研究潔凈鋼生產(chǎn)工藝推進(jìn)品種鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整

王新江 王三忠

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

研究潔凈鋼生產(chǎn)工藝推進(jìn)品種鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整

王新江 王三忠

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

介紹了潔凈鋼的概念、安鋼潔凈鋼生產(chǎn)平臺的建設(shè)情況以及目前品種結(jié)構(gòu)下潔凈鋼的控制水平，對比了國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，分析了在潔凈鋼指標(biāo)和生產(chǎn)上存在的差距。提出了要加大潔凈鋼的工藝研究力度，推進(jìn)品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整和潔凈鋼規(guī)?；a(chǎn)的速度。

潔凈鋼 品種結(jié)構(gòu) 工藝研究

0 前言

進(jìn)入21世紀(jì)后，高效率、低成本潔凈鋼平臺的建設(shè)已成為中國鋼鐵企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要成就。潔凈鋼生產(chǎn)平臺是一種高效率、低成本、穩(wěn)定生產(chǎn)潔凈鋼的基礎(chǔ)性、通用性的集成性技術(shù)系統(tǒng)(技術(shù)群)［2］。對于長流程鋼鐵生產(chǎn)線，平臺建設(shè)應(yīng)有一系列系統(tǒng)的支撐技術(shù)，主要包括合理的鐵水預(yù)處理技術(shù)、先進(jìn)的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)、協(xié)同的二次冶金技術(shù)以及穩(wěn)定的連鑄生產(chǎn)技術(shù)。建設(shè)高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)平臺不單純是設(shè)備與工藝的改變，更重要的是潔凈鋼生產(chǎn)的指導(dǎo)思想、工藝?yán)砟詈蜕a(chǎn)運(yùn)行觀念的改變。構(gòu)建高效率、低成本的潔凈鋼生產(chǎn)平臺，是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)發(fā)展的方向，事關(guān)鋼鐵企業(yè)效率、質(zhì)量、成本的共性關(guān)鍵技術(shù)。

1 概述

潔凈鋼(clean steel)一詞，泛指 O、S、P、H、N 以及Pb、As、Cu、Zn等雜質(zhì)元素含量低的鋼。1962年英國鋼鐵協(xié)會(huì)提出“潔凈鋼(clean steel)”專指為提高鋼材強(qiáng)韌性和塑性的而嚴(yán)格控制夾雜物的鋼。1980年日本學(xué)者進(jìn)一步提出“純凈鋼(purity steel)”的概念，將鋼中夾雜物與雜質(zhì)總量結(jié)合起來，并定義Σw(S+P+N+T.O+H)≤100 ×10－6(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋼為純凈鋼。

殷瑞鈺院士認(rèn)為，當(dāng)鋼中的非金屬夾雜物或其它有害物質(zhì)直接或間接地影響產(chǎn)品的加工性能或使用性能時(shí)，該鋼就不是潔凈鋼;而如果鋼中的非金屬夾雜物和有害雜物的數(shù)量、尺寸及分布對產(chǎn)品的加工性能、使用性能都沒有不良影響，則這種鋼就可以被認(rèn)為是潔凈鋼［1］。潔凈鋼不是越純越好，它至少應(yīng)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:質(zhì)量上滿足用戶需求、經(jīng)濟(jì)上成本較低?！皾崈翡撋a(chǎn)平臺”應(yīng)是在潔凈鋼生產(chǎn)過程中為滿足不同用戶質(zhì)量需求諸多技術(shù)模塊的優(yōu)化及其相互之間的組合集成。

2 安鋼潔凈鋼平臺

2.1 潔凈鋼生產(chǎn)硬件平臺參數(shù)

安鋼集團(tuán)公司通過五十多年的發(fā)展，建立起了包括燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼及公輔設(shè)施完善的企業(yè)集團(tuán)。潔凈鋼生產(chǎn)平臺建設(shè)關(guān)乎產(chǎn)品檔次、品種結(jié)構(gòu)、贏利水平和集團(tuán)公司發(fā)展方向等，是集團(tuán)公司技改建設(shè)的重點(diǎn)，目前公司的潔凈鋼生產(chǎn)平臺已經(jīng)居于國內(nèi)先進(jìn)水平。表1為安鋼第二煉軋廠潔凈鋼生產(chǎn)的主要裝備。

