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某公司寬厚板廠于2009年12月投產,主要生產探傷板、容器鋼、船板、橋梁鋼、高強鋼、特厚板(≥80mm)以及高級別管線鋼。該廠投產初期,碳素結構鋼、低合金系列、厚度小于40mmQ460級別高強鋼、容器鋼均采用KR-BOF-LF-CCM工藝路線組織生產,厚規格結構鋼、管線鋼、橋梁鋼、70kg及以上高強鋼、風電用鋼、油罐鋼等采用LF+rh雙精煉生產。按照KR-BOF-LF-CCM工藝生產的鋼坯經過軋制后鋼板探傷合格率為92%,非探傷鋼板厚度中間部位出現嚴重偏析、分層等質量缺陷,嚴重影響該廠產品質量和企業聲譽;按照雙精煉生產的鑄坯經軋制后鋼板探傷合格率可以達到99%,但生產成本較高,噸鋼成本升高約100元。為減少探傷不合、偏析、分層等質量缺陷,降低生產加工費用,該廠優化了煉鋼工序生產工藝路線,采用RH短流程生產工藝,作為提高質量、降低成本的有效工藝手段。
1存在的問題
在前期試驗過程中,經過KR-BOF-RH-CCM工藝路線生產的鋼水質量不穩定,主要表現在以下五方面:第一,鋼水夾雜物超標,在連鑄機澆鋼過程中經常出現塞棒漲行程,中間包下水口堵塞,甚至大包開澆時偶爾也會出現“縮流”現象,通過檢測鋼板夾雜含量,檢測發現夾雜物主要是B、C類,嚴重時A、B、C、D四類夾雜總和超過6。第二,為保證RH處理過程有足夠溫度,轉爐終點溫度一般為1650℃~1700℃,轉爐冶煉后期高溫“回P”嚴重,無法滿足大部分鋼種成分設計P≤0.025%的要求。而且如果操作不當,容易導致轉爐爐襯脫落嚴重,帶來一定的風險。第三,設計成品成分中S大部分鋼種要求≤0.015%,甚至有些特厚板、有Z向性能要求的Q345系列成品S一般為≤0.01%,考慮到RH設備沒有脫硫頂槍,只能在KR、轉爐和出鋼過程中穩定實現鋼水中S的有效控制,但轉爐冶煉過程由于廢鋼和原材輔料“回S”等因素,給RH短流程生產帶來了諸多不利影響。第四,按照此工藝路線生產的鑄坯經過軋制后經常出現大量夾雜、偏析等質量缺陷,由于這些原因引起的鋼板改判率甚至達到3%。第五,RH月處理量由原來的約3萬噸到現在的10萬噸,產量的急劇增加,導致RH耐材質量、砌筑方式無法適應目前的產量需要,主要表現在浸漬管、下部槽耐材、環流磚壽命低、合金下料口塌落等。
2主要工藝技術研究
為有效解決以上難題,該廠結合各工序控制技術參數,并參考大量相關技術資料,經過認真研究、不斷創新試驗,最終順利實現RH短流程生產。主要進行了以下主要工藝技術的研究:
2.1優化KR鐵水預處理工藝為降低入轉爐鐵水中硫含量,KR必須進行深脫硫,將鐵水中w(S)到50ppm以下,以滿足超低硫鋼生產的需要。通過對儲粉罐脫硫劑存放時間和脫硫劑理化指標的管理與把關,優化脫硫劑加入時機,延長攪拌頭攪拌時間,提高攪拌頭旋轉速度,優化攪拌頭插入深度、優化KR處理前后扒渣標準,摸索鐵水預處理目標硫含量與脫硫劑加入量及處理周期、溫降的對應關系,經過攻關,KR脫硫效果明顯改善并穩定保持在55ppm以內,與優化之前相比較,平均降低約35ppm,最低在達到5ppm。
2.2頂底復吹轉爐脫硫工藝的研究與應用通過采取提高轉爐終點溫度、提高轉爐渣堿度、增加渣量以及吹煉后期禁止加入礦石等措施,有效地提高了轉爐吹煉過程脫硫效率,與實施之前相比轉爐終點[S]平均降低約35ppm。采用優質廢鋼,包括自產板頭、板邊、坯頭坯尾,有效地實現了終點溫度、硫、磷的控制,確保了RH短流程工藝的推進。
