官平平，廖建軍，馬 鵬，張延和

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001)

摘要:通過(guò)提高轉(zhuǎn)爐碳溫雙命中率、鋼包全程加蓋、優(yōu)化脫碳工藝、改變硅鋼加料方式及優(yōu)化酸溶鋁配加公式等方式，2017 年 RH 爐平均冶煉周期為 28． 3 min，比 2016 年下降了 5． 7 min，RH 爐具備月處理 15 萬(wàn) t 的能力。

關(guān) 鍵詞:真空精煉; 冶煉周期;脫碳;硅鋼;合金化

0 前言

新鋼 RH 爐生產(chǎn)的鋼種可分為 SPHC，SPHE，IF鋼和硅鋼等，2016 年各鋼種的平均冶煉周期為34 min，其中 SPHC 類鋼為 18 min，IF 類鋼為 40 min，JBXG470WR 等高牌號(hào)硅鋼周期在 50 min 以上。RH爐冶煉周期過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響爐機(jī)匹配，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃和品種結(jié)構(gòu)安排有著較大的制約。新鋼冷軋線和硅鋼產(chǎn)品每月的生產(chǎn)能力只有 12 萬(wàn)噸，而國(guó)內(nèi)同類型RH 爐的月生產(chǎn)能力達(dá)到 14 萬(wàn)噸以上，因此新鋼 RH爐冶煉周期長(zhǎng)嚴(yán)重制約了產(chǎn)能的釋放。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析后可知，影響 ＲH 爐冶煉周期的因素有:RH 爐到站條件差吹氧時(shí)間長(zhǎng)、極限脫碳時(shí)間長(zhǎng)和高牌號(hào)硅鋼加料時(shí)間長(zhǎng)等。

為此，采取改善 RH 爐到站條件、減少吹氧時(shí)間、優(yōu)化 RH 工藝、縮短冶煉時(shí)間和改進(jìn) RH 爐加料方式后，縮短了 RH 爐冶煉周期。

1 RH 爐主要工藝參數(shù)

2． 1 設(shè)備情況

210 t RH 爐主要工藝參數(shù)見(jiàn)表 1。

2． 2 工藝優(yōu)化及改進(jìn)

2． 2． 1 提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳溫命中率

2016 年 RH 爐吹氧升溫比例較高，占 RH 爐冶煉總爐數(shù)的 45%，且吹氧量相對(duì)較大，平均吹氧量為 145 m³ ，其中轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度低、碳高是 RH 爐吹氧量大的主要因素，占比達(dá)到 70%。對(duì) 2016 年 RH 爐數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，得出各鋼種不吹氧時(shí) RH 爐的到站條件見(jiàn)表 2。

對(duì) 2016 年數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，得出各鋼種不吹氧時(shí)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)要求見(jiàn)表 3。

通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝，提高轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和降低終點(diǎn)碳含量，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)雙命中由 67. 87% 提高至55%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖 1。

1． 2． 2 減少過(guò)程溫降

RH 爐路線鋼種:轉(zhuǎn)爐鋼水放鋼結(jié)束后的工藝路線是 CAS － RH，要減少這個(gè)過(guò)程的溫度損失，就要減少 CAS － RH 吊運(yùn)時(shí)間和鋼包散熱 ^［1－3］。

轉(zhuǎn)爐放鋼結(jié)束到真空開(kāi)始冶煉的過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，平均 32 min，等待時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致過(guò)程溫降大，平均溫降為 0. 8 ～1 ℃ /min，為減少過(guò)程等待時(shí)間，制定了以下措施:

1)優(yōu)化生產(chǎn)組織，按爐機(jī)匹配做好生產(chǎn)安排;

2)連鑄提拉速，做到連鑄的拉速周期略大于轉(zhuǎn)爐的冶煉速度;

