渣鋼、渣鐵資源生產(chǎn)連鑄坯及優(yōu)質(zhì)鋼錠的工程實(shí)踐

王福海

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川攀枝花 617023）

前言

攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈主要由廢舊物資分公司、環(huán)業(yè)公司、瑞鋼工業(yè)有限公司、軋鋼廠組成。2013年，隨著攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司的達(dá)產(chǎn)達(dá)效，廢舊物資分公司、環(huán)業(yè)公司、瑞海公司年回收攀鋼的渣鋼渣鐵達(dá)100多萬t，廢渣經(jīng)過處理之后年產(chǎn)含鐵75%的渣料達(dá)55萬t以上，但僅有小部分供瑞鋼工業(yè)有限公司使用，約80%外銷；沒有實(shí)現(xiàn)渣鋼、渣鐵資源的高效利用，經(jīng)濟(jì)效益不高。因此，攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司利用瑞鋼工業(yè)有限公司因銀江水電站建設(shè)占地搬遷的機(jī)會，充分利用公司渣鋼、渣鐵資源對瑞鋼進(jìn)行了升級改造，在迤資工業(yè)園區(qū)建設(shè)了一條大電爐煉鋼生產(chǎn)線，年生產(chǎn)鑄坯約52萬t，生產(chǎn)優(yōu)鋼鋼錠約8萬t。

1 工藝路線

根據(jù)攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈，確定生產(chǎn)的普鋼連鑄坯主要供軋鋼廠生產(chǎn)棒材，合金鋼鑄坯及優(yōu)鋼鋼錠主要針對攀西地區(qū)及成都、昆明市場。

（1）普鋼鑄坯主要生產(chǎn)建筑鋼（HRB335、HRB400、HRB500）、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235、Q275），采用EAF－LF－CCM工藝路線。

（2）合金鋼鑄坯主要生產(chǎn)齒輪鋼（20CrMo（H）、20CrMnTi（H））、軸承鋼（GCr15）、提速彈簧鋼（60Si2Mn、60Si2CrVAT）、套管、管線等，采用EAFLF－（VD）－CCM工藝路線。

（3）優(yōu)鋼鋼錠主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（20、45、15Mn）、低合金高強(qiáng)度鋼（15MnV、Q345、Q390、Q420）、合金結(jié)構(gòu)鋼（20MnV、40Cr、42CrMo、20Mn-Mo、5CrNiMo）；合金結(jié)構(gòu)鋼，模具鋼、軸承鋼對于氣體含量、金屬夾雜、機(jī)械性能等要求比較高，采用EAF－LF－VD－模鑄工藝路線。

2 主要工藝設(shè)備

2.1 電爐系統(tǒng)

（1）電爐參數(shù)的確定

國內(nèi)全廢鋼冶煉的EBT電爐，周期基本控制在60 min以內(nèi)，非通電時(shí)間15 min，通電時(shí)間45 min，按廢鋼鐵2～3次裝料設(shè)計(jì)，電爐的設(shè)計(jì)功率水平約為800 kVA/t[1]，以渣鋼、渣鐵為主要原料的電爐基本沒有。

鑒于瑞鋼公司生產(chǎn)以渣鋼、渣鐵為主要原料，渣鋼、渣鐵存在熔渣量大、物料導(dǎo)電性低等特性，設(shè)置的2座70 t交流高阻抗超高功率電弧爐，變壓器額定容量比普通廢鋼冶煉電爐大（60 MVA），冶煉周期長（約90 min）。

表1 國內(nèi)已建同級別超高功率大電爐參數(shù)對比

（2）工藝特點(diǎn)

高阻抗超高功率電爐冶煉技術(shù)，爐型結(jié)構(gòu)高架式，整體傾動(dòng)平臺，齒形底座；

爐蓋提升裝置采用單油缸頂升方式，穩(wěn)定性好；

爐蓋旋開廢鋼、渣鐵、渣鋼料籃頂裝料；

下爐體偏心底（EBT）出鋼；

采用留鋼留渣操作技術(shù)，縮短冶煉周期[1]；

采用爐門自耗式氧槍技術(shù)，縮短冶煉周期，降低電耗；

采用水冷鋼銅復(fù)合導(dǎo)電橫臂及大截面水冷電纜，減輕電極橫臂重量，提高其導(dǎo)電率，降低電耗；

爐門自溢渣操作，爐下人工控制打水；

工控機(jī)及PLC控制，電極調(diào)節(jié)；

采用第四孔＋導(dǎo)流罩＋屋頂罩的形式，設(shè)置電爐一次、二次除塵；

采用泡沫渣埋弧操作，提高了功率因數(shù)；

采用機(jī)械化補(bǔ)爐設(shè)備修補(bǔ)電爐爐襯；

電爐及除塵、加料等采用自動(dòng)控制；

電爐液壓站設(shè)置蓄能器，在停電狀態(tài)下可以完成一次出鋼動(dòng)作；

設(shè)置電爐第四孔煙氣余熱利用，充分節(jié)約能源。

（3）主要參數(shù)

