宝钢炼钢中试装备研制

第十三届全国炼钢学术会议148宝钢炼钢中试装备研制陈兆平朱立新（宝山钢铁股份有限公司技术中心）摘要根据宝钢技术开发和长远发展的要求，研制了包括500kg多功能真空感应炉、1tLF炉、1t试验转炉、水模实验装置、连铸二冷喷嘴实验装置、炼钢辅料实验装置等炼钢中试装备。本文介绍了这些装备的功能、配置、主要技术参数等。这些炼钢中试装备的研制,为宝钢炼钢新工艺和新产品开发提供了条件。关键词真空感应炉转炉LF炉水模二冷喷嘴辅料DevelopmentofPilotEquipmentsforSteelmakingatBaosteelChenZhaopingZhuLixin(BaoshanIron&SteelCo)ABSTRACTPilot-plantinstallationforsteelmakingsuchas500kgvacuuminductionfurnace,1texperimentalconverter,1tladlefurnace(LF),experimentalapparatusofwatermodel,experimentalapparatusofspraynozzle,experimentalapparatusofauxiliarymaterialsweredevelopedinordertomeettheneedsofR&DplanofBaosteel.Thefunction,configuration,main-technicalparametersoftheequipmentsweredescribed.KEYWORDSvacuuminductionfurnace,converter,LF,watermodel,spraynozzle,auxiliarymaterial1引言中国加入WTO以后，宝钢面临着全球钢铁工业的激烈竞争。为提升宝钢的核心竞争力，努力把宝钢建设成为全球最具竞争力的钢铁企业，技术中心作为宝钢技术创新的核心，根据宝钢技术开发和长远发展的要求，启动了包括500kg多功能真空感应炉、1tLF炉、1t试验转炉、水模实验装置、连铸二冷喷嘴实验装置、炼钢辅料实验装置等炼钢中试装备建设，目前已全面建成，并投入运行。这些炼钢中试装备的研制,为宝钢炼钢新工艺和新产品开发提供了条件。2冶炼实验室2.1概况冶炼实验室布置在跨距为21m的实验厂房内,如图1所示,厂房总长度为144m,装有16t吊车,轨面标高为8m。该实验室主体设备包括500kg多功能真空感应炉、1tLF炉、1t试验转炉、50kg真空感应炉、500kg非真空感应炉、100kg非真空感应炉等6台实验炉子,与之配套设备有钢包烘烤装置、台车式电阻炉、滚筒式除锈机、除尘系统、风动送样系统、测温仪、氧仪、定氢仪、定氮仪等。辅助设施还有钢包专用液压站、煤气烘烤台、实验料场等。图1冶炼实验室照片第十三届全国炼钢学术会议1492.2功能定位根据宝钢发展规划的要求，技术中心冶炼实验室的主要功能定位在以下几个方面：（1）炼钢新工艺开发优化，包括铁水转炉脱磷技术、不锈钢转炉冶炼技术、高纯净钢冶炼技术的开发研究以及宽厚板、高牌号电工钢、高级线材等高品质钢种冶炼技术的开发研究；（2）现有炼钢工艺热模拟，包括铁水脱磷脱硫预处理、转炉顶底复合吹炼和钢水二次精炼；（3）为开发新产品提供优质钢锭(用于试验轧机)，要求成份控制范围窄、杂质元素含量低、夹杂满足材料的性能要求、钢锭内部缺陷可控且表面无缺陷。2.3500kg多功能真空感应炉500kg多功能真空感应炉是在常规真空冶炼装置上附加多种精炼功能，包括顶吹氧、底部吹气搅拌、顶枪喷粉、常规真空冶炼时的连续测温和闭环控制、真空测温取样、定氧、定氧、定氮、数据自动采集和过程自动控制等。该装置是一种不仅可进行钢种试验还可进行工艺试验的多功能试验装置。主要由真空室、炉子和线圈装置、中间包、炉顶真空腔体（测温取样、吹氧及喷粉系统）、钢锭模小车及传动装置、底吹气体系统、光学高温计、合金加入装置、气动及液压系统等，可对真空感应炉生产参数进行数据采集、过程控制和安全联锁等，并实现人机对话。该设备功能众多、使用精度高、技术难度大、且非标设备设计制造量大，是世界上第一台集常规真空冶炼、顶吹氧、底吹搅拌、喷粉等功能于一身的多功能真空感应炉试验装置，完全能满足今后宝钢新产品的冶炼要求，并为解决宝钢生产现场工艺技术、产品质量问题和技术储备提供重要研究手段。500kg多功能真空感应炉工艺技术参数如下：额定容量：500kg；每炉熔炼时间：≤1h；极限真空度：0.05Pa；抽气速度：≤6min（至工作真空度）；最高熔炼温度：1760℃；顶吹氧气流量：9Nm3/h；底吹气体流量：1.0Nm3/h；喷粉速度：1.5kg/min；钢水连续测温的范围：1300～1800℃。