钢种炉外精炼技术的发展与优化

钢种炉外精炼技术的发展与优化

3炉外精制技术。在现代物流钢水炉的外部精炼始于20世纪30年代末。它主要用于处理各种高级钢的脱气处理，如dh、rh、finkle、asea-skf等。20世纪70—80年代,VOD、AOD、RH-OB(KTB)、VD、LF、LT、TN、SL、SAB、CAB、CAS等不同功能炉外精炼新技术纷纷开发成功,炉外精炼开始大量用于普通钢种。经过其后20多年发展,炉外精炼已发展成为满足钢水洁净度要求、对钢水温度和成分进行精确控制并有效协调炼钢与连铸生产组织,对炼钢生产具有非常重要意义的关键工序环节。当前炉外精炼技术发展呈现以下特点:1)炉外精炼比显著提高,高水平钢厂精炼比达到100%;2)真空精炼比显著提高,日本钢铁企业(高炉-转炉流程)RH精炼比平均在74%以上,宝山钢铁集团宝钢分公司真空精炼比达到75%;3)强调高效、经济、快速和根据产品特点选择精炼工艺;4)高水平钢厂开始分钢类建立专业化精炼生产线,精炼效率显著提高,成本大幅度降低。炉外精炼工艺方法种类繁多,基本上分为真空和非真空精炼两大类,主要包括LF(钢包炉)精炼工艺、钢包吹氩精炼工艺(LT)、CAS或IR-UT浸渍罩吹氩精炼工艺、VD真空精炼工艺、RH真空精炼工艺、VOD真空吹氧精炼工艺、AOD氩氧精炼工艺、ASEA-SKF真空电弧加热+电磁搅拌工艺等,其中前5种精炼工艺应用得最普遍。表3给出了钢包吹氩、CAS、LF、RH和VD5种主要精炼工艺方法的功能特点。由表3可知,不同的精炼工艺都具有各自特点和相对优势。因此必须根据钢厂的产品特点(S含量、O含量、夹杂物、生产节奏等)选择适用的精炼方法。为了提高国内炉外精炼水平,以建筑用普通长材、中厚板、热轧板卷和冷轧薄板4个典型钢类为例,对钢包吹氩、CAS、LF、RH等主要精炼工艺功能特点和上述钢类应采用的精炼工艺进行分析论述。3.1主要外精炼技术的功能特点3.1.1采用钢包吹精制工艺钢包吹氩精炼有包底透气砖吹氩、上部插入喷管吹氩、加盖吹氩等,还有与造渣、钢液成分调整、喂线结合在一起,被称之为LT工艺(LadleTreatment),可以用于钢水均匀化、成分调整、脱硫、去除夹杂物等,目前在日本、韩国已应用得比较广泛。吹氩搅拌精炼主要依靠吹入氩气泡在钢液内部的上浮对钢水进行搅拌,其比搅拌功可由式(1)算出。根据日本特殊钢厂生产经验,比搅拌功率控制在100W左右的精炼效果最佳。以150t钢包为例,在钢水深度为3.1m左右时,底吹Ar的总流量应在570L/min左右。ε=0.0285Q⋅TW×lg(1+H148)(1)ε=0.0285Q⋅ΤW×lg(1+Η148)(1)式(1)中,ε为比搅拌功率,W/t;Q为底吹氩气流量,L/min;T为钢水温度,K;W为钢水质量,t;H为钢水深度,m。采用钢包吹氩精炼工艺,为获得良好精炼效果必须做到:1)精确控制Ar流量以控制搅拌强度;2)严格控制转炉出钢下渣量;3)对钢包渣进行还原改质,以防止带入的高FeO含量转炉渣造成二次氧化。此外,在钢包未加盖密封情况下,如底吹Ar搅拌过强(流量过大),钢水表面会被“裸露”造成二次氧化。钢包吹氩精炼工艺方法在国内虽然应用得很普遍,但大多数钢厂对该工艺重视不够,认为该工艺只能用于生产较低质量要求钢种,许多钢厂吹氩精炼站没有渣料仓、合金料仓,Ar流量也不能进行较准确控制。国外日、德、韩等国钢厂,大量采用钢包吹氩精炼工艺生产低碳铝镇静钢(LCAK)冷轧钢种、热轧带钢、特殊钢等优质钢种。