术如下表所示：采用高效率组织生产的RH真空精炼工艺技术在线布置钢包卷扬提升强真空泵抽气能力大流量循环驱动大循环管内径高精度大合金称量多功能MFB氧枪整体吊换式结构升降式顶部●●工序间效率影响●●●●●●●精炼处理周期●●●●●●生产准备时间●●●●设备故障时间●质量停机时间●●●硅钢生产影响●●●●●●●3.低消耗炼钢生产线对RH精炼工艺技术的要求RH真空精炼工序的消耗主要体现在耐材消耗、电耗、气耗等，结合当今RH真空精炼工艺与装备的发展状况，采用的工艺技术如下：转炉蒸汽自用三段式真空室快速热喷补车加厚插入管钢包提升框架耐材消耗●●●气耗●电耗●RH真空处理单体设备的选型及优化1.钢包卷扬提升系统该系统将卷筒、驱动装置和定滑轮组设置在平台上，动滑轮组和吊钩分别设置在钢包吊具框架上。钢包卷扬升降设备布置在框架上，地面除轨道外无其他设备，可避免钢包意外穿漏造成重大事故，提高运行安全性。同时，卷扬设备故障率低，维护成本低，运行稳定可靠。由于克服了原有钢包液压顶升装置对钢包车运行通道的阻断及设备维护频繁，耐材维护占用时间，更能适应连续生产，大幅度提高RH真空精炼产能。钢包卷扬主要技术数据如下：设计起重量工作级别卷扬高度提升速度350tA810m0.3～4m/min2.合金加料系统合金加料系统由高位料仓、称量设备、上下料钟、加料电振等设备组成。为避免合金系统维护影响生产，在合金下料管增加了返料阀，在电振斗下方设置放灰装置，使电振清灰与检查维护同步，消除合金加料电振频繁清灰对真空生产的影响；系统采用分组称量，最大称量值为12t，添加速度为4～6t/min，满足高牌号品种钢大合金量快速添加的要求。对化学成分控制要求高的品种，合金添加的精度误差≤±1kg。3.真空泵系统由三级增压五级蒸汽喷射泵、真空切断阀、气体冷却器、水冷管、水冷弯头及其辅助设备组成，选用合适的真空泵抽气能力。系统增加的水冷管可对被抽气体进一步冷却，从而提高气体冷却器的除尘效果，使得抽真空管道积灰很少，保证系统长期稳定运行。4.MFB多功能顶枪系统配有四套管结构MFB顶枪，除对钢水进行吹氧强制脱碳和有效升温外，还可利用焦炉煤气对钢水和真空室进行加热和烘烤，确保真空室在高温运行，有效防止真空室结瘤。5.真空室和插入管真空室采用三段式组装，真空室全高超过12m，可减少和消除合金加料孔、顶枪孔等部位真空室内积渣，保证设备高效运行。合金下料口距底部砌砖面5m，运行时合金加料口不用清理，顶枪孔按设备要求检查即能满足使用；插入管采用650mm的大循环管内径，钢水循环速率高，上升管和下降管钢结构采用风冷，加厚插入管可减少插入管维护。RH真空设备的主要工艺参数

项目主要工艺参数设计产量（单体）120万吨/年插入管内径

650mmAr流量Max240Nm3/H设计循环速率200t/min真空泵抽气能力1000kg/h(67Pa)4800kg/h(8kPa)工作真空度67Pa纯处理时间19~45min

冷抽气时间4min(1大气压→67Pa)高效化RH真空精炼工艺技术1.高效化平面布局

该RH真空精炼将在线布置与卷扬提升结合，适应炉外精炼的发展方向。整个炼钢厂的布局更紧凑、更能有效地衔接上下工序，为提高RH真空精炼比创造了条件。通过生产应用主要体现出以下高效化特点：有效提高RH真空精炼处理比例，RH精炼比可达到80%以上，节约出钢后钢水倒运时间，转炉-RH真空精炼-连铸整个流程紧凑，比离线布置节约倒运时间8～10min；出钢跨和钢水接收跨行车运行线路短，减少过程温降10℃，节约转炉氧耗、提高钢水收得率、提高耐材寿命；转炉钢水直接移动到处理位，减少了钢包转递时间和钢包吊运作业，转炉出钢跨少布置一台350t行车；两台钢包车完成钢水交接减少RH真空设备空置时间5min，提高设备作业率和耐材寿命，两台钢包车即可完成钢水交接及互为备用功能，避免钢包车故障造成生产中断；真空室能保持高温流渣不影响设备运行，消除不同钢种成分污染、保证不同钢种交叉，连续的处理；钢包卷扬升降设备布置在框架上，地面除轨道外无其他设备，避免了钢包意外穿漏造成重大事故，提高了安全性；卷扬设备克服了钢包液压顶升装置对钢包车运行通道的阻断，更适应RH真空精炼连续生产、提高产能；在线布置少建了两个列柱厂房，充分利用了空间。采用新的工艺布置后，有效减少了钢包运行及其他辅助作业时间，工艺流程顺畅、工序衔接紧凑、RH真空设备具有良好的操作维护条件，为RH真空精炼高效运行创造了条件。