3)制定了 RH 爐路線鋼種的過(guò)程等待時(shí)間管理制度。

實(shí)施上述措施后，過(guò)程等待時(shí)間比以往平均縮短了 4 min。措施前后等待時(shí)間對(duì)比見(jiàn)表 4。

1． 2． 3 減少鋼包散熱

RH 爐路線鋼種在冶煉前過(guò)程溫降為 0. 8 ～1 ℃ /min，RH 爐冶煉結(jié)束后溫降為 0. 4 ～ 0. 6 ℃ /min，鋼包散熱快、溫降速度相對(duì)較大。鋼包散熱途徑主要是鋼包包殼與鋼包上口，針對(duì)這種情況，制定了 RH 爐路線的鋼包等級(jí)必須使用 A/B 級(jí)包和鋼包加蓋工藝。鋼包加蓋后 RH 爐路線的溫度得到較好改善。主要體現(xiàn)在以下方面:

1)轉(zhuǎn)爐放鋼溫降比之前減少了 8 ～10 ℃;

2)真空冶煉前溫降為 0. 5 ～0. 7 ℃ /min，真空冶煉后溫降為 0. 3 ～0. 5 ℃ /min;

3)C 級(jí)包溫降與沒(méi)有加蓋的平均溫降相當(dāng)，加蓋后鋼包散熱慢;

4) 鋼 包 內(nèi) 襯 溫 度 由 平 均 785 ℃ 提 高 至1 155 ℃。通過(guò) RH 爐升溫鋁的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2017年鋼包加蓋月份比不加蓋月份升溫鋁少用了 8 t，升溫比例由 45% 降至 28. 7%，下降了 17. 3%，鋼包加蓋對(duì)減少溫降有顯著效果。

1． 3 優(yōu)化 RH 爐工藝，縮短 RH 爐處理時(shí)間

為了提高 RH 爐產(chǎn)量，最關(guān)鍵的因素在于縮短RH 爐冶煉周期。目前，RH 爐處理的鋼種大致可以分為淺脫碳和深脫碳兩種。除溫度影響外，對(duì)于深脫碳鋼種其冶煉周期主要受脫碳時(shí)間、加料時(shí)間影響。為加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高 RH 爐生產(chǎn)效率，從縮短脫碳時(shí)間、加料時(shí)間入手，來(lái)降低各鋼種的冶煉周期。

1． 3． 1 縮短 RH 爐脫碳時(shí)間

2016 年，JBXG800WR 等超低碳鋼平均冶煉時(shí)間為 34 min，32 min，40 min，其中用于脫碳的時(shí)間達(dá)18 ～23 min，占整個(gè)冶煉時(shí)間的 55% ～ 70%。脫碳時(shí)間長(zhǎng)，制約了生產(chǎn)節(jié)奏，2016 年各鋼種的脫碳時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 5。通過(guò)跟蹤分析，發(fā)現(xiàn) RH 爐脫碳時(shí)間長(zhǎng)的原因有以下幾個(gè):1)脫碳效率低;2)脫碳終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)。我們從以下兩個(gè)方面來(lái)縮短 RH 爐的脫碳時(shí)間。

1)優(yōu)化極限脫碳時(shí)提升氣體流量。鋼水在真空槽中的循環(huán)流量在一定情況下隨著提升氣體流量的增加而增大，循環(huán)流量越大，脫碳越快。為了探究RH 爐極限脫碳時(shí)合適的提升氣體流量，分別對(duì) 3 組提升氣體流量180 m³ /h，240 m³ /h，300 m³ /h 在真空度 67 Pa 下進(jìn)行各 10 組極限脫碳試驗(yàn)，極限脫碳時(shí)間暫定10 min。取樣分析結(jié)果見(jiàn)圖 2。

由圖 3 可知，提升氣體流量在 240 m³ /h 時(shí)脫碳效果最佳，極限脫碳 10 min 時(shí)，w (C)在 19 × 10^－6以下;提升氣體流量增加到 300 m³ /h 時(shí)，w (C)基本在 19 ×10^－6～21 ×10^－6 ，脫碳效果反而變差。