最近中国金属学会组团访问韩国浦项钢铁公司浦项制铁所,该厂宣称,其LF仅在生产w(S)<0.002%钢种时采用,其它超低硫钢种则主要采用钢包吹氩加顶渣工艺(LT工艺)。德国蒂森克虏伯公司采用上部插入喷管吹氩搅拌加顶渣工艺,可以生产w(S)<0.003%优质热轧钢板。国内武钢二炼钢、马钢四钢轧等钢厂也采用该工艺,大量生产优质LCAK冷轧薄板和许多低硫、超低硫热轧钢种。3.1.2cas精制工艺生产的必要性与钢包吹氩搅拌精炼工艺相比,CAS精炼方法能够较好地解决强烈搅拌钢水促进夹杂物上浮和防止钢液被炉渣和炉气氧化的矛盾。因为,一开始的强吹Ar将钢包中心区域渣子吹开,插入钢液内部的耐火材料浸渍罩范围内,已基本上无氧化性炉渣,并处于罩内Ar气氛保护下。即使采用强吹氩搅拌,也不必顾虑钢水被氧化,从而能够更好地促进脱氧产物聚合、上浮、去除。CAS精炼工艺方法可以用于生产优质LCAK冷轧钢种,这一点已被日本的钢厂和我国宝钢、鞍钢等生产实践所证实。IR-UT也具有相同的功能。3.1.3lf精制方法由于采用电弧加热,可以多量造新渣,LF精炼工艺在渣-钢精炼方面较其它精炼方法具有优势,因而被广泛地用于超低硫钢的炉外精炼,如优质管线钢、高强度中厚板、特殊钢棒线材等钢种。另外,由于还可以对钢水进行升温,LF精炼工艺在电炉炼钢与连铸协调、匹配方面用得较多。同时,LF也存在着一些问题,例如精炼周期长、渣量大、能耗高,冶炼低碳、超低碳冷轧钢种时C、Si、N含量不易降低等。值得关注的是,国内外高水平转炉钢厂炉外精炼采用LF工艺呈现减少趋势,如浦项钢铁公司浦项制铁所第二炼钢厂,只有在生产w(S)<0.002%的厚板钢种时才采用LF精炼方法,宝钢、马钢四钢轧厂等也只在生产w(S)<0.003%钢种时采用LF,而大量低硫、超低硫钢种则采用成本较低的钢包吹氩加顶渣或直接采用RH(必要时加PB)精炼工艺。由于LF精炼应用减少,许多高水平钢厂只建一座LF,甚至没有LF,如新日铁君津制铁所、浦项钢铁公司浦项制铁所和光阳制铁所、德国Dillingen钢厂等。这是因为:1)近年来日、韩等国钢铁厂大量采用脱硫效率更高的KR铁水预处理工艺,转炉钢水S含量降低,炉外精炼脱硫负荷减轻,采用转炉出钢造渣、脱氧和钢包吹氩精炼等,即可满足对S含量、O含量、夹杂物控制要求,因而不再采用成本高、精炼周期长的LF精炼工艺;2)采用脱硫效率更高的V-KIP、VD、PI等精炼工艺,如新日铁君津制铁所、德国Dillingen钢厂、住友金属和歌山制铁所等。目前国内一些钢厂由于生产组织管理和操作等方面的问题,出钢温度控制的稳定性差,因此必须依赖LF对钢水温度进行调控,造成过多依赖LF精炼工艺的现状(一些钢厂一个炼钢车间甚至建设3～4座LF)。LF精炼吨钢耗电20～30kWh,有的吨钢耗电甚至高达50kWh,成本较CAS、钢包吹氩精炼高15～25元,精炼周期也较长,影响连铸拉速,对国内许多钢厂存在的这一问题应引起足够重视,并改进解决。另外,LF精炼不适合用于冷轧薄板钢类。大多数LF在钢包盖直接设置抽烟气孔,影响钢包炉内保持高度还原性气氛。如底吹Ar搅拌过强,钢水表面会“裸露”造成二次氧化。目前采用LF工艺对LCAK冷轧钢种进行精炼的钢厂,大多采用造还原渣(“白渣”)工艺,向炉渣加入铝粒、铝灰等将w(FeO)降至2%以下,为此吨钢需加入1kg以上铝,增加了生产成本。此外,与CAS、RH等精炼工艺相比,采用LF工艺生产冷轧薄板钢类,还存在钢液增硅、增碳、增氮等问题,影响钢材性能。