2.3優化擋渣工藝,減少出鋼過程下渣量為降低鋼水中硫含量,達到鋼種成分設計要求,實現RH處理過程中鋼包渣吸附夾雜的目的,必須減少出鋼過程下渣量,降低鋼包渣中∑(FeO+MnO)和SiO2含量,我們通過工藝研究分析,制定以下措施:(1)嚴格控制轉爐出鋼下渣,將下渣量控制在5kg/t鋼以內;(2)使用前期出鋼口,要求出鋼時間≥4.8min;(3)及時維護和更換出鋼口,保證出鋼時出鋼口形狀保持圓滑,出鋼過程鋼流不散流;(4)出鋼前采用擋渣塞和出鋼臨終時加入擋渣棒的雙擋渣方法。通過優化出鋼擋渣工藝,CAS初始渣中∑(FeO+MnO)平均含量由原來的9%降至5%,SiO2平均含量由原來的14.5%降至9%,有效地改善了鋼渣吸附能力。
2.4轉爐出鋼“渣洗”脫硫工藝的研究分析脫硫反應是一個受控于傳質過程的反應,脫硫速度可表示。鋼-渣接觸面積增大,[S]與[O2-]接觸的機會增多,則脫硫反應速度加快,提高鋼包渣堿度等于增加了渣中O2-的濃度,故可提高脫硫速度;攪拌可以增大k和A/V,從而加速鋼-渣間的脫硫反應速度。通過研究分析,將轉爐出鋼過程的活性石灰(活性度≥340mL)加入量由原來的1500kg優化為800~1000kg,根據鋼種適當加入100~200kg脫硫促進劑以降低鋼包渣氧勢;同時提高出鋼過程鋼包底吹供氬強度,充分利用鋼渣混沖良好的攪拌動力學條件以及鋼水高溫良好的熱力學條件以增大k和A/V,形成高堿度、流動性好的鋼包渣,對鋼水進行“渣洗”脫硫,吸附脫氧夾雜物的目的。
2.5優化RH真空精煉工藝(1)細化提升氣體模型,確保RH處理后鋼水中氣體含量和夾雜物含量、尺寸滿足鋼種要求;(2)采用浸入式喂絲法,提升鈣處理效果,有效地減少了夾雜物;(3)優化RH過程工藝參數,針對一、二、三級探傷制定不同的真空處理工藝,既縮短了處理周期還降低了生產成本。
2.6優化RH真空槽烘烤制度和耐材砌筑工藝根據RH短流程生產鋼水和真空槽溫降的問題,優化RH和真空槽烘烤制度,改進頂槍出口夾角和結構,提高烘烤效率,解決了槽內冷鋼量大、夾雜物多以及溫度低無法連續RH短流程生產等問題。根據RH短流程工藝的需要和生產節奏的要求,在實際生產中對于真空槽的關鍵部位以及生產中易損壞、影響耐材壽命和經常修復的部位進行了改進創新,并在實際生產中得到了很好的使用,不但提高了耐材的使用壽命,提高了工作效率,同時還提高了RH使用的可靠性和穩定性,為RH短流程生產提供了保證。
2.7生產組織和訂單結構的優化研究按照可RH短流程生產的鋼種集中排產,根據產量和生產節奏,將可短流程生產的鋼種安排在澆次的中后期,避免溫度、成分、節奏等影響RH短流程生產鋼種的成功率,最大限度地提升RH短流程的比例,目前RH短流程比例有效穩定在30%左右。
3實施效果
通過實施RH短流程生產工藝,LF精煉爐的利用率由以前的100%降低到目前的70%左右,LF工序水、電、氬氣等能源以及合金輔料消耗明顯降低,突破了RH短流程生產探傷鋼種的瓶頸;RH短流程工藝探傷合格率由以前的92%穩定到99%,噸鋼可降低成本30元,大大降低了產品加工制造費用,為該廠生產產品在市場上接單奠定價格優勢,創造了可觀的經濟效益。
作者:趙華 單位:山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司