表1 安鋼第二煉軋廠煉鋼主要裝備

2.2 潔凈鋼生產(chǎn)軟件平臺

目前安鋼已擁有了企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、過程控制系統(tǒng)(PCS)，為潔凈鋼生產(chǎn)打造了完備的信息化管理平臺;其次是煉鋼連鑄“冶煉時(shí)刻表”生產(chǎn)管理系統(tǒng)的開發(fā)，一鍵式自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)的投用，連鑄二級質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，為潔凈鋼生產(chǎn)提供了一個(gè)安全可靠的生產(chǎn)質(zhì)量控制平臺，有利于實(shí)現(xiàn)潔凈鋼生產(chǎn)的均衡、穩(wěn)定、高效。

3 安鋼潔凈鋼生產(chǎn)工序控制

3.1 生產(chǎn)工序特點(diǎn)

安鋼潔凈鋼生產(chǎn)工藝根據(jù)鋼種進(jìn)行工藝優(yōu)化組合，對于一般要求的鋼種，脫硫和真空處理顯然增加生產(chǎn)成本，造成鋼材的性能過剩，優(yōu)質(zhì)得不到優(yōu)價(jià);對于高質(zhì)量要求和高附加值鋼種，必須對鋼中的雜質(zhì)元素進(jìn)行分級控制。以下是各工序?qū)嶋H控制水平。

1)鐵水預(yù)處理。采用在線混合噴吹法(Mg粉+流化石灰)進(jìn)行鐵水脫硫處理。通過對噴吹速度、石灰和鎂粉的配比、粉氣比、噴槍插入深度等工藝參數(shù)優(yōu)化可將鐵水［S］深脫至0.002%。經(jīng)過鐵水預(yù)處理后鐵水成分及溫度見表2。

表2 鐵水預(yù)處理后鐵水成分及溫度

2)轉(zhuǎn)爐冶煉。轉(zhuǎn)爐冶煉采用一鍵式自動(dòng)化煉鋼技術(shù)，擁有頂?shù)讖?fù)合吹煉，動(dòng)靜態(tài)副槍模型、爐底底吹透氣磚的快換系統(tǒng)、出鋼滑板擋渣系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)物料及合金料模型計(jì)算等先進(jìn)技術(shù);目前轉(zhuǎn)爐出鋼碳、溫雙命中達(dá)到95%以上，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)［P］最低可控制在0.005%，出鋼［S］最低可控制在0.006%(如圖1所示)，滑板擋渣成功率達(dá)100%，分析安鋼150 t轉(zhuǎn)爐700爐出鋼［%C］與終點(diǎn)［O］的關(guān)系如圖2所示，［C］×［O］基本控制0.0026～0.0030之間。

圖1 轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)［S］的控制分析

圖2 出鋼［%C］與終點(diǎn)［O］的關(guān)系

3)LF精煉。三座雙工位精煉爐，出站鋼水［S］最低0.001%，［O］最低到0.001%。主要采用高鋁CaO－SiO2－Al2O3做為精煉還原渣系，良好的渣系組成是脫硫、夾雜物去除的關(guān)鍵。分析安鋼150 t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)560爐鋁鎮(zhèn)靜鋼精煉終渣成分、渣系堿度控制 R(CaO/SiO2)在3.0 ～5.0，精煉終渣成分分析如圖3、圖4、圖5、圖6 所示。

圖3 精煉渣中CaO和SiO2含量

圖4 精煉渣中Al2O3含量

圖5 精煉渣中全鐵含量

圖6 精煉渣中的MnO含量

4)VD/RH真空精煉。VD采用五級9泵控制技術(shù)，RH配備MFB頂槍，可進(jìn)行超低碳鋼(≤20×10－6)、超低硫鋼(≤10 ×10－6)生產(chǎn);VD 真空脫氫最低可到0.0001%以下，RH真空脫氮最低可達(dá)0.0025%。真空度與底吹流量控制與真空脫氣時(shí)間及脫氣效果的關(guān)系如圖7所示。