3.1.4rh精制技术RH真空精炼技术于20世纪50年代后期开发成功,最初主要用于少数钢种(大锻件、厚板等)的脱氢处理,发展得较慢。20世纪80年代后,随着超低碳钢产量增加,RH数量增长很快,功能也由主要用于脱氢转向主要用于深脱碳和脱氧、去除夹杂物等,目前已发展成为大型转炉大批量生产冷、热轧薄板时应用非常广泛的炉外精炼工艺。RH的精炼效率主要取决于真空度和钢水循环速率,其中钢水循环速率可由式(2)计算。U=11.4G1/3·D4/3{ln(P1/P2)}1/3(2)式(2)中U为钢水循环速率,t/min;G为提升气体流量,m3/min;D为浸渍管内径,m;P1为提升气体吹入压力,P2为真空槽内压力。国内宝钢、武钢、首钢京唐、马钢等企业近年来新建和改建RH装置均采用了强大真空抽气系统、增大浸渍管内径和提升气体流量的方法(见表4),获得了很好的精炼效果。RH精炼装置用于超低碳钢深脱碳和厚板、管线、重轨等钢种脱氢,工艺技术已很成熟。值得关注的是,以生产热轧、冷轧带钢为主的钢厂,如韩国浦项钢铁公司、台湾中钢等,纷纷在2台RH装置基础上,增建了第3台RH装置,向用于普通热轧低碳钢种、冷轧钢种的方向发展。能够进行快速、高效精炼是RH比其它精炼工艺所具有的另一突出优势,目前RH用于钢水深脱碳和脱氢均可以在30min内完成精炼,用于LCAK钢“轻处理”则可以在20min内完成。对于RH精炼的成本目前有不同认识,但大量采用RH精炼的钢厂,RH的主要动力为转炉炼钢回收的蒸汽,连续大量使用RH又可将吨钢耐火材料消耗降低至较低水平,因此RH的实际生产成本并不高。如住友金属和歌山钢厂已实现脱磷预处理转炉+脱碳转炉+RH精炼“零”能耗生产。精炼效率高、周期短、生产成本低是目前普通钢种逐步大量采用RH的主要原因。LCAK冷轧钢种采用RH“轻处理”是RH用于普通钢种一典型范例。该工艺是日本钢铁企业在20世纪80年代开发成功的,如图1所示。采用传统工艺生产LCAK钢种,转炉炼钢终点钢水碳质量分数要脱除至0.04%左右,钢液溶解氧质量分数在650×10-6左右,此部分溶解氧在随后精炼过程要通过加入铝(1～2kg/t)进行脱氧,即要消耗大量铝,又增加了去除钢液中夹杂物(脱氧产物Al2O3)难度。而采用RH“轻处理”工艺,转炉终点钢水w(C)可提高至0.08%～0.10%(对转炉而言,有缩短吹炼时间,降低渣中w(ΣFeO),减少炉衬侵蚀等好处),相应的钢液溶解氧质量分数约为0.020%～0.035%。转炉出钢过程不进行铝脱氧,随后利用RH在较低真空度下(2.67×105Pa)将w(C)脱除至0.04%左右,钢液w(O)在200×10-6以下,然后进行脱氧和去除夹杂物操作,从而可以显著降低脱氧用铝量和非金属夹杂物生成量,既降低了生产成本,又提高了产品质量,目前已为高水平钢厂大量采用。RH用于普通热轧带钢钢类,则主要与近年来在两方面炼钢技术进步有关:1)由于铁水脱硫预处理和转炉炼钢抑制钢水增硫等技术进步,转炉出钢钢水硫含量显著降低,因此对多数普通热轧带钢钢类,不必再在精炼工序进行脱硫。对超低硫的钢种可采用RH-PB技术。2)许多3座转炉的钢厂采用3台RH精炼装置,RH精炼比增加至75%左右,使普通热轧钢种采用RH成为可能。在大量连续使用RH条件下,对普通低碳热轧钢类采用RH精炼,较以往采用LF或钢包吹氩精炼工艺相比,能够在生产成本相近情况下,得到更好精炼质量和连铸连浇效果。