水钢高效率低成本洁净钢生产平台建设与思考课件

1热烈欢迎各位领导、专家莅临指导！1热烈欢迎各位领导、专家莅临指导！2水钢高效率低成本洁净钢

生产平台建设与思考

王琳松（高长益代）首钢水城钢铁(集团)有限责任公司

2013年5月15日

中国金属学会炼钢分会北京金属学会

2013年第十七届全国炼钢学术会议2水钢高效率低成本洁净钢

生产平台建设与思考中国金属学会炼钢3一、水钢简介二、二炼钢装备三、基础支撑技术的进步四、建立专线化生产路线五、总结提纲3一、水钢简介提纲4六盘水4六盘水556水钢座落在贵州省六盘水市始建于1966年三线建设年代目前年产铁、钢、材500万吨我国西南地区最大的精品长材生产基地现有4座高炉，总容积为5894m3两条炼钢生产线

一炼钢：3座35t转炉、3座3机3流150mm×150mm方坯连铸机。

二炼钢：3座100t转炉、1座LF炉、3座6机6流150mm×150mm方坯连铸机，年产量320万吨钢。轧线配置有三条高线、三条棒材线，共计6条轧制线

一、水钢简介6水钢座落在贵州省六盘水市一、水钢简介7连铸高炉LF精炼炉转炉方坯成品生产线7连铸高炉LF精炼炉转炉方坯成品生产线889钢绞线产品应用9钢绞线产品应用1010111112HainanXinjiangTibetQinghaiGansuInnerMongoliaSichuanYunnanGuizhouGuangxiHunanFujianTaiwanJiangxiZhejiangJiangsuAnhuiHenanHubeiShanxiNingxiaHebeiShandongTianjinBeijingLiaoningJilinShanxiChongqingHeilongjiangShanghaiGuangdong市场12HainanXinjiangTibetQinghaiGa13二、二炼钢装备项目主要技术参数铁水预处理形式铁水包喷镁脱硫、捞渣转炉形式BOF吨位×座数100吨×3底吹气体N2、Ar底吹原件型号、数量多孔塞砖、6块底吹强度0.03～0.06m3/（t.min）烟气处理系统OG挡渣装置挡渣锥精炼型式×台数LF×1（预留1）连铸台数×流数3×6机型全弧形结晶器长度900mm铸坯尺寸150～180mm方坯，长度9m～12m二冷方式气雾冷却13二、二炼钢装备项目主要技术参数铁水预处理形式铁水包喷镁脱14脱硫剂：颗粒镁处理能力：150万吨/年脱硫后用捞渣机捞去脱硫渣，防止转炉回硫。脱硫目标：三、基础支撑技术的进步1、铁水预处理技术脱硫深度铁水量比例(%)≤0.015%100≤0.005%5014脱硫剂：颗粒镁三、基础支撑技术的进步1、铁水预处理技术脱15根据冶炼钢种进行分类处理：1）30MnSi、优质硬线等对硫要求不高（S≤0.015%）的中高碳钢，因转炉、精炼脱硫率就能满足要求，一般只进行铁水捞渣处理。2）82B等硫要求稍高（S≤0.008%）或ER70S-6、SWRCH22A等硫含量要求虽不高（S≤0.015%）但因成品碳含量低，转炉出钢钢水氧含量高，炉渣氧化性强而在转炉、LF脱硫受到限制的钢种：