圖7 真空度、底吹流量控制與真空脫氣時(shí)間及脫氣效果的關(guān)系

5)鑄機(jī)生產(chǎn)控制。安鋼第二煉軋廠現(xiàn)有板坯連鑄機(jī)三臺，擁有大包下渣檢測、中間包連續(xù)測溫、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制、水口渣線自動(dòng)調(diào)節(jié)、動(dòng)態(tài)配水、動(dòng)態(tài)輕壓下、漏鋼預(yù)報(bào)等功能，板坯鑄機(jī)在生產(chǎn)微合金高強(qiáng)鋼時(shí)的二級實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線如圖8所示。

圖8 生產(chǎn)微合金高強(qiáng)鋼時(shí)的二級實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線示意圖

由圖8可以看出，液面波動(dòng)可穩(wěn)定控制在±3 mm以內(nèi)，塞棒控制可穩(wěn)定控制在±2 mm以內(nèi)，拉速除澆次第1爐外實(shí)行恒速澆鑄，有效控制了非穩(wěn)態(tài)澆注時(shí)間。

對隨即抽樣板坯樣進(jìn)行低倍酸洗分析如圖9、圖10、圖11所示。分析結(jié)果為C類偏析0.5級。中心疏松0.5級，綜上，合理的工藝控制、先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)、穩(wěn)定的設(shè)備運(yùn)行是潔凈鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵和保證。

圖9 1/2處低倍酸洗組織分析

圖10 1/4處低倍酸洗組織分析

圖11 橫截面低倍酸洗組織分析

3.2 潔凈鋼的“五大元素”控制

以典型鋼種分別取樣30爐做“五大元素”分析，并取平均值分別見表3。

表3 鋼中的“五大元素”的控制水平 ×10－6

3.3 夾雜物控制

以典型鋼種為例做夾雜物控制分析見表4。

表4 夾雜物控制級別

4 不足與方向

4.1 品種結(jié)構(gòu)

目前安鋼產(chǎn)品主要以中碳鋼為主，品種主要有管線鋼、抗層狀撕裂Z向鋼、高層建筑用鋼、汽車用鋼、壓力容器用鋼、機(jī)械用高強(qiáng)度鋼、簾線鋼等，而對于代表鋼鐵行業(yè)高附加值產(chǎn)品的電工鋼、家電鋼、汽車板、不銹鋼等，還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。

4.2 與國內(nèi)外先進(jìn)水平的差距

安鋼最近幾年在潔凈鋼平臺建設(shè)方面投入很大，裝備水平和先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)沒有差距，雖然在高潔凈度鋼的生產(chǎn)上取得一定成績，但在工藝技術(shù)上還存在不足，安鋼可以在某個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)上做的非常好，但是整體水平和先進(jìn)企業(yè)還有差距，例如在電工鋼、家電鋼、汽車板的生產(chǎn)上和國內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)還有差距;對鋼中雜質(zhì)元素的控制，在高牌號電工鋼和高檔汽車面板鋼中要求越少越好，安鋼可能在某一項(xiàng)控制上有優(yōu)勢，但對于生產(chǎn)規(guī)?；⒓夹g(shù)集成化要求較高的潔凈鋼生產(chǎn)而言，安鋼在在人員整體素質(zhì)和軟件建設(shè)方面和標(biāo)準(zhǔn)化的潔凈鋼生產(chǎn)管理方面，安鋼還有一段路要走。表5為安鋼和國內(nèi)外先進(jìn)指標(biāo)的對比情況。

