年产80万吨炼钢生产线的设计

年产80万吨炼钢生产线的设计

李平

山东省冶金设计院股份有限公司山东济南250101

摘要：新建炼钢生产车间1座，该炼钢连铸车间年产钢水约80万t，配备的主体设备为：2座50t交流电弧炉、2座60tLF钢包精炼炉、1套60tVD/VOD装置、1套模铸系统、1套VC真空浇注设施、1套250mm方坯连铸机，以及与炼钢连铸主体设施配套的其他辅助设施等。

关键词：炼钢；连铸；技术

1引言

国内某钢厂计划建设一条年产80万吨钢的生产线。考虑到投资及资源等问题，炼钢生产线选择以废钢为主要原料的电炉短流程工艺。

车间建成后，将形成一套EAF+LF+VD/VOD特钢生产系统。生产合格钢水供新建的连铸机和铸锭系统，以满足后步生产工序的需要。

新建炼钢车间内精炼设备配置齐全，浇注系统产品多样，在以特殊钢为主要产品的前提下，有很高的生产组织灵活性和最终产品的全面性。

2产品方案

炼钢车间年产合格钢水约80万吨，产品包括优质碳素结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢等。其中连铸坯70万t/a，模铸钢锭10万t/a。

3工艺路线及炉型选择

产品大纲中有碳结钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢等钢种。这些钢对于气体含量、金属夹杂、机械性能等要求比较高，一般采用EAF—LF—VD工艺路线。

炼钢车间内最终工艺路线确定如下：

大纲所列钢种，包括碳结钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢等，总计约80万t精炼钢水，冶炼工艺路线为EAF+LF+VD。

交流超高功率电弧炉在电炉炼钢中至今仍处于主导地位，世界上大多数电炉钢厂，均采用这种型式的电弧炉。由于采用高阻抗技术，交流电弧炉在电耗、电极消耗、对电网的闪烁影响等重要特性上，表现卓越；同时，与其它形式的电弧炉相比，投资较少，设备简单。因此，本工程拟选用50t交流高阻抗超高功率电弧炉，变压器额定容量为35MVA。

LF精炼炉是电炉与连铸间匹配的主要设备，并可提高钢液的纯净度及满足连铸对钢液成分及温度的要求，本工程新建1座双工位LF精炼炉。

在现代化的电炉炼钢车间精炼装置的配置中，钢包精炼炉是首选的，甚至是必不可少的精炼装置。因为钢包精炼炉不仅具有对钢水进行升温和精炼功能，代替了电弧炉的还原期，而且在电弧炉和连铸机之间起协调作用，保证连铸机能够组织多炉连浇。

LF精炼炉与ASEA-SKF、VAD等其它钢包精炼炉相比，具有设备简单、维修量少、操作简便和投资较低等优点。因此，本工程选择60tLF钢包精炼炉，变压器额定容量为12MVA。

本工程配备了VD/VOD设施，一方面可以作为VD使用，用以对钢液脱气，与电炉、钢包炉配合生产大纲所列钢种；另一方面，在作为VOD设备使用时，可用于未来对低碳钢种，甚至超低碳不锈钢种的开发生产。60tVOD采用双真空罐、单真空罐盖车型式。

4工艺技术特点

4.1电弧炉工艺技术

电弧炉具备高功率、炉壁多功能吹氧和碳粉喷吹、泡沫渣冶炼工艺、铁水热装、EBT出钢、全液压驱动等新技术。

4.2LF炉技术

LF炉具备水冷还原性气氛炉盖、炉盖侧吸孔+半密闭集烟罩集烟捕集、全液压驱动、全数字式电极调节等技术。

4.3VD炉技术

双工位VD具备计算机模型控制、辅助作业时间短、真空泵系统设有压力调节回路，有效保持稳定的工作压力等技术。

5冶炼工艺

5.1电弧炉冶炼工艺

电炉冶炼以废钢、铁水和相应铁合金为主要原料。电炉配料按照计算机计算的配料单进行。电炉生产时，可以根据生产成本或市场供应条件，优化炉料结构。

电炉冶炼所需的废钢由起重机进行精确配料，将废钢装入料篮中。经称重满足要求后，由废钢料篮车将料蓝运入电炉跨。铁水由35t铁水罐盛装经由汽车专线运输到电炉跨，用起重机坐到炉门口铁水罐倾翻车上，在冶炼过程中经炉门缓慢加入。