1）当铁水硫含量≤0.030%时仅进行捞渣处理；

2）当铁水硫含量＞0.030%时，则将铁水硫处理至≤0.015%后加入稠渣剂后捞渣再上转炉吹炼；

3）能保证转炉、精炼不因刻意进行脱硫而增加成本和冶炼周期。

15根据冶炼钢种进行分类处理：162、转炉冶炼技术转炉复吹技术的难题：复吹与炉衬寿命不同步,底吹砖堵塞，无法正常供气，大部分时间为顶吹转炉。优化供气系统和研究金属炉渣蘑菇头的可控生长，实现了长寿命复吹。2.1长寿复吹研究162、转炉冶炼技术转炉复吹技术的难题：复吹与炉衬寿命不同步172.2溅渣护炉与炉型控制溅渣护炉：提高转炉炉龄、保证炉型建立转炉液面控制标准：1）液面控制在7900mm～8200mm2）炉衬厚度：（1）炉底中心位置：600～800mm；（2）外周：700～1100mm；（3）炉身厚度≥400mm。172.2溅渣护炉与炉型控制溅渣护炉：提高转炉炉龄、保证炉182.3高效吹炼原氧枪：冲击面积小，氧气利用率低，供氧和冶炼时间长。新氧枪：1）供氧能力强，射流长度大，熔池搅拌力强，氧气利用率高，氧气消耗下降3.55m3/t；2）喷溅小，脱磷率高；3）冶炼周期短，转炉平均冶炼周期下降2.39min。

新氧枪氧气射流速度模拟图182.3高效吹炼原氧枪：冲击面积小，氧气利用率低，供氧和192.4精确终点控制工艺研究开发1）高拉碳脱磷工艺2）转炉双渣操作3）钒钛铁水冶炼4）建立不同铁水Si%、Si%＋Ti%、低铁水比、全铁水冶炼等转炉静态操作模型转炉TCO检测系统提高终点控制的精度根据不同钢种要求进行终点精确控制：1）82B冶炼，保证出钢磷达到钢种要求，使出钢碳含量0.15%～0.40%的合格率达到了95%，实现高碳出钢。2）减少脱氧剂的消耗和夹杂物的生成。192.4精确终点控制工艺研究开发203、LF炉精炼工艺原钢包1）单透气砖2）透气砖位置靠近电极，氩气泡影响电弧稳定性新钢包1）双透气砖2）底吹气形成的气液两相区错开LF精炼炉电极位置，精炼时电极能平稳起弧，提高了搅拌效果、降低了混匀时间。3.1底吹砖布置优化203、LF炉精炼工艺原钢包3.1底吹砖布置优化21

钢包底吹透气砖改造前后布置示意图

21钢包底吹透气砖改造前后布置示意图223.2成分调整工艺优化原工艺：转炉出钢加入增碳剂后，出钢过程吹氩搅拌强度和时间不足，造成取样分析结果偏差较大，精炼炉成分调整后波动较大，不利于稳定产品性能。

现工艺：1）底吹氩工艺优化2）分步调整成分3）以82B为代表的高碳钢碳准度（目标值±0.01%）稳定在85%～90%，为钢材性能的稳定打下良好基础。

223.2成分调整工艺优化原工艺：转炉出钢加入增碳剂后，出233.3缩短精炼周期原精炼周期1）精炼周期较转炉冶炼周期平均长6min左右；2）转炉在连续冶炼经精炼炉的钢水时每炉均需停炉等待；3）连铸也被迫降低拉坯速度。现精炼周期1）各步骤时间量化、优化；2）精炼周期缩短了7分15秒，保障了转炉-LF精炼-连铸快速协调的钢水衔接，恒拉速浇铸。233.3缩短精炼周期原精炼周期243.4喂丝设备改进原喂丝设备：喂丝过程中，钢液飞溅和高温影响，喂丝设备粘钢堵塞、变形损坏，不能正常喂丝。现喂丝设备1）一种简便快捷的只需一人在2min内便可完成的处理方法，保证了喂丝处理效果，减少了处理时间和职工劳动强度。2）“高效喂丝导管”更换法，获得了国家专利局授权的使用新型专利。243.4喂丝设备改进原喂丝设备：喂丝过程中，钢液飞溅和高254、连铸工艺对大包保护套管与水口接头进行吹氩保护。根据不同钢种、保护渣的各项理化性能指标，形成系列专用保护渣。设计长套管烘烤箱，确保套管烘烤质量。半自动保护渣加入装置，确保保护渣加入的均匀性。4.1全保护浇注的优化254、连铸工艺对大包保护套管与水口接头进行吹氩保护。4.126连铸拉速波动1）结晶器液面波动2）结晶器保护渣卷入钢水，降低铸坯洁净度3）铸坯冷却不均连铸恒拉速1）恒结晶器钢水液面2）恒二冷配水3）拉速可控制在1.8m/min～2.9m/min下的恒拉坯速度浇注，连铸机生产效率也得以提高。

