宝钢集团的炼钢生产工序经过30年的发展,坚持走引进、消化、吸收、再创新的道路,不仅在钢材产量上有了很大的提高,而且在品种、质量等方面也有了质的飞跃;不仅自主开发了多项关键技术,而且在资源综合利用、节能减排等方面也取得了长足进步。
宝钢炼钢的装备构成:宝钢分公司炼钢厂现有8个铁水预处理工位、6座300吨转炉、1座150吨双炉壳超高功率直流电弧炉、5台RH设备、2台CAS和1台KIP精炼设备、4座LF设备、1台IR-UT和1台VD精炼设备、6台双流板坯连铸机、1台6流圆方坯兼容连铸机、7条模铸浇注线,年产钢1700万吨;不锈钢分公司炼钢厂拥有2套铁水搅拌脱硫装置(KR)、2套铁水喷吹脱磷装置、2座150吨转炉、2座100吨电炉、2座120吨AOD炉、RH和VOD炉各一台、2座LF和1台LATS精炼设备、4台单流板坯连铸机,年产碳钢230万吨,不锈钢150万吨。梅钢公司炼钢厂拥有1座铁水脱硫站、2座150吨转炉、1台RH和LF精炼设备、双流和单流板坯连铸机各1台,年产钢290万吨。
炼钢系统,技术改造如火如荼
铁水预处理工艺:宝钢分公司炼钢厂铁水预处理从投产初期到1996年均采用混铁车喷吹脱硫处理,其设计脱硫处理比例为71%,采用石灰粉和电石粉进行脱硫处理。随着品种钢的开发和低硫钢的生产,各炼钢厂相应进行了喷吹脱硫技术改造,不仅对铁水脱硫剂成分进行了优化,而且加强了混铁车前的扒渣管理。一炼钢采用的倒“T”型喷吹法,混铁车脱硫效率波动在80%左右;二炼钢采用的斜枪喷吹法,混铁车脱硫效为92.5%;不锈钢炼钢厂铁水脱硫采用铁水机械搅拌法(KR),处理后的铁水硫含量可以达到0.001%,目前达到全量铁水脱硫处理。梅钢炼钢厂采用铁水包喷吹法进行脱硫处理,混合喷吹镁粉和石灰粉,处理后硫含量可达到0.002%以下,但由于只有1座脱硫站,处理比例只能达到70%。
高效转炉吹炼:为了提高转炉的作业效率,缩短转炉吹炼时间是一种有效的方法。宝钢分公司炼钢厂于2005年对300吨转炉进行了更大供氧强度的研究和试验,最大供氧流量可以达到69000立方米/小时,平均吹炼时间可以缩短到14.2分钟。通过不断优化转炉冶炼工艺,加强转炉化渣操作,减少喷溅,提高了转炉终点成分的保障能力,降低了转炉的再吹率,缩短了转炉镇静时间,从而达到了转炉不等成分直接出钢,转炉冶炼周期时间也从投产初期的60.4分钟缩短到34分钟以下。
转炉复吹技术:宝钢300吨转炉通过对顶底复吹技术的改进创新,对底吹风口的选择、风口布置结构进行了优化,开发了底吹风口的富氧复通技术和热更换技术,强调底吹风口裸露,提高底吹效果,逐步形成了具有宝钢特色的转炉复吹技术,为开发高难度、高附加值的新钢种提供了条件。
低磷低硫低氮工艺技术:他们对脱磷、脱硫、脱氮等工艺技术进行了研究和开发,使磷含量达到20×10-4%以下,硫含量小于30×10-4%,氮含量达到10×10-4%以下。
在电炉系统,宝钢分公司炼钢厂150吨超高功率双炉体直流电弧炉的兑铁方式由原来的先通电穿井再兑铁水,改为打开炉盖后用铁水包直接将铁水从炉子上方倾倒入炉的方式,缩短冶炼周期10分钟以上,更为重要的是实现了双炉同时吹炼,从而真正体现了一电双炉的优势。为了进一步缩短冶炼时间,他们通过多功能氧枪的改造,将原供氧设备改为多功能氧枪,电炉冶炼周期从105.8分钟缩短到56.7分钟,吨钢电耗也从366.9千瓦时下降到220.6的千瓦时,电炉电极消耗从2.1公斤/吨下降到0.8公斤/吨。
精炼设备,提升钢材质量
真空脱气精炼设备和工艺:宝钢具备的真空脱气精炼设备包括5台RH和1台VD处理设备。最早投产的RH主要用于钢水的循环脱气处理,经过RH脱氢处理后,钢水中的氢含量可以达到1.5×10-4%以下。随着超低碳钢生产的需要,开发了RH的脱碳功能。经过十几年的研究和开发,宝钢RH真空处理技术不断进步并完善,后又开发了RH脱硫工艺。宝钢应用顶枪在真空室喷粉脱硫,其脱硫效率可以达到80%以上,极低硫可以低于10×10-4%,为超低硫钢的生产开辟了一条新的途径。针对一些对硫含量要求高的硅钢,开发了RH-KTB脱硫新工艺,在RH-KTB脱碳和脱氧以后,再对钢水进行脱硫处理,可使硅钢的硫含量降至10×10-4%以下,满足了高牌号硅钢的生产。