2)真空度控制優(yōu)化。圖 3 是不同壓降模式下真空度隨時(shí)間的變化。

由圖 3 可知，圖 3 中曲線 1 ( 模式 1) 表示2016 年真空度下降模式，曲線 2(模式 2)是 2017年以來(lái) RH 爐真空度下降模式。對(duì)比這兩種壓降模式，曲線 1 在壓力下降的過(guò)程中有明顯的壓降平臺(tái)，曲線 2 則沒(méi)有，曲線 2 提高了壓降速率，消除壓降平臺(tái)。曲線 2 比曲線 1 提前了 2 ～ 3 min到達(dá)極限真空。

圖 4 為壓降模式 1 和壓降模式 2 下，鋼液中碳含量隨時(shí)間變化圖。在壓降 2 的模式下，極限脫碳8 min，鋼水中 w (C)可以降至 15 ×10^－6 ，而在壓降 1的模式下，鋼水中 w (C)要脫到 15 ×10^－6 ，極限脫碳時(shí)間為13 min。在改為壓降模式 2 的脫碳方法后，極限脫碳時(shí)間節(jié)約了近5 min。其主要原因是，在壓降模式 1 下，由于出現(xiàn)了壓降平臺(tái)，鋼液循環(huán)流量增加也出現(xiàn)了平臺(tái)。總的來(lái)說(shuō)，真空度的提高促進(jìn)了真空室鋼液脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，在相同的處理時(shí)間內(nèi)，使鋼液中碳含量達(dá)到更低值。通過(guò)優(yōu)化真空度下降模式和驅(qū)動(dòng)氣體循環(huán)流量，目前，極限脫碳8 min，鋼水中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 15 ×10^－6 ;比 2016 年極限脫碳時(shí)間縮短了近 5 min。

3)脫碳終點(diǎn)判斷優(yōu)化。2016 年以前，判斷 RH爐脫碳完成是通過(guò)尾氣分析儀測(cè)定 w (CO₂ )來(lái)進(jìn)行的，即 w (CO₂ )到零后才進(jìn)行脫氧合金化。通過(guò)對(duì)尾氣中 w (CO₂ )進(jìn)行分析，找出了尾氣中 w (CO₂ )與鋼水中 w (C)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)圖 5。

由圖5 可知，通過(guò)對(duì)不同時(shí)刻的尾氣中 w(CO₂ )進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn) w (CO₂ )為 0. 5% 時(shí)，鋼水中 w(C)為21 ×10^－6 ，滿足成品碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 004%～0. 005%鋼種的要求。冶煉成品 w (C)為 0. 004%～0. 005%的鋼種時(shí)，w (CO₂ )達(dá)到 0. 5%以下時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)脫氧合金化。采取這種措施后，有效提高了 ＲH 爐脫碳終點(diǎn)的判定。

1． 3． 2 縮短加料時(shí)間

硅鋼冶煉周期長(zhǎng)，除脫碳時(shí)間外，其他時(shí)間主要是用于合金加料。600WR 及以上高牌號(hào)硅鋼加料時(shí)間都在 6 min 以上，特別是對(duì)于 350WG 合金量大的鋼種，加料時(shí)間都在 15 min 以上。而低碳低硅鋼加料時(shí)間受合金化過(guò)程中鋁配加的影響，合金化過(guò)程中鋁配準(zhǔn)了，合金化時(shí)間就短;鋁沒(méi)有配準(zhǔn)，合金化時(shí)間則長(zhǎng)。針對(duì) 600WR 及以上高牌號(hào)硅鋼加料時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，取消了振動(dòng)給料機(jī)布料，改為直通式加料。

表 6 為改進(jìn)前后各牌號(hào)硅鋼合金加料時(shí)間。由表 6 可知，改造后硅鋼加料時(shí)間明顯縮短，特別是對(duì)于 600WR 及以上高牌號(hào)硅鋼，加料時(shí)間縮短了3 min以上。冶煉周期降低后，加快了生產(chǎn)節(jié)奏，為提高 RH 爐產(chǎn)量打下了一定的基礎(chǔ)。