平均出鋼量：70 t；

平均冶煉周期：90 min；

變壓器額定容量：60 MVA；

爐殼內(nèi)徑：Φ5600 mm；

年產(chǎn)鋼水能力：～64.96萬t/a。

2.2 LF精煉系統(tǒng)

設(shè)置2座雙車式LF爐與電爐系統(tǒng)相匹配，70 t LF爐變壓器額定容量為13 MVA，設(shè)置單加熱位、雙鋼包車位、雙喂絲工位。

（1）工藝特點(diǎn)

工藝布置上采用單工位雙鋼水罐車的布置型式；

短網(wǎng)三相阻抗不平衡度不大于5%；

LF爐蓋采用管式水冷結(jié)構(gòu)，使用壽命長；

泡沫渣埋弧加熱，熱效率高，鋼水罐壽命高；

在整個(gè)處理過程中采用全程底吹氬攪拌，通過底吹氬攪拌和喂絲等技術(shù)，提高鋼液的純凈度[2]；

配合喂絲機(jī)，使得鋼液脫硫、脫氧，改變夾雜物形態(tài)和分布，同時(shí)具有合金收得率高，鋼液溫降小，環(huán)境污染小等特點(diǎn)；

充分利用合理的爐蓋結(jié)構(gòu)，充分保證爐內(nèi)的還原性氣氛，同時(shí)達(dá)到更好的除塵效果；

采用水冷鋼銅復(fù)合導(dǎo)電橫臂，減輕電極橫臂重量，提高其導(dǎo)電率，降低電耗。

（2）主要參數(shù)

平均處理鋼水量：70 t；

變壓器額定容量：13 MVA；

平均處理周期：45 min；

升溫速度：4.5℃/min。

2.3 VD真空精煉系統(tǒng)

（1）真空泵系統(tǒng)的選擇

目前，VD爐的真空泵系統(tǒng)主要由干式機(jī)械真空泵及蒸汽噴射泵兩種，蒸汽噴射泵是根據(jù)質(zhì)量傳輸?shù)墓ぷ髟?，由?dòng)力蒸汽通過拉瓦爾噴嘴噴射產(chǎn)生低壓區(qū)，該低壓區(qū)將工藝廢氣吸入噴射泵，推動(dòng)混合氣體前行。干式機(jī)械泵真空系統(tǒng)采用體積流量的傳輸方式（羅茨泵+螺桿泵）產(chǎn)生真空將廢氣排出系統(tǒng)。

干式機(jī)械真空泵與蒸汽噴射泵系統(tǒng)相比較主要有以下優(yōu)勢：

①節(jié)能減排，目前國內(nèi)干式機(jī)械泵真空系統(tǒng)的節(jié)能效果可達(dá)90%以上，關(guān)鍵是不需要建設(shè)蒸汽鍋爐及濁環(huán)水處理系統(tǒng)。

②生產(chǎn)運(yùn)行高效、成本低，可以隨時(shí)啟停或變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)脫氣工藝過程的精確控制。

③設(shè)備維護(hù)簡單，配套設(shè)備少、易耗件少，相比蒸汽泵其系統(tǒng)維護(hù)量小，僅需每年更換機(jī)械泵油和定期更換過濾器袋。

④工藝性能大大提升，干式機(jī)械泵真空系統(tǒng)產(chǎn)生的真空度（曲線）是精確和可復(fù)制的；長時(shí)間和穩(wěn)定的真空條件，可以適用于所有金屬冶煉的所有反應(yīng)和過程。

因此，設(shè)置的1座70 t單工位VD裝置，采用單真空罐、單真空罐蓋車型式。真空泵系統(tǒng)采用干式機(jī)械真空泵。

（2）工藝特點(diǎn)

VD處理過程中全程底吹氬，通過底吹氬攪拌等清潔煉鋼技術(shù)，提高鋼液的純凈度和質(zhì)量；

VD主體設(shè)備采用PLC控制，并能有效監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)；

配置漏鋼監(jiān)測系統(tǒng)，能準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)漏鋼情況；

采用機(jī)械式真空泵，有效降低運(yùn)行成本。

（3）主要參數(shù)

平均處理鋼水量：70 t；

VD 真空泵抽氣能力：90000 m3/h（66.7 Pa，20℃干空氣）；

抽氣時(shí)間：6 min（真空泵3用1備，熱態(tài)）；

平均處理周期：38 min。

2.4 連鑄系統(tǒng)