3.1.5vd真空精制VD真空精炼工艺起源于真空条件下钢包吹氩处理工艺(VAC),与RH开发成功几乎同步,在20世纪70-90年代逐步发展完善。采用VD精炼工艺能够对钢水进行脱氢、脱氮、脱碳处理等。与RH真空精炼相比,VD设备投资低30%以上,在欧、美许多钢厂(特别是电炉流程钢厂)应用得较广泛。根据气体的等温方程式,有:V=V0·P0/P(3)式(3)中,P0和V0分别为常压下气体的压强和体积,P为VD真空室内气体的压强(可以降低至100Pa以下),V为真空室内下气体的体积。钢包底部吹入钢液的Ar体积变化为:V=V0×P0/P=10200/100×V0=102V0(4)由式(4)可知,VD精炼中吹入钢液的Ar体积要膨胀100倍以上,由此形成对钢液的强烈搅拌。溶解于钢液的N、H,除由于压力降低而直接逸出钢液外,还会被钢液中大量的Ar泡带出钢液。当然,在VD装置内也可以加造渣剂进行深度脱硫处理。VD与RH真空精炼相比,在对炉渣搅拌混合方面存在重要的不同。在VD真空精炼中,吹入钢液内部的Ar流在对钢液进行强烈搅拌的同时,钢液上面的炉渣也经受强烈搅拌,渣-钢间反应增强,但大量渣滴、渣粒也会由此进入钢液,有时会成为钢中大型夹杂物重要来源。此外,VD装置的处理时间周期明显比RH装置为长,与高拉速板坯连铸匹配很困难。主要适用于批量较小、铸机拉速低的厚板、中板生产。由于VD投资少,20世纪90年代国内许多钢厂选用了VD精炼工艺。近年来,许多钢厂认识到VD精炼在超低碳钢深脱碳效率和在非金属夹杂物控制方面的不足,绝大多数钢厂新建真空精炼选择了RH工艺,这对以生产超低碳钢、特殊钢棒线材为主的钢厂是对的。但是,对以生产厚板为主的钢厂,却更宜采用能够更高效率脱硫并可以同时进行脱氢的VD精炼工艺。如德国Dillingen钢厂,年产200万t优质中厚板,其中90%产品w(S)低于0.001%,在精炼过程通过大流量气体搅拌(约1800L/min),可以将w(S)由0.01%左右脱除至0.001%以下。3.2节省准备设备外的主要工艺选择和分析3.2.1对对象材料的要求建筑用热轧圆钢、螺纹钢筋等长型材主要为普碳钢和低合金钢,发达国家主要采用电弧炉-LF工艺生产此类钢材。在这种情况采用LF作为精炼工序,主要是为了替代还原期,使电炉冶炼周期在60min以内,适合连铸多炉连浇,而不是为了冶炼低硫钢。国内主要采用转炉流程生产建筑用普通长材,主要用于钢筋混凝土结构,对钢材性能的要求主要为轧制方向(长度方向)的力学性能(强度、伸长率、面缩率等),对钢中硫、磷、非金属夹杂物等控制要求相对较宽松,一般w(S)<0.035%就能满足性能控制要求。目前国内钢厂生产建筑用普通长型材,多采用小方坯连铸,为了防止水口粘结、堵塞,采用Si-Mn脱氧工艺,脱氧产物主要为SiO2-MnO-FetO系复合氧化物,在钢液温度下大多呈液态,较容易聚合长大而上浮去除。建筑用普通长材钢类的炉外精炼任务主要为脱氧、夹杂物上浮、成分控制、温度调整等,基本没有脱硫任务,采用钢包吹氩或CAS精炼工艺均能满足精炼任务要求。应该指出,尽管普通长型材对S含量、T.O含量、非金属夹杂物等控制要求不如薄板、无缝管等严格,但并不意味着可以“随意操作”。为了保证钢材良好性能,在转炉终点控制、出钢防下渣、钢包吹氩或CAS精炼、保护浇铸等方面,仍需要严细操作,确保低成本、高效率地提高钢的洁净度。3.2.2炉外精制脱硫技术的进步热轧带钢根据化学成分和性能,可主要分为3类:1)碳钢;2)低合金钢;3)微合金化钢。