电弧炉炉料入炉时，旋开炉盖，通过料篮加入废钢，合上炉盖通电熔化。铁水缓慢加入，石灰、萤石等渣料从高位料仓向电弧炉加入。电弧炉设有炉壁氧枪和碳粉喷枪，以便及时吹氧、喷碳粉造泡沫渣，进行埋弧操作。当电炉中钢水量，钢水成分和温度满足出钢要求时，即开始出钢操作。

根据需要，调用钢包到钢包车上并开至出钢工位等待出钢。这时，电炉可以缓慢向出钢侧倾动。当电炉倾动到3°左右，即打开出钢孔滑动门装置，实现偏心炉底出钢。在出钢过程中，当钢包里有了少量的钢水（约1/3）以后，立即通过早已准备好的加料系统，往钢包中加入渣料，脱氧脱硫剂和70%左右的合金料，同时吹氩搅拌。

钢包车上设有钢水称量装置。当钢包里的钢水量达到所要求的钢水量时，称量装置立即给倾炉控制系统发出信号，电炉立即回倾，实现无渣出钢和留钢留渣操作。

5.2LF炉精炼工艺

钢包车将钢水从EAF直接运至LF炉精炼位。在钢包座到钢包车上时，底吹氩气在出钢时已经人工手动接通。此时，调节氩气流量和压力至所需要的参数，对钢水进行搅拌。

钢包车行驶至加热工位，LF钢包盖下降到工作位置后，向钢水中加CaO和CaF2造渣材料等，并降下电极通电，对钢水进行加热。钢水最高升温速度最高可达4.5℃/min。

待试样分析结果返回操作室后，依据成品化学元素目标值和现状值之差，由计算机计算加入相关铁合金数量，经微机控制投料系统，按程序启动投料设备加入钢水中，完成铁合金微调化学元素的工作。由热模型计算，确定供电能量和加热时间。在加热和合金化过程中，根据需要进行测温、取样。LF人工测温取样，经成份分析后，将分析结果报告给上位计算机系统记录在案。

钢包车驶出LF工位开至吊包位，用铸造起重机将钢包吊出，并送到VD进行真空精炼或直接送至浇铸车进行铸锭或直接送至连铸。

在LF作业时产生的炉气，经冷风混合稀释降温后，由管道送至主厂房外的布袋除尘器。经过滤除尘后的烟气，达到国家环保要求的标准，并经高于规范要求的烟囱排放于大气中。

5.3VD炉精炼工艺

VD处理过程是利用氩气搅拌作用，在真空条件下去除钢水中的[H]、[N]等气体元素。另外，在钢水“沸腾”的过程中，提供了很好的渣和钢液反应条件，有利于钢水的脱[S]及去除夹杂物，从而提高钢水的纯净度。VD的操作过程如下：

VD在工作之前，蒸汽处理系统提供的真空泵用蒸汽已经准备完毕，冷凝器用浊循环水处于待用状态，设备冷却水已经开启。

待处理的钢水，由铸造起重机将钢包座入真空罐中，连接Ar气对钢包中的钢水进行吹Ar搅拌。此刻真空泵已启动，真空主阀关闭并预抽。

将位于两个VD罐之间的真空罐盖车驶于VD工作工位，并降下罐盖压紧真空密封圈。打开真空管道上的主真空阀，钢液即处于真空状态，并逐级开启前一级真空喷射器，逐渐提高真空度。真空罐盖上设有真空加料斗、电视摄像机及窥视窗等设施。

钢水在VD中处理完毕，打来N2破空阀进行破空，使之真空罐内压力与大气平衡。

提升真空罐盖并移动罐盖车至另一个VD罐上，进行第二炉VD真空脱气作业。此时，第一炉钢水真空罐在大气下进行测温、取样、喂丝和Ar搅拌等作业。本次工程配备有主真空阀，可进行预抽真空，以进一步缩短VD冶炼周期。VD处理完毕，将钢水送至连铸机大包回转台上。

6结语

传统的高炉转炉长流程工艺是以铁矿石为主要原料，本生产线设计采用的电炉短流程工艺以废钢为主要原料，在工程投资、能源和节能环保、可持续发展等方面都具有优势。

参考文献：

[1]黄华，蔡继明现代电炉炼钢技术发展趋势.特钢技术2006

[2]徐匡迪，洪新电炉短流程回顾和发展中的若干问题.中国冶金2005