兴澄钢铁100t直流电弧炉高效生产实践

兴澄钢铁100t直流电弧炉高效生产实践作者：徐国庆许晓红钱刚江阴兴澄特种钢铁有限公司摘要：兴澄钢铁100t直流电弧炉投产已有6年，主要生产轴承钢、齿轮钢、高压锅炉管钢和油井管钢。本文介绍了电炉通过持续改进，不断降低冶炼电耗和缩短冶炼时间，实现高效生产的实践。2001年10月，ACIPyreJet集束射流氧枪技术的成功使用，高效生产走出了关键的一步；2002年10月，电炉采用铁水热装，冶炼时间进一步缩短，冶炼电耗大幅降低，电炉实现了高效生产,并有利于重点品种质量不断提高的需要。关键词：电炉高效生产ACIPyreJet系统铁水热装为了降低生产成本和提高生产率，兴澄钢铁100t直流电弧炉从1997年11月投产之日起，就一直不断地追求更先进的技术经济指标。通过员工培训、严格生产管理、采用各种先进技术并持续创新，把超高功率电炉的概念提升过渡到超高生产率的概念，实现了电炉高效生产，取得了显著成效，使原设计68万吨/年的生产能力提高到目前的110万吨/年。1电弧炉的功能及主要设备工艺参数1.1电炉型号:DC-EAF-100/115S6.5/6.6EBT901.2电炉的特点及功能电炉设备由曼内斯曼德马克/北京钢铁设计研究总院设计,按照兴澄钢铁公司在国内领先一步的宗旨，采用了国际上九十年代一系列的先进工艺技术和装备。如：超高功率直流电弧炉、水冷棒式底电极、水冷炉壁、水冷炉盖、高位料仓自动加料系统、炉盖第二孔/密闭罩/层顶烟罩除尘、偏心底出钢、留渣留钢操作、炉门碳氧喷枪、泡沫渣技术等。整个工艺过程采用计算机全程控制，操作功能高度自动化。电炉在完成废钢熔化、脱除钢水中的有害元素、满足碳和出钢温度的要求后，向下工序炉外精炼提供粗钢液，然后进行钢包精炼和真空脱气后，向连铸提供清洁、纯净、温度准确的精炼钢液，从而组成了一套完整的、先进的工艺路线，并取得了高生产率的效果。1.3电炉主要技术参数公称容量100t出钢方式EBT留钢量15t电炉水冷壁内径Ф6600mm整流变压器额定容量90MVA二次电压最大638V二次电流4×25kA电极直径Ф711mm出钢口直径Ф200mm底电极型式水冷棒式底电极数量四根炉门碳氧枪GMBH自耗式氧枪1.4ACIPyreJet系统在继续保持炉门碳氧枪的条件下，沿100t电弧炉炉壁四周安装3套PyreJet枪和2套PyrOx烧嘴。每套PyreJet枪都包含有集束射氧枪、喷碳枪和水冷铜套。ACI设计的集束射氧枪包括超音速氧气喷嘴和环流燃氧烧嘴，通过使用燃烧室来混合燃气和环流氧，使燃烧火焰从环流氧喷嘴喷出，熔化期加速废钢的切割和熔化，熔清后对中心超音速射流氧进行保护，提高射流氧的刚性，使其对熔池有足够的穿透深度，加速钢水脱碳；PyrOx枪主要用于废钢和辅料的熔化，主要参数如下：PyreJet枪最大超音速氧流2000NM3/h最大燃烧氧流400NM3/h燃烧功率4.5MW碳粉流量50kg/min燃气流量200m3/hPyrOx枪燃烧功率4.5MW最大氧流400NM3/h燃气流量200m3/h2.优化工艺，密切配合，强化管理2.1根据电炉冶炼特点，从合理布料上着手，既保证顺利装料，又不会因为炉门口和偏心区有冷钢而影响冶炼，并专门组织技术人员对实践数据进行统计分析，以掌握每种炉料的熔化速率、收得率和成分，在此基础上不断进行改进和调整操作参数，确定操作模式，采用计算机进行配料计算，使装配料作业规范化，满足电炉高效生产对装配料的特殊要求。2.2改进冶炼操作工艺2.2.1充分认识到电炉冶炼要实现高效生产的关键是泡沫渣技术的成功应用,操作中主要在以下3个方面作了改进：⑴改进吹氧技术,提高氧气的利用率，尽可能早地造起泡沫渣，确保电极四周360度全方位形成泡沫渣。⑵为得到稳定良好的泡沫渣,使用了特种石灰,增加炉渣的碱度,并使炉渣稳定、持久起泡，同时也很好地保护炉衬。⑶确保泡沫渣的厚度不小于电弧长度的1.5倍,使得埋弧良好，提高电热效率。2.2.2计算表明，1600℃时，每延长1分钟增加2.7kWh/t；1530℃时，每延长1分钟增加2.2kWh/t。因此采取各种措施，尽可能缩短停电时间，对提高生产率和降低电耗至关重要。操作中主要在以下3个方面作了改进：⑴首先做好设备的性能调试工作，确保设备达到有高的可开动率，并进行优化，使设备的作业时间在许可的范围内，发挥最大能力，使加料、出钢等作业都能在最短时间内完成，做到分秒必争，以秒计算热停工时间。