与冷轧带钢钢类相比,热轧带钢对S含量控制要求要严格得多,碳钢大多数要求w(S)<0.012%,低合金钢和微合金钢绝大多数要求w(S)<0.006%,管线钢等产品甚至要求w(S)<0.001%。如上所述,由于铁水脱硫预处理、转炉炼钢抑制增硫等技术的进步,炉外精炼脱硫的任务减轻。如韩国浦项钢铁公司浦项制铁所生产热轧钢板,仅对要求w(S)<0.002%钢种采用LF精炼,其它低硫、超低硫含量钢种则采用LT(吹氩+造顶渣)处理等较低成本工艺方法。目前,宝钢、马钢等国内高水平钢厂,热轧钢类的炉外精炼工艺选择也采取了类似策略。根据国内钢厂的生产条件,热轧带钢钢类炉外精炼工艺可根据产品O含量、S含量控制要求做如下选择:1)对要求w(S)<0.012%的普碳钢种,采用钢包吹氩搅拌或CAS精炼工艺;2)对要求w(S)<0.006%低合金钢、微合金化钢,采用钢包吹氩搅拌(或CAS精炼)+RH(或VD)工艺,高水平钢厂也可采用转炉炼钢、严格控制下渣量直接进行RH(或VD)精炼的工艺;3)对要求w(S)<0.003%低合金钢、微合金化钢产品,采用LF精炼+RH(或VD)工艺。目前国内仍有许多钢厂在转炉钢水硫含量控制、钢水温度稳定控制等方面下的功夫不够,存在较多问题;在生产热轧带钢钢类时采用LF精炼工艺来协调生产中转炉操作不规范的问题,看来应该在认真做好各项基本操作的基础上调整思路,不能在转炉炼钢厂生产薄板的过程中,过度滥用LF精炼。3.2.3厚板用途的要求中厚板广泛用于造船板、桥梁、容器、管线、工程机械、海洋平台、高层建筑等,对强度、延性、低温韧性、焊接、抗HIC等性能有很高要求,对钢中硫、磷、氢等杂质的控制要求也十分严格。对重要用途中厚板,w(S)大多数要求低于0.003%,w(H)要求低于0.00015%～0.0002%,管线钢、海洋平台用厚板等,w(S)甚至要求低于0.0005%～0.001%。中厚板钢类炉外精炼的主要任务为脱硫、脱氢和夹杂物控制,其合理的炉外精炼工艺应为LF+VD(或RH)精炼工艺。由于VD在真空精炼脱氢同时,还能够进行高效脱硫,因此以生产中厚板为主的钢厂,如新建真空精炼装置,建议采用VD精炼工艺。选用VD工艺进行厚板生产工艺的另一原因是厚板铸机拉速很慢,一般为0.2～0.3m/min,浇铸周期长,VD可以与之适应。3.2.4炉外精制工艺冷轧薄板主要用于汽车、家电、建筑、食品罐、日用品等,根据碳含量可将冷轧带钢产品分为3类:1)低碳铝镇静钢(LCAK),w(C)=0.02%～0.06%;2)微碳钢(ELC),w(C)=0.008%～0.02%;3)超低碳钢(ULC),w(C)≤0.0035%。冷轧带钢类钢种化学成分的特点为:1)为获得良好冲压和涂镀性能要求,要求C、N、Si含量很低;2)均为铝脱氧钢;3)对P和S含量控制要求与热轧板比相对较宽松;4)为了保证良好表面质量,对非金属夹杂物要求严格控制,如汽车钢板中的夹杂物须小于100μm,DI罐用钢板中夹杂物须小于40μm。对于ELC和ULC钢类,由于须进行精炼脱碳,因此必须采用RH精炼工艺,这已无异议。对于LCAK钢,目前可采用的炉外精炼工艺较多,如RH、CAS、LT、LF精炼工艺等,国内钢厂对适用于LCAK钢类的炉外精炼工艺也存在较多争议。LCAK钢为低碳铝脱氧钢,向钢液中加入铝后,式(5)表示的脱氧反应迅即发生,在2～3min之内,钢液溶解氧质量分数降低至0.0001%～0.0003%,绝大多数溶解氧转变为Al2O3夹杂物,而此后Al2O3夹杂物的聚合、上浮、去除即成为提高钢水洁净度的关键。