RH在线布置武钢炼钢四分厂真空在线布置图2.高效的钢水循环流量RH真空处理时钢水的混合与环流对钢包成分混合和真空室的反应有重要影响，对RH真空处理过程钢包的钢水混合与环流性能进行了分析。实际RH操作中循环流量估算结果见下图

，在插入管内径0.65m、真空度133Pa，提升气体流量240Nm3/H条件下，该RH循环流量为185t/min，钢水平均1.1min循环一次。通过增大循环流量，加快真空处理前期反应、选择合适的氩气流量和真空度来增大气泡反应表面积，可加速超低浓度区的脱碳或脱硫，改善环流过程去除夹杂物的效率。

实际参数与循环流量的关系钢水高效循环→循环周期缩短至1.1min。

3.RH真空精炼洁净钢生产技术超低碳钢高效脱碳技术

RH生产超低碳钢过程采用高速抽气加大循环量操作，加速脱碳包括RH/MFB模式，MFB烧嘴在真空脱碳前期吹氧。处理10min后钢水碳含量≤15×10-4%，脱碳表观速率常数高达0.45min-1，脱碳结束钢水中的碳含量降到7~9×10-4%，改进真空室减压速率和提升气体流量的综合措施对加速脱碳有效。批量生产中脱碳处理后平均碳含量达到10.4×10-4%。

真空室没有大的喷溅，脱碳Kc→0.45min-1，[C]→7~9×10-4%，批量生产中平均[C]10.4×10-4%。RH/MFBRH/MFB脱碳效果的实例超低硫钢生产技术超低硫钢的硫含量要求≤30×10-4%、甚至≤10×10-4%，炼钢工序即使在脱硫好的情况下，出钢硫含量也在30×10-4%以上，生产此类超低硫钢必须在RH真空精炼实现对钢水的快速脱硫。将到RH钢水[S]控制在w[S]≤30×10-4%，RH真空脱氧后根据终点硫含量要求向真空室钢水加入一定量的脱硫剂，高真空度加大环流，处理后硫含量可迅速降至8~10×10-4%。RH真空精炼装置投产后进行了低氧钢生产技术开发。RH真空处理洁净钢过程T[O]降低的实例见下图。处理后T[O]量为7~8×10-4%，连铸过程水口堵塞的现象明显改善，连浇炉数大幅度提高。通过发挥RH真空二次精炼控制T[O]的技术，批量生产了[O]≤10×10-4%、非金属夹杂物尺寸≤5μm的清洁钢水。超低氧钢生产技术

T[O]＜10×10-4%

，夹杂物＜5μm，水口堵塞明显改善。7~8×10-6超低碳钢RH处理洁净钢的T[O]降低趋势

RH高效在线效果1.RH的高效快速达产炼钢总厂四分厂投产第3个月RH真空精炼比即达50%，完成了镀锡板、无取向硅钢和取向硅钢的批量生产。单座转炉-单RH真空8小时最高连续处理12炉硅钢，RH精炼比达到100%。投产第7个月RH真空精炼比超过68%的设计精炼比，达到80.87%，且上、下工序衔接快速紧凑，成份控制稳定，铸坯内部质量良好，体现了明显的技术优势和良好的经济适用性，实现了真正意义上的转炉-真空-铸机节奏匹配。期间，插入管平均寿命130次，真空室移室时间最短为12分，顶部更换作业时间小于8小时，与单线检修和全厂定检同步，不需在线清理顶部积渣，减轻了劳动强度，提高了真空作业率，满足了真空品种的连续生产要求，体现出了新流程高效化的优势。2.洁净钢水平RH真空处理结束T[O]稳定在8~10×10-4%水平；RH真空处理结束钢液中夹杂物尺寸：<5μm的夹杂物为100%，其中<1.25μm的夹杂物占85.6%，1.25~2.5μm的夹