与150吨电炉和LF相匹配的VD装置,主要完成对钢水的脱氢、脱氮、脱氧、脱硫、合金微调、促使夹杂物聚集上浮等功能。经VD处理后钢水的脱硫效率可以达到40%左右,极低硫达到5×10-4%以下。对于中碳和高碳钢,VD的脱氮效率为40%~60%,VD处理结束后钢中氮含量达到3.5×10-4左右,氢可以达到2×10-4%以下。近年来,宝钢分公司炼钢厂RH真空处理比例从33.4%提高到2007年63.6%,VD处理比例也从40.1%提高到84.5%。
钢水的渣精炼及再加热设备工艺技术:目前,宝钢分公司炼钢厂具备300吨钢包炉(LF)3座和150吨钢包炉1座,主要完成钢水的加热升温、脱氧、脱硫、促使夹杂物上浮去除以及合金成分调整等任务。近几年,他们研究开发了适合自身生产特点的150吨和300吨LF的精炼基础渣和精炼埋弧渣,既能很好地完成脱氧、脱硫等冶金功能,又能实现LF的全程埋弧操作。目前,经过LF处理的钢水,脱硫效率可以达到60%~80%,极低硫钢中硫含量可达到10×10-4%以下,最低达到4×10-4%,为批量生产极低硫钢种创造了条件。
此外,CAS-OB、IR-UT、RH等精炼设备也具有升温功能,这些均是通过铝或硅的氧化反应放热来实现的。根据不同升温工艺,其升温速度为5摄氏度/分钟~10摄氏度/分钟。它们所具有的升温功能对于生产组织、物流顺畅起到了良好的作用。
连铸设备,引进中再创新
宝钢积极跟踪、使用连铸新技术,在3号连铸机的建设和2号连铸机综合技术改造中,主要采用的新技术有钢包倾斜3°、结晶器电磁搅拌、结晶器在线高速调宽、结晶器液压振动、小辊密排、二冷无级幅切、动态二冷和动态轻压下控制等技术,对板坯表面和内部质量有较大的改进。
宝钢1930毫米板坯连铸机原配备的逻辑漏钢预报系统是全套引进技术。随着宝钢连铸的不断发展,新开发的钢种越来越多,加之工况条件的变化,这套引进的基于逻辑判断原理的漏钢预报系统越来越不适应宝钢的连铸生产,主要表现在误报大幅度增多,并有漏报发生,操作界面落后,操作程序较为繁琐,操作人员无法快速查看热电偶温度的曲线特征,急降速、停车等异常情况频频发生,给质量和产量都带来不良后果,严重影响了连铸机产能的充分发挥。为了解决这个难题,宝钢于1999年自主开发研制了一套新的漏钢预报系统BBPS应用于2号板坯连铸机,以取代原有的漏钢预报系统。
由于宝钢板坯连铸漏钢预报系统综合采用了逻辑判断、神经元网络技术以及空间网络判断模型,误报警大幅度减少,误报指数仅为0.09%,漏报次数为零,报警准确率有很大的提高。投入现场应用以来,减少了漏钢事故的发生和铸坯废品量,改善了连铸坯的质量,同时使连铸机的产能得到充分发挥。
节能减排设备,实现资源综合利用
宝钢通过上马节能减排设备,改变了原有炼钢过程产生大量废弃物的概念,将炼钢过程产生的液态、固态和气态的物质定义为炼钢过程副产品加以利用。
滚筒法钢渣处理设备 :为了实现清洁生产和资源利用,走可持续发展道路,钢渣的处理技术一直是炼钢重要的关注点。宝钢从1995年开始着手研究滚筒法钢渣处理技术,并于1999年首先在二炼钢实现工业化应用,形成了宝钢独特的具有自主知识产权的钢渣处理技术。该技术具有流程短、设备体积小,钢渣的冷却、破碎、处理一次完成,省去了传统工艺的堆放陈化和多级破碎、分选,因此流程简洁,不需要长期堆放陈化,粒渣性能稳定,可直接利用,污染小、投资省、费用低等特点。
由于滚筒法渣处理技术的优势,2005年宝钢一炼钢ISC浅盘法渣处理工艺已全部改造为滚筒法渣处理工艺,在电炉也已经建成投产1台滚筒法渣处理设备,目前宝钢已经有8台滚筒渣处理装置应用于生产。
蒸汽煤气的回收利用:宝钢转炉炼钢产生大量的高温烟气,OG系统或LT系统承担了转炉蒸汽和煤气的回收工作。由于回收了大量的煤气和蒸汽,300吨转炉工序从1991年开始连续17年实现负能炼钢,最低达到吨钢-11.3千克标煤,2007年为-8.0千克标煤/吨;250吨转炉工序从投产第3年开始实现负能炼钢,最低达到吨钢-7.6千克标煤,2007年为-4.3千克标煤/吨。