2[Al]+3[O]=Al2O3(s)(5)转炉吹炼LCAK冷轧薄板类钢种,终点w(C)一般在0.025%～0.050%,炉渣w(FeO)在15%～25%。出钢过程会有部分转炉渣进入钢包,钢包渣w(FeO)大致在10%～18%。经过“三脱”预处理后中脱碳炉的出钢渣,由于渣量少,且较黏,易于控制进入钢包的渣量,更适合与RH匹配运行。在炉外精炼过程加强对钢水搅拌能够促进夹杂物的聚合、上浮、去除,但当钢包渣为氧化性渣时,搅拌会造成钢液Al被渣中FeO氧化,发生式(6)所示反应,反而造成钢中Al2O3夹杂物量增多。此外,如对钢液搅拌过强,造成钢液上表面部分“裸露”,也会使[Al]氧化,Al2O3夹杂物含量增加。对于冷轧薄板钢种,如何既能强烈搅拌钢水,尽量去除钢中非金属夹杂物,同时又能避免由于搅拌过强造成钢液被氧化性炉渣和炉气“二次氧化”,是一个需要很好加以解决的工艺技术诀窍。[Al]+(FeO)=(Al2O3)+Fe(6)采用LF工艺对LCAK钢种进行精炼,不能很好解决强烈搅拌钢水促进夹杂物上浮和防止钢液被炉渣或炉气二次氧化的矛盾。此外,还存在易发生钢液增碳、增氮、增硅以及成本较高的问题。因此,LF不宜滥用于冷轧钢类。采用钢包吹氩搅拌对LCAK钢进行精炼,需要对包内炉渣进行还原改质,否则在吹氩搅拌时会发生钢液二次氧化。另外,搅拌用氩气流量也要合理控制,避免钢水“裸露”被二次氧化。与LF和钢包吹氩搅拌工艺相比,CAS工艺由于采用浸渍罩,罩内渣量很少并为保护气氛,因此能够较好地解决强烈搅拌钢水促进夹杂物上浮和防止钢液被炉渣和炉气氧化的矛盾,获得促进脱氧产物Al2O3聚合、上浮、去除效果,适合用于LCAK钢类的炉外精炼。RH用于LCAK钢精炼,钢包内绝大部分炉渣在真空室外,基本不参加钢水的循环流动和真空室内的反应,因此能很好地解决搅拌钢水促进夹杂物上浮和防止钢液被炉渣和炉气二次氧化的矛盾,因此,RH也适合用于LCAK钢类的炉外精炼。3.2.5特殊钢棒钻孔加工技术特殊钢棒线材主要用于制作机械设备中的轴件、齿轮、弹簧、轴承、紧固件等,这些工件大多在交变载荷下工作,钢中夹杂物往往成为工件疲劳破坏的起源。为了保证钢材的抗疲劳破坏性能,必须对夹杂物进行严格控制,特殊钢棒线材钢类的T.O质量分数绝大多数要求低于0.0012%,轴承钢w(T.O)甚至在0.0005%以下。特殊钢棒线材钢类可采用电炉或转炉冶炼,由于特殊钢棒/线用连铸机一般拉速较慢,可以允许大多数钢种采用LF精炼,通过造渣和较长时间的渣-钢间精炼反应,降低钢液T.O含量并对夹杂物进行控制。此外,特殊钢棒线材要求窄成分控制,采用LF有利于对钢液成分、温度等进行更精确控制。LF精炼后的真空处理对于进一步降低特殊钢T.O含量、去除夹杂物具有重要作用。特殊钢棒线材钢类的真空精炼主要有RH和VD两种工艺。当采用VD工艺时,由于钢液与炉渣的强烈混合搅动,会造成炉渣混入钢水的夹杂物数量增多,因此RH精炼更适合于优质特殊钢棒线材。3.3品种钢生产线的组织在20世纪70-90年代,钢厂的炉外精炼装置少,精炼比较低,为了使钢厂拥有的少量精炼设备能够用于不同类产品,希望炉外精炼装置能够具备尽量多的功能,炉外精炼多功能化成为当时的发展趋势。目前,绝大多数大中型钢厂,钢水炉外精炼比达到或接近100%,并涵盖了企业主要产品类别(长材、热轧带钢、冷轧带钢或中厚板等)。