表5 安鋼成品鋼中有害雜質(zhì)元素和國內(nèi)外先進(jìn)指標(biāo)對比

4.3 調(diào)整方向

潔凈鋼平臺建設(shè)是鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)工作，潔凈鋼生產(chǎn)是創(chuàng)效水平和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。安鋼作為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)最大的鋼鐵企業(yè)，把握時(shí)機(jī)，將安鋼的板、卷、線材潔凈鋼生產(chǎn)水平再上一個(gè)新的臺階。板材以高建Z向鋼、石油管線、高強(qiáng)、厚規(guī)格探傷板及熱處理板為主導(dǎo)，熱軋卷板以能源開發(fā)、運(yùn)輸車輛、石油管線、家電電工、綠色環(huán)保等領(lǐng)域(高強(qiáng) 、耐蝕、低溫)品種為主體;長材以機(jī)械制造、交通運(yùn)輸和汽車三大行業(yè)的高端鋼材品種為目標(biāo);今后冷軋建成投產(chǎn)后，產(chǎn)品定位以汽車、鐵路車輛和輕工家電三大用戶的鋼材需要(節(jié)能、降耗、輕重化)為方向，力爭在2～3年內(nèi)使?jié)崈翡摰闹笜?biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

5 結(jié)論

1)潔凈鋼是一個(gè)相對概念，與該鋼種的用途和使用要求有關(guān)。但潔凈度有量化標(biāo)準(zhǔn)，鋼種的平均潔凈度和最高潔凈度水平代表了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和潔凈鋼平臺的建設(shè)情況。

2)安鋼目前的生產(chǎn)裝備已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，但工藝技術(shù)和人員素質(zhì)還需要完善和提高，單項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)秀并不能代表潔凈鋼生產(chǎn)的實(shí)際水平。潔凈鋼生產(chǎn)是高效率、低成本、穩(wěn)定連續(xù)綜合水平的反映，潔凈鋼平臺是企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)效能力的基礎(chǔ)和保證。

3)潔凈鋼生產(chǎn)是全過程管理水平的綜合體現(xiàn)。安鋼在潔凈鋼生產(chǎn)上的總體水平還需要提高，力求每個(gè)工序做到完美，保證鋼中總潔凈度符合要求。下一步重點(diǎn)研究降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量技術(shù)，探索RH深脫C、N、S的技術(shù)，保證高潔凈度鋼種的規(guī)?；a(chǎn)。

4)潔凈鋼平臺是品種結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，是產(chǎn)業(yè)升級的需要，也是參與國際化競爭的需要。

［1］ 殷瑞鈺.潔凈鋼平臺集成技術(shù)［J］.煉鋼，2009，25(6):1－4，36.

［2］ 路俊萍.推進(jìn)高效率、低成本潔凈鋼平臺建設(shè)［N］.世界金屬導(dǎo)報(bào)，2010－9－14(35).

［3］ 王新志，王三忠，宋素格，陳從虎.LF快速造白渣工藝分析［J］.煉鋼，2010，26(3):26 －29，36.

［4］ 陳叢虎，王新志，厚健龍，郭永謙，高建舟.X70管線鋼控氮工藝研究［J］.河南冶金，2009，17(3):18 －19，43.

［5］ 劉海強(qiáng).低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的夾雜物控制工藝計(jì)算與分析［J］.河南冶金，2010，18(3):24 －26.

［6］ 王三忠，王新志，劉海強(qiáng)，等.安鋼厚度不小于25 mm鋼板探傷檢驗(yàn)不合格的原因分析［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)(中文版)，2010(9):13 －17，62.

STUDYING THE PRODUCTION TECHNOLOGY OF CLEAN STEEL PROMOTING THE STRUCTURE ADJUSTMENT OF VARIETY STEEL

Wang Xinjiang Wang Sanzhong
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

This article describes the concept of clean steel and construction of clean steel production platform as well as the control level of clean steel under the present variety steel structure in Anyang Steel，compares the advanced technical indices at home and abroad，analyses the existing difference between technical indices and actual production.It also puts forward that the study on clean steel process should be intensified，structure adjustment promoted and large－scale production of clean steel speeded up.

clean steel variety steel structure technological research

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聯(lián)系人:王新江，副總經(jīng)理，博士，教授級高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司;

2011—7—25