考慮到70 t電爐與連鑄機(jī)的爐機(jī)匹配，設(shè)置2臺四機(jī)四流連鑄機(jī)，1臺普鋼方坯連鑄機(jī)，1臺合金鋼方圓坯連鑄機(jī)。

（1）合金鋼（方圓坯）連鑄機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

采用組合機(jī)架連續(xù)矯直式，減小矯直應(yīng)力，提高拉速，改善內(nèi)部質(zhì)量。

為提高拉速采用整體結(jié)晶器水套實(shí)行合理拉速工藝，均勻增加坯殼厚度。

結(jié)晶器振動(dòng)采用半板簧電動(dòng)缸振動(dòng)技術(shù)，振動(dòng)平穩(wěn)以達(dá)到最佳的表面質(zhì)量[3]。

在鋼包回轉(zhuǎn)臺、中包車上設(shè)有鋼水稱量裝置，鋼水重量采用大屏幕顯示，便于操作工控制二者的鋼水液面及余鋼狀況，保證操作順利，提高鋼水收得率。

預(yù)留有保護(hù)澆鑄、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，設(shè)置結(jié)晶器外置電磁攪拌功能。

出坯系統(tǒng)采用雙側(cè)出坯，一側(cè)為步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床，另一側(cè)設(shè)滑軌冷床并預(yù)留熱送輥道，熱送鑄坯到軋鋼廠，也可以實(shí)現(xiàn)雙側(cè)出坯。

二冷采用氣水霧化冷卻，采用L1級水表控制模式。

（2）鑄機(jī)基本參數(shù)

連鑄機(jī)基本參數(shù)見表2。

表2 連鑄機(jī)基本參數(shù)

2.5 模鑄系統(tǒng)

選用車鑄工藝，配置2條鑄錠線，每條鑄錠線設(shè)置2臺200 t鑄錠車，鋼錠規(guī)格有2 t、5.5 t、6 t、7 t、7.5 t、8 t、8.5 t、9 t、9.4 t。模鑄生產(chǎn)能力詳見表3～5。

表3 底盤位數(shù)及每爐底盤數(shù)

表4 底盤的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間min

表5 各種錠型所需澆鋼能力

3 經(jīng)濟(jì)效益

2017年1～10月，瑞鋼公司連鑄坯外賣及內(nèi)送軋鋼廠的均價(jià)為2750元/t坯，渣鋼、渣鐵資源及廢鋼成本為960元/t坯，人工成本及輔料成本為1280元/t坯；優(yōu)質(zhì)鋼錠外售均價(jià)為3800元/t錠，渣鋼、渣鐵資源及廢鋼成本為1050元/t錠，人工成本及輔料成本為2100元/t錠。年產(chǎn)能按2017年初計(jì)劃5萬t鋼錠，50萬t連鑄坯測算：

年銷售毛利：（2750-960-1280）元×50萬t+（3800-1050-2100）元×5萬t=28750萬元。

除去折舊費(fèi)、修理費(fèi)、建貸利息、所得稅等各項(xiàng)費(fèi)用，可實(shí)現(xiàn)年利潤～1.4億元。

4 結(jié)論

（1）利用渣鋼、渣鐵為原料冶煉的70 t交流高阻抗超高功率電弧爐，與全廢鋼冶煉的電爐相比。變壓器額定容量大、冶煉周期長。

（2）在短流程電爐煉鋼生產(chǎn)中，選用成熟穩(wěn)定的干式機(jī)械真空泵VD爐，生產(chǎn)運(yùn)行成本更低、使用更靈活方便。 （3）攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司利用瑞鋼工業(yè)有限公司易地搬遷的機(jī)會實(shí)現(xiàn)了渣鋼、渣鐵資源回收利用生產(chǎn)連鑄坯及優(yōu)鋼鋼錠的產(chǎn)業(yè)化及工程化，充分利用了渣鋼、渣鐵資源，根據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年修訂版）》，項(xiàng)目屬于鼓勵(lì)類第三十八條環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約綜合利用中15項(xiàng)“三廢”綜合利用及治理工程；27項(xiàng)尾礦、廢渣等資源綜合利用”，屬行業(yè)鼓勵(lì)發(fā)展項(xiàng)目,有較好的行業(yè)發(fā)展前景。

（4）通過瑞鋼工業(yè)有限公司兩年多的生產(chǎn)摸索，早已經(jīng)達(dá)產(chǎn)、達(dá)效，充分體現(xiàn)了渣鋼、渣鐵資源回收利用生產(chǎn)連鑄坯及優(yōu)鋼鋼錠的產(chǎn)業(yè)化及工程化的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。