值得关注的是,近年来国内、外高水平钢厂新建或改建炉外精炼装置,不再追求精炼装置的“多功能化”,而是根据产品特点,选择适用精炼装置和工艺,强化所需要的某几项功能,从而达到高效、经济、快速精炼的目的。更有一些高水平钢厂开始按钢类建立专业化精炼产线,如日本住友金属和歌山钢厂、新日铁名古屋钢厂,宝钢最近实施的炼钢“专线化”经验,就值得各大型钢厂重视和借鉴。以往钢厂在品种生产组织方面存在两种模式,一种模式是用一条生产线生产各类产品,实现品种的全覆盖,什么品种都想做,既生产管线钢,又生产汽车板,有时还要生产耐候钢、电工钢等,即“小而全”。这一般出现在精炼连铸生产线少于2条的钢厂。表面看来其品种齐全,其实缺乏专业化批量生产的能力,质量难以稳定,频繁的钢种切换使刚调整稳定的操作参数又需重新进入新的不稳定,造成生产过程的切换成本高、质量不稳定、铸机运行不稳定、产量波动和设备维护困难。另一种模式是使多条生产线同时具备生产各类品种的能力,一旦某一生产线发生故障,可以迅速将该产品转移到其它生产线去生产,即“大而全”。这类钢厂表面看起来生产调度的灵活性较强,但实际后果是降低了对设备维护和操作人员的操作、维护要求。为了使各条生产线都能满足各种品种钢的要求,设备的功能无法进行差异化配置,势必会提高投资成本,同样也会产生切换成本高、质量不稳定的问题。所谓切换成本是指某一设备为了生产某一钢种或规格的产品而中止正常生产所产生的质量损失和停机产量损失。由于没有形成固定的生产线,钢厂的生产很难实现高水平的“层流”稳态的状态,增加了生产过程中非层流和非稳态的可能性,容易造成产品质量不稳定,质量损失大,质量成本高。这种生产组织的方式在有2条以上精炼和连铸生产线的国内大型钢铁企业中普遍存在。通过上述分析,对一些大型现代化联合企业而言,应探索一种新型的生产方式,即通过专业化分工、专线化来生产不同品种的模式。专业化分工是指在有一条生产线以上的大中型钢厂内,通过合理的车间布置、差异化的设备选择将钢厂的品种钢进行分类,使不同的重点、特色产品的生产线进行分工,尽可能地使某一类品种钢在某一条生产线上进行生产的方式。一旦某一生产线的精炼或连铸设备发生故障而停机,确定在该生产线的品种钢一般不能转移到其它生产线生产。专业化不是单一钢种生产线,它是某一类钢种的生产线,它可以只生产某一类产品,如汽车板,也可以在生产某一类品种钢的同时生产部分适合于这条生产线的品种钢,如管线钢、高强钢、结构钢等。专业化生产线与非专业化生产线的重要区别在于专业化生产线的品种钢生产是有分工的,是相对地固定的,而非专业化生产线的品种钢生产的产线安排是随机的,没有固定产线的。近年来宝钢炼钢厂通过技改,初步实现了几个主要品种的专线化生产。1)汽车板专业化生产线。由铁水包脱硫/混铁车脱硫→300t复吹转炉→2号RH→2号板坯铸机组成。针对汽车板要求C含量低的特点,对2号RH采用了高真空抽气能力、大循环流量等设计,专门用于IF钢等汽车板精炼,目前经2号RH精炼生产的IF钢,w(C)<0.0013%的低温退火钢板比率达到75%以上。针对汽车板表面品质要求严格的特点,2号板坯铸机采用了结晶器电磁搅拌技术,显著地减少了结晶器保护渣卷入、气孔等造成的钢板表面缺陷。2)厚板专业化生产线。由铁水包脱硫/混铁车脱硫→300t复吹转炉→4号RH→3号板坯铸机组成。针对厚板产品对硫、磷、氢和板坯表面及内部质量严格要求的特点,新建设4号RH具备大循环流量、大抽气量特点,为加快钢水脱氢和去除夹杂物能力创造了条件。3号铸机则为厚板专用铸机,具备小辊密排、二冷喷水幅切(喷水宽度调节)、轻压下等功能。