自功能考核后，500kg多功能真空感应炉已完成冶炼100多炉宽厚板等新产品，获得的钢锭不仅成份控制范围窄，[S]、[N]、[H]、[O]等杂质含量低，夹杂少，而且钢锭内部的各种缺陷(偏析、疏松、裂纹)可以严格控制。2.41t试验转炉1t试验转炉是在1t非真空感应炉上附加顶底复吹系统，用于转炉脱磷、少渣冶炼、脱磷铁水冶炼不锈钢等炼钢新工艺的热模拟试验研究。该装置具有顶吹（O2、N2）的功能，同时也具有底吹气体（Ar、N2和O2）的功能，并可进行炉气在线监测。顶吹系统主要由阀门、流量计、混气包、顶吹水冷氧枪和氧枪升降机构组成，混气包用于顶吹N2+O2混合气体，O2/N2比例任意可调。底吹气体系统主要包括Ar、N2和O2的管路、阀门及控制、混气包、O2/(Ar或N2)的比例控制，Ar和N2的自动切换。常规吹炼采用狭缝式透气塞。吹炼不锈钢底部喷嘴采用双层套管形式，中心按给定的流量比例混合后吹入Ar+O2或N2+O2，套管外层吹Ar或N2或天然气体冷却，流量比任意可调。第十三届全国炼钢学术会议150为确保试验安全，吹炼不锈钢时该装置配有底枪蚀损监测系统，用于监测底枪蚀损速度。1t试验转炉通过PLC控制系统分别对供气系统、冷却水系统及氧枪升降进行控制和调节，满足工艺要求，控制台显示各种信号、参数、画面，可储存数据，故障报警，提供报表打印，并实现人机对话，如图2所示。图21t试验转炉控制系统1t试验转炉的主要技术参数如下：额定功率：500kW；输出频率：1000Hz；顶吹气体强度：3.5Nm3/min·t；吹炼不锈钢时底吹强度：1.25Nm3/min.t；常规吹炼底吹强度：0.30Nm3/min.t。日前，在1t试验转炉上用含4.2%C的铁水冶炼超低碳奥氏体不锈钢取得成功，顶底复合吹氧终点[C]达到0.02%。2.41tLF炉1tLF炉的主要功能是对钢水加热升温、保温、造渣精炼、定氧、喂丝等，可进行合成渣优选、LF工艺热模拟试验等。因为1tLF炉容量小，必须克服以下技术难点：1）如何保证温度，使精炼能正常进行；2）电极如何布置；3）如何保证钢包寿命。为此，宝钢技术中心采取了以下措施解决了上述难点。（1）采用烟罩集尘的方式；（2）选用水冷炉盖圈及整体浇注料炉盖；（3）采用人工炉门口加料的方式；（4）采用三相电极同上同下的传动方式，共用一个升降装置；（5）滑动水口机构采用电动推杆方式,滑动水口和吹氩装置结合在一起。1tLF炉的主要技术参数如下：公称容量：1t；钢包自由空间：300mm；变压器额定容量：650KVA（六级电动无载调压）；升温速度：6℃/min；三相不平衡系数：≤4.5％；电极响应时间：≤0.3sec；底吹氩流量：6Nm3/h。日前，科研人员模拟宝钢现场300吨LF炉工艺，在1tLF炉上冶炼出成分合格、夹杂物满足要求的高强度弹簧钢。第十三届全国炼钢学术会议1513水模实验实验室为满足多个炼钢工序水模实验需要，水模实验装置应满足实验用工业水的供给和循环、实验用工业水的过滤和净化、实验用水的加热、实验用压缩空气的供给（包括底吹和顶吹）和实验系统抽真空等多种要求，其功能是能进行各种冶金反应器的水模实验。水模实验设备主要组成包括（1）水循环装置；（2）水过滤净化装置；（3）水加热装置；（4）抽真空装置；（5）供气装置；（6）仪表检测控制及显示系统；（7）照相装置；（8）数据采集及处理装置；（9）数模仿真装置；（10）辅助装置。同时实验室配备了专用检测设备，如PIV粒子图象速度场仪、浪高仪、数码相机、数码摄象机、片光源、PH计、电导仪等。4连铸二冷喷嘴实验室连铸二冷喷嘴实验室具备两大功能，即测试喷嘴冷态特性和热态特性，其中冷态试验装置能进行单喷嘴和多喷嘴性能测试，包括水、气压力流量测试，水流密度分布测试，喷嘴的喷射角度、覆盖面积测试，冲击力测试以及喷雾粒径测试等。热态试验装置也可以进行单、双喷嘴性能测试，可测试喷嘴喷雾水与铸坯间的传热系数。连铸二冷喷嘴装置的主要技术参数如下：供水压力：1.5MPa；供水流量：50t/h；供气压力：0.8MPa；供气流量：360m3/h；集水器液面高度：300mm；冲击压力：10kPa；喷射角度：160°；喷雾粒径：2000μm；试样加热温度：1300℃。5炼钢辅料实验室炼钢辅料实验室主要为新型连铸保护渣开发提供服务，中试生产流程见图3，核心设备是喷雾干燥造粒装置。图3炼钢辅料生产流程图6结语面对入世以后国际竞争的加剧，为实现持续开发出高质量、高附加值、富有宝钢特色和拥有自主知识产权的产品及技术，提升宝钢的核心竞争力，宝钢与有关单位合作研制了包括500kg多功能真空感应炉、1tLF炉、1t试验转炉、水模实验装置、连铸二冷喷嘴实验装置、炼钢辅料实验装置等炼钢中试装备,装备主要参数先进，实验功能齐全，为宝钢炼钢新工艺和新产品开发打下了坚实的基础，将在宝钢技术创新中发挥重要作用。