高效高品質(zhì)特殊鋼短流程生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)

周劍

摘要：南鋼電爐廠通過(guò)逐一優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)部件和工藝步驟，輔助技術(shù)革新和發(fā)明專(zhuān)利，實(shí)現(xiàn)了電爐工序生產(chǎn)效率和成本指標(biāo)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，形成了產(chǎn)品規(guī)格多樣化、檔次高端化、品牌知名化的潔凈鋼生產(chǎn)線，為建設(shè)高效高品質(zhì)特殊鋼短流程生產(chǎn)的技術(shù)集成做了一些有益的探索。

關(guān)鍵詞：高效高品質(zhì)特殊鋼；短流程；生產(chǎn)技術(shù)；平臺(tái)建設(shè)；鋼鐵生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TF758 文章編號(hào)：1009-2374（2016）28-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.016

1 概述

隨著全球日益上漲的煉鐵原料（鐵礦）價(jià)格和愈加嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，高效低成本短流程生產(chǎn)線也越來(lái)越受到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家鋼鐵冶金企業(yè)的青睞。不過(guò)就我國(guó)冶金行業(yè)的現(xiàn)狀，人們的目光更多聚集在轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程，對(duì)于電爐高效低成本短流程潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)卻涉及較少。其最重要的原因是廢鋼價(jià)格和電價(jià)的居高不下，國(guó)內(nèi)電爐廠惡劣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境迫使他們強(qiáng)烈尋求適合自身的生存和發(fā)展的平臺(tái)。

南鋼電爐廠就是其中有代表性的典型之一，原來(lái)是以普鋼、優(yōu)鋼為主要生產(chǎn)品種，迫于市場(chǎng)的壓力和自身發(fā)展的需要，經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)不斷的設(shè)備改造和技術(shù)革新，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已全部轉(zhuǎn)變?yōu)楦邫n精品特鋼，超高功率電弧爐的生產(chǎn)效率和指標(biāo)成本國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，產(chǎn)品品牌的美譽(yù)度越來(lái)越高，探尋出了一條高效率、高品質(zhì)產(chǎn)生高效益的生存發(fā)展之路。

2 建設(shè)思路

對(duì)于電爐流程，其最大的特點(diǎn)是成本的70%～80%在電爐工序發(fā)生。按照這一特性，以電爐工序?yàn)榉纸缇€，電爐之前主要承擔(dān)高效和低成本的任務(wù)，電爐之后則承擔(dān)提高鋼液潔凈度的任務(wù)。為此，南鋼電爐廠在電爐工序?qū)嵤┝艘幌盗械母脑欤钥s短冶煉周期、優(yōu)化技經(jīng)指標(biāo)為主。同時(shí)為保證鋼水的潔凈度以及產(chǎn)品規(guī)格的多樣化，又分別添置了爐外精煉和大方坯連鑄機(jī)等裝備。

2.1 電爐冶煉

電爐工序的改造以高效低成本為最終目的。實(shí)施的改造主要包括：鐵水連續(xù)喂入技術(shù)（自身開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、形成電爐廠自有專(zhuān)利技術(shù)），將原來(lái)的爐口加鐵水時(shí)間降低到零；提高爐料鐵水比至50%以上，保證一次裝料率達(dá)到99%以上；配備爐壁集束氧槍系統(tǒng)，供氧強(qiáng)度由原先的1.0～1.5m3·t-1·min-1提高到現(xiàn)在2.0～2.5m3·t-1·min-1。改造結(jié)束后，冶煉周期縮短了近13min，鋼鐵料消耗趨于穩(wěn)定，造渣材料消耗降低，冶煉電耗在同鐵水比條件下降低約50kWh·t-1，指標(biāo)情況見(jiàn)表1：

盡管電爐的主要任務(wù)是高效、低成本，但其作為初煉爐，為爐外精煉提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的鋼液原料仍是其中心任務(wù)，否則片面追求高效，提高供氧強(qiáng)度，只會(huì)造成脫氧合金使用量增加和鋼液內(nèi)生夾雜物增多，加重爐外精煉的負(fù)擔(dān)，低成本和潔凈鋼則無(wú)從談起。故而對(duì)于電爐冶煉終點(diǎn)提出“四個(gè)穩(wěn)定”的要求：穩(wěn)定的出鋼量，控制出鋼量在90±3噸；穩(wěn)定的終點(diǎn)氧位，控制終點(diǎn)氧位在300～600ppm；穩(wěn)定的出鋼合金化命中率，即要求出鋼后鋼液主要成分接近成分要求下限；穩(wěn)定的出鋼溫度。為達(dá)到這一目的，電爐廠有一套最優(yōu)化供氧制度并開(kāi)發(fā)了電爐爐內(nèi)脫氧技術(shù)。

2.2 爐外精煉

爐外精煉承擔(dān)著鋼液脫硫、脫氧、除氣、去除非金屬夾雜物、調(diào)整鋼的成分和鋼液溫度等一系列提高鋼液潔凈度的重要任務(wù)，是特殊鋼冶煉的關(guān)鍵組成部分，主要通過(guò)脫氧造渣、成分控制、溫度控制和真空處理四個(gè)方面來(lái)展開(kāi)和進(jìn)行技術(shù)運(yùn)用。

脫氧造渣按鋼種要求不同分別實(shí)施各自的脫氧造渣工藝，鋼種一般分為硅鎮(zhèn)靜鋼、硅鋁鎮(zhèn)靜鋼、鋁鎮(zhèn)靜鋼和簾線鋼四種。各自使用的脫氧材料和脫氧時(shí)機(jī)選擇均有獨(dú)特的要求，并普遍使用預(yù)熔渣快速造渣技術(shù)和高強(qiáng)度擴(kuò)散脫氧技術(shù)，對(duì)各自的終點(diǎn)精煉渣組份也都提出了范圍要求并實(shí)現(xiàn)了快速的在線分析。