尽管宝钢其它铸机也能生产部分厚板产品,但在实现专线化生产后,3号铸机厚板钢种的生产比率达到了100%。3)硅钢专业化产线。由混铁车(三脱、脱锰)→250t复吹转炉→3号RH→6号板坯铸机组成。高牌号硅钢对铸坯等轴晶比率有严格要求。针对这一特点,6号板坯铸机增加了扇形段电磁搅拌、中间包钢水等离子加热等功能。为适合硅钢精炼要求,对3号RH也进行了专门改造,进一步提高真空抽气能力,改造了合金料仓,增加了脱硫喷枪等。宝钢通过推进品种钢专线化生产组织模式,钢种在各个精炼和连铸工序有了明确分工,使RH装置的产能得到了最大发挥,钢种成分控制能力显著提高,连铸拉速提高,产品质量的稳定性显著提高。宝钢的实践表明,品种钢专业化生产线具有一系列的优点。因此,在新型钢厂形成品种钢专用生产线是值得重视的,它也应成为我国钢铁企业提升竞争力的发展方向。4炉外精制技术的选择与效能上面介绍的宝钢专线化生产和5个代表钢类炉外精炼优化工艺的推荐实例已概要说明了提高炉外精炼设备的效率和效能最关键的是一定要认清各类炉外精炼技术的基本冶金功能,综合考虑上、下游工序的衔接、设备效率提高等因素加以研究,才能合理选择、正确应用。总之要针对建立高效率、低成本“洁净钢平台”的要求,选好、用好炉外精炼的装置的功能与能力。4.1提高炉外精制工艺的速度、长寿命,一般可选用高效化、可扩大开放、调整任何一种技术的发展都追求进一步提高效率、效能,降低消耗、成本。炉外精炼也不例外。1)进一步提高炉外精炼的效率依然是最重要的发展方向。炉外精炼必须适应冶炼炉和连铸高效发展的要求,同时只有进一步高效化才能降低温度,物料(包括能源)的消耗,才能降低成本。炉外精炼高效化的核心应当是高速化,长寿命。2)功能强化是另一个重要的发展方向,也是高效化的重要内容之一。RH喷射泵能力强化,RH发展为RH-OB、RH-KTB、RH-PB等就是很好的例子。一项工艺技术的分解和多项工艺技术的综合集成在不同的条件下代表了不同的发展方向。就炉外精炼处在冶炼炉-连铸中间的位置,时间节奏的衔接十分重要,这也是应该强化的功能。3)炉外精炼的平面布局必须朝更紧凑、更利于快速衔接和保持应有的缓冲调节功能的方向优化。我们看到一些企业只上精炼设备,却不讲究平面布局的合理性,使常用工艺需要2台精炼设备顺序运行并与冶炼、连铸相衔接时,引起多次吊运的干扰,或是2台吊车同时运行时的干扰,从而造成低效率、高消耗的问题。而且,一旦平面图布局确定,就较难改变。有的厂重视并巧妙优化平面图布局,符合紧凑、无干扰的快速衔接要求。如武钢炼钢总厂四分厂的RH布置在出钢线并采用卷扬提升,不影响出钢钢包更换,节省了时间、投资、消耗,给我们以新的启示。4.2统计工作值得研究1)应进一步深化认识各种炉外精炼的基本功能,合理选择并优化组合在不同的产品生产流程中,促进高效率、低成本“洁净钢平台”的建设。2)重视具有重要功能的吹氩、喂线、合成渣洗精炼技术规范与优化。吹氩、喂线、合成渣洗是具有良好冶金功能的炉外精炼技术,大量用于普通棒/线材和一些优质钢种的生产,尤其吹氩和喂线常常与其它各种精炼工艺组合应用。但很多钢厂对吹氩、喂线认识不足,操作不规范,甚至计量配置不全,影响了应用和效果。必须从气压、气量控制、透气元件结构优化、提高芯线质量(包括芯线比、盘圈与出线方式),喂入速度控制等基本工艺优化和规范化入手,切实发挥应有的冶金效果,提高效率、降低消耗,减轻其它精炼方法的冶金负荷,实现整个精炼工艺的最优化