1． 3． 3 縮短低碳低硅合金化的時(shí)間

RH 爐低碳低硅鋼合金化是先加鋁脫氧及配酸溶鋁，待合金 Als 符合目標(biāo)后再加錳鐵、鈦鐵等進(jìn)行合金化，如合金 Als 不符合目標(biāo)要求時(shí)，得再次補(bǔ)鋁，加鋁 3 min 后才能定準(zhǔn)酸溶鋁。2016 年，新鋼低碳低硅鋼加鋁脫氧及配 Als 的一次命中率為 75%，平均配鋁時(shí)間為 4. 7 min。為提高配鋁準(zhǔn)確度，減少配鋁時(shí)間，對(duì)低碳低硅鋼鋁的配加進(jìn)行線性回歸分析后得到公式(1)。通過(guò)驗(yàn)證，式(1)的誤差在 8%以內(nèi)，完全能滿足我們現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求且做到精確控制。現(xiàn)按式(1)進(jìn)行配鋁，發(fā)現(xiàn)鋁一次配到位的命中率從 75% 提升到 97%，大量減少了二次配鋁爐次，合金化的平均時(shí)間縮短了 1. 7 min。

式中:w ［Als］—鋼 水 出 站 時(shí) 目 標(biāo) 酸 溶 鋁 的 質(zhì) 量分?jǐn)?shù)，%;

TAl —鋁粒子加入量，kg;

w［O］— 合金化前鋼水中自由氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，×10－6 ;

T—鋼水質(zhì)量，t。

2 效果

2017 年 RH 爐各鋼種平均冶煉周期均縮短，具體情況見(jiàn)表 7。

實(shí)施以上改進(jìn)措施后，RH 爐的冶煉周期大幅下降，平均下降了5. 7 min，提升產(chǎn)能20. 58%。2017年 RH 爐1—9 月產(chǎn)能見(jiàn)圖6。RH 爐現(xiàn)具備15 萬(wàn) t/月的處理能力，最高產(chǎn)能達(dá)到了 15. 4 萬(wàn) t，1—9 月ＲH 爐總累計(jì)產(chǎn)能 118. 7 萬(wàn) t，遠(yuǎn)超出 RH 爐的年設(shè)計(jì)產(chǎn)能 96 萬(wàn) t。

3 結(jié)論

1)通過(guò)提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳溫雙命中、減少過(guò)程等待時(shí)間及實(shí)施鋼包加蓋后，RH 爐吹氧升溫率比2016 年下降了 17. 3%，平均吹氧量減少了 73 m³ 。

2)通過(guò)優(yōu)化極限脫碳工藝，脫碳時(shí)間縮短了5 min;通過(guò)改進(jìn)加料系統(tǒng)，600WR 及以上高牌號(hào)硅鋼的平均加料時(shí)間比以往縮短了 3 min;

3)通過(guò)優(yōu)化低碳低硅鋼配酸溶鋁公式，低碳低硅鋼一次配鋁命中率達(dá) 97%，RH 爐配酸溶鋁時(shí)間縮短了 1. 7 min。

4)2017 年 RH 爐平均冶煉周期為 28. 3 min，比2016 年下降了 5. 7 min，折合產(chǎn)能提升了 20. 58%，RH 爐現(xiàn)具備 15 萬(wàn) t/月處理能力。

［ 參 考 文 獻(xiàn)］

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［2］ 田乃媛，梁柏勇，景財(cái)良，等． 遷鋼 210 t 鋼包烘烤過(guò)程熱測(cè)試［J］． 冶金能源，2009，28(6):54．

［3］ 蔡 峻，汪紅兵，徐安軍，等． 煉鋼廠鋼包紅包出鋼率的影響因素仿真［J］． 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2014，16(1):27－32．