4.2连铸机高效恒拉速26连铸拉速波动4.2连铸机高效恒拉速27四、建立专线化生产路线H08A、1006（美标）、C4D1（欧标）为代表钢种拉拔过程经受很大的拉拔变形，要求线材强度低，塑性好，其组织中珠光体含量越少越好，铁素体晶粒多一些。成品碳含量低，转炉终点钢水氧化性强，脱氧不易控制，容易造成连铸中间包水口结瘤和铸坯皮下气泡，影响生产连续性和拉拔性能、表面质量。采取转炉—吹氩喂丝处理—连铸工艺路线。成本仅比普通三级螺纹高13.82元/吨，实现了正常批量生产。1、低碳低硅软线钢27四、建立专线化生产路线H08A、1006（美标）、C4D28对磷、硫等有害元素要求有所严格，对一般疏松、中心裂纹也提出限制。为达到强化脱氧、脱硫、加快钢中夹杂的排出、部分改变夹杂物形态的专用渣料，在出钢时利用钢流的冲击与底吹氩搅拌动能进行渣洗精炼。1）钢中原有的夹杂物与乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮排除。2）促进了脱氧反应产物的排出，使钢中的夹杂物数量减少。2、30MnSi、30#～55#优质钢28对磷、硫等有害元素要求有所严格，对一般疏松、中心裂纹也提29加工变形量大，对磷、硫、氧、氮、夹杂物要求更严格，属于中等洁净度钢种采用高炉铁水—脱硫（扒渣）—复吹转炉—LF精炼—连铸的冶炼工艺路线由于这一大类中各钢种碳含量、脱氧方式、使用性能要求差异极大，生产中将其分为三类，选择不同的精炼造渣工艺：3、82B系列、优质硬线、弹簧钢、合金焊线、冷镦（铆螺）钢29加工变形量大，对磷、硫、氧、氮、夹杂物要求更严格，属于中30（1）成品碳含量低，转炉终点钢水、炉渣氧化性强；（2）为保证线材拉拔性能和焊接性能，要求硫含量低，且不宜进行钙处理；（3）为提高炉渣脱硫能力，提高了炉渣碱度，即提高了CaO含量，从而造成炉渣熔点升高，为得到合适流动性的炉渣，提高了渣中CaF2含量，即采用CaO-SiO2-MgO-CaF2-Al2O3渣系。1）低碳硅镇静的合金焊丝钢（ER50-6、

ER70S-6）系列30（1）成品碳含量低，转炉终点钢水、炉渣氧化性强；1）低碳31（1）转炉出钢钢水[C]含量较低，[O]含量较高（常达到500800ppm）。要将钢水氧脱至较低的水平，则需脱除的氧多，生成的脱氧产物量也多，增加了脱硫、去除夹杂物的难度。（2）由于CaO-SiO2渣系脱硫能力较弱，并且低碳含铝钢中酸溶铝较高，对渣中(SiO2)有还原作用，因此不采用CaO-SiO2渣系。（3）考虑到钢种对铝含量有要求，采用了铝脱氧工艺。（3）基于铝脱氧生成的Al2O3较多，这些产物在精炼渣中可达到10%以上的含量，因此，采用CaO-Al2O3渣系。（4）并在生产中对含硅脱氧剂、含SiO2高的物料加入进行了严格控制。2）低碳、低硅铝镇静（如冷墩钢）系列31（1）转炉出钢钢水[C]含量较低，[O]含量较高（常达到32（1）采用CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系（2）典型钢种82B的冶炼及洁净度控制：①铁水捞渣后进转炉吹炼；