⑵设计了先进的出钢口清洗和灌砂装置,保证料蓝随炉盖旋出至加料位，以得到最短的加料时间。⑶在炉盖旋出位，设计了松电极平台，使松电极在加料时完成，这样每天可节约20min左右的时间。2.2.3以最大的输入功率工作、合理的供电曲线和增大供氧强度是获得高效生产的先决条件通过优化工艺，密切配合，强化管理等措施后，技术经济指标得到明显改善，具体见表1。3ACIPyreJet系统的成功应用为提高电炉产钢能力，2000年底，兴澄钢铁与美国ACI公司正式合作，成功的在兴澄钢铁100t直流电炉上使用ACIPyreJet集束射流氧枪技术，并在试用过程中，对ACI提供的操作模块作了有益的调整和改进，使冶炼时间大幅缩短，冶炼电耗和电极消耗也有明显降低，技术经济指标的改进具体见表1，高效生产走出了关键的一步。使用ACIPyreJet系统后，主要有以下一些突出的优点。⑴ACIPyreJet系统大量试用化学能，使得炉料熔化速度明显加快，三支PyreJet枪的超音速氧流对熔池有较强的穿透能力，脱碳能力强，使得整个冶炼时间大为缩短。⑵对原料的适应条件好。从全废钢冶炼到热装50%铁水，都能充分发挥其能力，保证电炉实现高效生产，这一点可以从热装铁水后，电炉的脱碳速度远远超过正常的电炉脱碳速度中得到充分体现。⑶由于三支PyreJet枪沿炉子四周均匀分布，使炉内均匀脱碳和升温，炉内温度、成分更加均匀，不易发生大喷溅。⑷三支PyreJet枪下部有喷碳管，喷碳与超音速氧流平行，可造好稳定的泡沫渣，并提高金属收得率。4热装铁水近几年来，受以废钢为主要原料的生产能力的增长和长流程炼钢生产者在转炉生产中决定使用更高比例的废钢所影响，废钢价格显著上涨，而原料费用占到炼钢成本大约60%～70%[1]，为了降低原料成本，2002年10月，兴澄钢铁电炉开始采用铁水热装。为了使铁水热装工艺得到最低的生产成本和最高的生产效率，根据兴澄钢铁100t电炉的实际进行了模型计算，在这个模型中，不大于50%铁水比的增加导致产量增加。然而超过这个比值，由于脱碳速度限制，这个模型的送电时间和出钢周期都延长了，降低了电炉的生产效率。这个模型计算的结果符合生产实际。对于兴澄钢铁100t电炉，40～50%铁水比的操作模式显示可以得到最优的生产效率。具体经济指标见表1。表1各期技术经济指标对比表技术指标1998年2000年用PyreJet后40～50%铁水比用PyreJet通电时间min56514236冶炼周期min68594944电耗kwh/t480327281177电极耗kg/t1.541.280.920.67氧耗Nm3/t48455256燃气耗Nm3/t1.20.78渣中（FeO）%35252221兴澄钢铁电炉铁水热装后，为了减少喷溅和防止除尘过热超负荷，研究了多个炉型改造方案，并征询了许多设计院所，最后确定采用现有的改造方案对整个炉型为适应高铁水比操作进行了改造，这样就适应了冶炼过程中高脱碳速度的操作要求。由于脱碳速度增加，除尘水冷件的热负荷明显增加，通过对热负荷的计算，有针对性的对水冷管件进行了改造，热负荷特别大的，改用导热性能好的材质，热负荷相对小一点的，对管路进行了重新设计，使改造后的除尘水冷件在水流量不增加的情况下能适应高铁水比生产的要求。根据ACIPyreJet系统供氧沿炉子四周均匀分布的原则，通过优化氧气输入炉内的通道、流量和频率，使炉内均匀脱碳，实现计算机转换控制，使操作规范化，并通过对不同的冶炼时间的炉渣进行成分分析，不断调整造渣制度，摸索出了适应高铁水比操作的造渣技术，基本解决了由于喷溅造成的水冷炉盖及炉壁粘冷钢现象，使生产能顺利进行，掌握了这个高铁水比操作的关键技术。5结论5.1通过现代化的管理、高素质的员工队伍、高度自动化的装备、技术的不断创新，电炉可以实现高效生产，得到优良的技术经济指标。5.2先进的ACIPyreJet集束射流氧枪技术结合在生产实践中的不断改进是兴澄钢铁100t电炉成功实现高效生产巨大进步的关键。5.3兴澄钢铁100t电炉40～50%铁水比的操作模式显示可以得到最优的生产效率和最佳的经济效益。全文完参考文献ManfredHaissig.HotMetalinEAFs.AISESteelTechnology，March2002