所有的特殊鋼都有窄成分控制要求，以保證機(jī)械性能的穩(wěn)定。為此除加強(qiáng)電爐終點(diǎn)控制“四個(gè)穩(wěn)定”的管控外，同時(shí)應(yīng)用喂線微調(diào)成分技術(shù)，輔以經(jīng)水模試驗(yàn)優(yōu)化后的鋼包底吹氬攪拌制度，實(shí)現(xiàn)窄成分控制。

溫度控制的目的在于為連鑄提供穩(wěn)定的低溫澆注條件，過(guò)高的澆注溫度，勢(shì)必帶來(lái)鋼中溶解氧偏高，影響鋼液潔凈度。以軸承鋼為例，澆注條件下鋁與氧之間的表觀常數(shù)K′可按下式計(jì)算：

為得到合適的澆注溫度，電爐廠運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，摸清了各個(gè)過(guò)程和外部條件對(duì)鋼水溫度的影響，建立了精煉過(guò)程鋼水溫度變化模型，將中包澆注過(guò)熱度控制在20℃～30℃以?xún)?nèi)。

真空處理不僅可脫氣，還可以進(jìn)一步脫氧和去除夾雜物，提高鋼水潔凈度，技術(shù)重點(diǎn)在于高真空下保持時(shí)間的確立。南鋼電爐廠經(jīng)過(guò)近三年的摸索，將高真空保持時(shí)間與鋼種特性、鋼包狀況、澆注順序和氣候等因素關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整確定，將鋼水氫含量穩(wěn)定控制在2ppm以下。

2.3 連鑄

連鑄澆注過(guò)程潔凈度控制一方面是鋼水進(jìn)入結(jié)晶器之前進(jìn)一步凈化，去除夾雜物；另一方面是防止鋼水的二次污染和凝固過(guò)程夾雜物聚集。

鋼包開(kāi)澆時(shí)，如果出現(xiàn)不自流而采用吹氧引流，必然使鋼液嚴(yán)重氧化，因而采用優(yōu)質(zhì)引流砂，并嚴(yán)格規(guī)范相關(guān)操作，保證了自流率在95%以上。

連鑄首爐鋼包開(kāi)澆后，中包內(nèi)留有大量空氣，勢(shì)必造成先進(jìn)入的鋼液二次氧化，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，鋁硅鎮(zhèn)靜鋼連鑄澆次首爐中包內(nèi)鋼液中的[Al]sol比鋼包內(nèi)鋼液減少100～150ppm。為此電爐廠自主開(kāi)發(fā)了中包開(kāi)澆前灌氬技術(shù)，將鋁硅鎮(zhèn)靜鋼首爐中包內(nèi)鋼液中的[Al]sol比鋼包內(nèi)鋼液的減少量降至50ppm以下。

鋼包至結(jié)晶器的保護(hù)澆注是連鑄潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)配備，包括鋼包水口氬封、鋼包下渣檢測(cè)、中包堿性覆蓋劑、整體式浸入式水口和分鋼種專(zhuān)用保護(hù)渣。

結(jié)晶器電磁攪拌可有效去除夾雜物尤其是鋼坯皮下夾雜物，配合凝固末端電磁攪拌和動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，還可改善鑄坯內(nèi)部凝固結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大等軸晶區(qū)，減輕中心偏析和中心疏松。但對(duì)不同用途或不同特性要求的特殊鋼，相對(duì)應(yīng)的電磁攪拌參數(shù)設(shè)置和動(dòng)態(tài)軟壓下技術(shù)的運(yùn)用也形成了技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)訣竅。

連鑄拉速調(diào)整對(duì)潔凈度也同樣存在影響。南鋼電爐廠經(jīng)過(guò)數(shù)年對(duì)高碳鉻軸承鋼的跟蹤，發(fā)現(xiàn)拉速調(diào)整造成鑄坯低倍不合和夾雜物超標(biāo)的幾率增加一倍。潔凈的特殊鋼生產(chǎn)平臺(tái)必須實(shí)施恒拉速操作技術(shù)和與之相配套的過(guò)熱度穩(wěn)定控制技術(shù)。

3 效果

隨著南鋼電爐廠建設(shè)高效、高品質(zhì)潔凈鋼短流程生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)工作的不斷推進(jìn)，實(shí)施效果在逐步顯現(xiàn)出來(lái)，電爐冶煉周期和變壓器日歷利用系數(shù)這兩個(gè)高效方向性指標(biāo)據(jù)全國(guó)第一，年產(chǎn)爐數(shù)超過(guò)12000爐，年產(chǎn)量穩(wěn)定在115萬(wàn)噸。與此同時(shí)，產(chǎn)品潔凈度卻在不斷提升中，目前生產(chǎn)的鋼種主要以高標(biāo)軸承鋼、80級(jí)和90級(jí)簾線鋼、超（超）臨界鍋爐管和石油鉆鋌鉆桿用鋼、汽車(chē)用結(jié)構(gòu)鋼和彈簧鋼等，其中高標(biāo)軸承鋼的氧含量可穩(wěn)定在6.5ppm以下，Ti含量控制在20ppm以下，超（超）臨界鍋爐管用鋼市場(chǎng)占有率全國(guó)第一。

4 結(jié)語(yǔ)

南鋼電爐廠通過(guò)設(shè)備改造和技術(shù)革新，遵循電爐工序成本特性，提高電爐生產(chǎn)節(jié)奏和降低電爐生產(chǎn)成本，加強(qiáng)爐外精煉能力和連鑄控制水平，在建設(shè)高效高品質(zhì)潔凈鋼短流程生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)工作上做了有益的探索，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）