②全过程采用无铝合金脱氧；③高拉碳出钢后硅脱氧；④控制钢中氮含量，有害元素控制水平：元素最高ppm最低ppm平均ppmO17.810.914.55N34.112.324.44P20080140S14030623）82B、优质硬线钢弹簧钢等中高碳硅镇静钢系列32（1）采用CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系元素最33五、总结1、高效、低成本洁净生产工艺流程铁水预处理→转炉冶炼（长寿复吹、溅渣护炉与炉型控制、高效吹炼、精确终点控制）→LF炉精炼（底吹砖布置优化、成分调整工艺优化、缩短精炼周期、喂丝设备改进）→连铸工艺（全保护浇注的优化、连铸机高效恒拉速）2、专线化生产路线1）H08A、1006等低碳低硅软线钢2）30MnSi、30#～55#优质钢3）82B系列、优质硬线、弹簧钢、合金焊线、冷镦（铆螺）钢33五、总结1、高效、低成本洁净生产工艺流程34谢谢！34谢谢！35热烈欢迎各位领导、专家莅临指导！1热烈欢迎各位领导、专家莅临指导！36水钢高效率低成本洁净钢

生产平台建设与思考

王琳松（高长益代）首钢水城钢铁(集团)有限责任公司

2013年5月15日

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2013年第十七届全国炼钢学术会议2水钢高效率低成本洁净钢

生产平台建设与思考中国金属学会炼钢37一、水钢简介二、二炼钢装备三、基础支撑技术的进步四、建立专线化生产路线五、总结提纲3一、水钢简介提纲38六盘水4六盘水39540水钢座落在贵州省六盘水市始建于1966年三线建设年代目前年产铁、钢、材500万吨我国西南地区最大的精品长材生产基地现有4座高炉，总容积为5894m3两条炼钢生产线

一炼钢：3座35t转炉、3座3机3流150mm×150mm方坯连铸机。

二炼钢：3座100t转炉、1座LF炉、3座6机6流150mm×150mm方坯连铸机，年产量320万吨钢。轧线配置有三条高线、三条棒材线，共计6条轧制线

一、水钢简介6水钢座落在贵州省六盘水市一、水钢简介41连铸高炉LF精炼炉转炉方坯成品生产线7连铸高炉LF精炼炉转炉方坯成品生产线42843钢绞线产品应用9钢绞线产品应用4410451146HainanXinjiangTibetQinghaiGansuInnerMongoliaSichuanYunnanGuizhouGuangxiHunanFujianTaiwanJiangxiZhejiangJiangsuAnhuiHenanHubeiShanxiNingxiaHebeiShandongTianjinBeijingLiaoningJilinShanxiChongqingHeilongjiangShanghaiGuangdong市场12HainanXinjiangTibetQinghaiGa47二、二炼钢装备项目主要技术参数铁水预处理形式铁水包喷镁脱硫、捞渣转炉形式BOF吨位×座数100吨×3底吹气体N2、Ar底吹原件型号、数量多孔塞砖、6块底吹强度0.03～0.06m3/（t.min）烟气处理系统OG挡渣装置挡渣锥精炼型式×台数LF×1（预留1）连铸台数×流数3×6机型全弧形结晶器长度900mm铸坯尺寸150～180mm方坯，长度9m～12m二冷方式气雾冷却13二、二炼钢装备项目主要技术参数铁水预处理形式铁水包喷镁脱48脱硫剂：颗粒镁处理能力：150万吨/年脱硫后用捞渣机捞去脱硫渣，防止转炉回硫。脱硫目标：三、基础支撑技术的进步1、铁水预处理技术脱硫深度铁水量比例(%)≤0.015%100≤0.005%5014脱硫剂：颗粒镁三、基础支撑技术的进步1、铁水预处理技术脱49根据冶炼钢种进行分类处理：1）30MnSi、优质硬线等对硫要求不高（S≤0.015%）的中高碳钢，因转炉、精炼脱硫率就能满足要求，一般只进行铁水捞渣处理。2）82B等硫要求稍高（S≤0.008%）或ER70S-6、SWRCH22A等硫含量要求虽不高（S≤0.015%）但因成品碳含量低，转炉出钢钢水氧含量高，炉渣氧化性强而在转炉、LF脱硫受到限制的钢种：

1）当铁水硫含量≤0.030%时仅进行捞渣处理；

2）当铁水硫含量＞0.030%时，则将铁水硫处理至≤0.015%后加入稠渣剂后捞渣再上转炉吹炼；

3）能保证转炉、精炼不因刻意进行脱硫而增加成本和冶炼周期。

15根据冶炼钢种进行分类处理：502、转炉冶炼技术转炉复吹技术的难题：复吹与炉衬寿命不同步,底吹砖堵塞，无法正常供气，大部分时间为顶吹转炉。优化供气系统和研究金属炉渣蘑菇头的可控生长，实现了长寿命复吹。2.1长寿复吹研究162、转炉冶炼技术转炉复吹技术的难题：复吹与炉衬寿命不同步512.2溅渣护炉与炉型控制溅渣护炉：提高转炉炉龄、保证炉型建立转炉液面控制标准：1）液面控制在7900mm～8200mm2）炉衬厚度：（1）炉底中心位置：600～800mm；（2）外周：700～1100mm；（3）炉身厚度≥400mm。172.2溅渣护炉与炉型控制溅渣护炉：提高转炉炉龄、保证炉522.3高效吹炼原氧枪：冲击面积小，氧气利用率低，供氧和冶炼时间长。新氧枪：1）供氧能力强，射流长度大，熔池搅拌力强，氧气利用率高，氧气消耗下降3.55m3/t；2）喷溅小，脱磷率高；3）冶炼周期短，转炉平均冶炼周期下降2.39min。

新氧枪氧气射流速度模拟图182.3高效吹炼原氧枪：冲击面积小，氧气利用率低，供氧和532.4精确终点控制工艺研究开发1）高拉碳脱磷工艺2）转炉双渣操作3）钒钛铁水冶炼4）建立不同铁水Si%、Si%＋Ti%、低铁水比、全铁水冶炼等转炉静态操作模型转炉TCO检测系统提高终点控制的精度根据不同钢种要求进行终点精确控制：1）82B冶炼，保证出钢磷达到钢种要求，使出钢碳含量0.15%～0.40%的合格率达到了95%，实现高碳出钢。2）减少脱氧剂的消耗和夹杂物的生成。192.4精确终点控制工艺研究开发543、LF炉精炼工艺原钢包1）单透气砖2）透气砖位置靠近电极，氩气泡影响电弧稳定性新钢包1）双透气砖2）底吹气形成的气液两相区错开LF精炼炉电极位置，精炼时电极能平稳起弧，提高了搅拌效果、降低了混匀时间。3.1底吹砖布置优化203、LF炉精炼工艺原钢包3.1底吹砖布置优化55

钢包底吹透气砖改造前后布置示意图

21钢包底吹透气砖改造前后布置示意图563.2成分调整工艺优化原工艺：转炉出钢加入增碳剂后，出钢过程吹氩搅拌强度和时间不足，造成取样分析结果偏差较大，精炼炉成分调整后波动较大，不利于稳定产品性能。

现工艺：1）底吹氩工艺优化2）分步调整成分3）以82B为代表的高碳钢碳准度（目标值±0.01%）稳定在85%～90%，为钢材性能的稳定打下良好基础。

223.2成分调整工艺优化原工艺：转炉出钢加入增碳剂后，出573.3缩短精炼周期原精炼周期1）精炼周期较转炉冶炼周期平均长6min左右；2）转炉在连续冶炼经精炼炉的钢水时每炉均需停炉等待；3）连铸也被迫降低拉坯速度。现精炼周期1）各步骤时间量化、优化；2）精炼周期缩短了7分15秒，保障了转炉-LF精炼-连铸快速协调的钢水衔接，恒拉速浇铸。233.3缩短精炼周期原精炼周期583.4喂丝设备改进原喂丝设备：喂丝过程中，钢液飞溅和高温影响，喂丝设备粘钢堵塞、变形损坏，不能正常喂丝。现喂丝设备1）一种简便快捷的只需一人在2min内便可完成的处理方法，保证了喂丝处理效果，减少了处理时间和职工劳动强度。2）“高效喂丝导管”更换法，获得了国家专利局授权的使用新型专利。243.4喂丝设备改进原喂丝设备：喂丝过程中，钢液飞溅和高594、连铸工艺对大包保护套管与水口接头进行吹氩保护。根据不同钢种、保护渣的各项理化性能指标，形成系列专用保护渣。设计长套管烘烤箱，确保套管烘烤质量。半自动保护渣加入装置，确保保护渣加入的均匀性。4.1全保护浇注的优化254、连铸工艺对大包保护套管与水口接头进行吹氩保护。4.160连铸拉速波动1）结晶器液面波动2）结晶器保护渣卷入钢水，降低铸坯洁净度3）铸坯冷却不均连铸恒拉速1）恒结晶器钢水液面2）恒二冷配水3）拉速可控制在1.8m/min～2.9m/min下的恒拉坯速度浇注，连铸机生产效率也得以提高。

4.2连铸机高效恒拉速26连铸拉速波动4.2连铸机高效恒拉速61四、建立专线化生产路线H08A、1006（美标）、C4D1（欧标）为代表钢种拉拔过程经受很大的拉拔变形，要求线材强度低，塑性好，其组织中珠光体含量越少越好，铁素体晶粒多一些。成品碳含量低，转炉终点钢水氧化性强，脱氧不易控制，容易造成连铸中间包水口结瘤和铸坯皮下气泡，影响生产连续性和拉拔性能、表面质量。采取转炉—吹氩喂丝处理—连铸工艺路线。成本仅比普通三级螺纹高13.82元/吨，实现了正常批量生产。1、低碳低硅软线钢27四、建立专线化生产路线H08A、1006（美标）、C4D62对磷、硫等有害元素要求有所严格，对一般疏松、中心裂纹也提出限制。为达到强化脱氧、脱硫、加快钢中夹杂的排出、部分改变夹杂物形态的专用渣料，在出钢时利用钢流的冲击与底吹氩搅拌动能进行渣洗精炼。1）钢中原有的夹杂物与乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮排除。2）促进了脱氧反应产物的排出，使钢中的夹杂物数量减少。2、30MnSi、30#～55#优质钢28对磷、硫等有害元素要求有所严格，对一般疏松、中心裂纹也提63加工变形量大，对磷、硫、氧、氮、夹杂物要求更严格，属于中等洁净度钢种采用高炉铁水—脱硫（扒渣）—复吹转炉—LF精炼—连铸的冶炼工艺路线由于这一大类中各钢种碳含量、脱氧方式、使用性能要求差异极大，生产中将其分为三类，选择不同的精炼造渣工艺：3、82B系列、优质硬线、弹簧钢、合金焊线、冷镦（铆螺）钢29加工变形量大，对磷、硫、氧、氮、夹杂物要求更严格，属于中64（1）成品碳含量低，转炉终点钢水、炉渣氧化性强；（2）为保证线材拉拔性能和焊