提高RH生产效率实践

2023-02-15刘佳铭金宏斌杨鑫赵晨光崔国亮

鞍钢技术 2023年1期

刘佳铭，金宏斌，杨鑫，赵晨光，崔国亮

（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁鞍山 114021）

鞍钢股份有限公司炼钢总厂三分厂（以下简称“三分厂”）有两座单处理位175 t RH，分别于1999年和2006年建成投产，设计产能均为120万t/a，实际产能达到100万t/a。2019年4月，生产断面宽度为1 280 mm的超低碳钢种时，因单台RH处理时间远大于铸机浇注时间，为保证机前恒拉速浇注，只能使用两台RH交替生产供一台铸机，但这种生产模式不能满足三分厂的品种和产量规模要求。为实现每台RH增加产能20万t/a这一目标，必须压缩RH作业时间，将生产模式改为一台RH供一台铸机生产，因此，需要对两座RH进行设备升级改造，进而提高其生产效率，保证生产的顺行。

1 存在的问题

分析造成三分厂RH处理时间较长，生产效率低，与铸机节奏不匹配的主要原因如下：联通管的直径小，环流量小；现有的提升气体流量较小，最大仅为150 m3/h；在钢包旋转台两侧90°的位置进行扣、揭盖，操作复杂，增加作业时长；真空泵降温能力不足，真空度达到标准的时间较长，且真空泵较不稳定；真空料斗系统下料速度慢、精度差。因此，对RH环流管、RH真空泵系统、RH真空下料系统及钢水罐揭盖机等进行升级改造。

2 改造措施

2.1 环流管参数优化

优化环流管相关参数是提高钢液循环流量的有效途径之一［1-2］，即增加通氩支管数，增大环流管内径［3-4］。三分厂原RH环流管内径为550 mm，通氩支管分2排布置，共12路，氩气流量低，并且压力不稳。将环流管的通氩支管增加到14路以提升气体控制，同时将环流管内径增大到620 mm，且在每个支路上设有流量及压力检测和控制装置。优化后，提升气体最大流量从150 m3/h增加到250 m3/h，能使更多的钢水被带入真空室中，从而增加循环流量，加强钢水搅拌均匀性。而且，增加氩气吹入量会增大真空室中参加碳氧化学反应的反应界面面积［5］，从而加快脱碳反应速率。

2.2 真空泵系统改造

原真空泵实际抽气能力为700 kg/h，真空室真空度能够在8 min内降至0.2 kPa以下，但系统较不稳定。对真空泵改造，将实际抽气能力提升至800 kg/h，目的是将抽真空时间降至6 min左右（比原来缩短2 min），同时真空度降至0.1 kPa以下。选取改造前后各10罐钢水，对比真空度降至标准状态的时间，见图1所示，改造后抽真空平均时间由7.42 min降至5.32 min，并且抽真空能力趋于稳定。

图1 改造前后抽真空时间对比Fig.1 Comparison of Vacuuming Time before and after Upgrading

2.3 真空下料系统改造

两座RH经长期高强度使用后，真空料斗、下料柱塞、下料溜槽、水平振料器下料速度变慢，精度变差，原有电振料仓无法精确控制下料量，下料时间较长。因此，重新制作了两座RH真空仓的仓体、下料管道以及下料柱塞等，并更新1#RH的合金称量料仓电磁式进口电振装置，有效地提高了称量精准度和下料速度，下料时间缩短约1 min。

2.4 钢水罐揭盖机位置改造

原揭盖机设置在钢包旋转台两侧90°的位置，需先将钢包旋转至该处进行操作，再旋转至处理位，操作步骤复杂。改造后将揭盖机设置在钢包待机位，同时每台RH新增2台悬臂式揭盖机，待上一罐钢水处理完，可直接将下一罐钢水送至悬臂式揭盖机位置进行处理，操作工序得到简化，节约时间约2 min。

3 确定RH最佳工艺参数

改造上述RH设备后，研究不同工艺参数对脱碳效果的影响。改造前提升气体最大流量为150 m3/h，不底吹氩气，脱碳时间为20 min时，可将碳脱至20×10-6。改造后由于增大了提升气体流量，操作时间得到缩短，因此重点研究脱碳时间为15 min时，底吹氩气（流量为20 m3/h）和提升气体流量对RH处理过程中脱碳效果的影响。

3.1 底吹氩气对脱碳效果的影响

底吹氩气气泡在重力作用下上浮，能够带动钢液流动，加快钢液循环［6］。选取20罐超低碳钢水，吹入提升气体流量为150 m3/h，10罐钢液底吹氩气，10罐不底吹氩气，脱碳15 min后钢水含碳量对比如图2所示。

图2 底吹氩气和不底吹氩气时钢水含碳量对比Fig.2 Comparison of Content of Carbon in Molten Steel with Blowing Argon from Bottom of RH and No Argon Blowing from Bottom of RH

由图2可以看出，脱碳15 min，底吹氩气时钢水平均含碳量为14.8×10-6，不采用底吹氩气时为 17.3×10-6，底吹氩气后平均下降了 2.5×10-6，而且各罐次钢水含碳量波动小，脱碳效果更稳定。

3.2 提升气体流量对脱碳效果的影响

提升气体流量是影响脱碳的重要因素，增大提升气体流量能使更多的钢水被带入真空室中，从而增加循环流量。但是吹入的氩气量过大会造成真空室内壁挂钢增多，容易造成钢水增氧影响钢水质量，同时还会造成钢铁料的浪费以及下线整备困难等一系列问题。因此，一般会在确定不产生过大喷溅的条件下，将吹入的氩气量控制在一个相对的最优值，以确保合适的循环流量［7］。分别选取提升气体流量为 150、180、200、220、250 m3/h的超低碳钢水各10罐进行研究，在采取底吹氩气、脱碳15 min的条件下，提升气体流量对钢水含碳量的影响，如图3所示。

图3 提升气体流量对钢水含碳量的影响Fig.3 Effect of Increasing Gas Flow on Content of Carbon in Molten Steel

由图3可以看出，随着提升气体流量的增大，钢水含碳量降低，而且随着该流量的进一步增大（由220 m3/h增大至250 m3/h），脱碳效果提升不明显。生产实际中这两种流量下真空室内钢水的喷溅程度均不大。因此，最终确定RH最佳工艺参数为采取底吹氩气且提升气体流量为220 m3/h。

4 取得的效果

采取上述措施后，RH生产效率大幅提高。改造前后各取10罐超低碳钢水对比RH脱碳时间和处理时间，结果见图4所示。由图4（a）可知，改造后RH平均脱碳时间由21.6 min降至16.6 min，缩短了5 min，计算脱碳速率提高约23%；由图4（b）可知，RH平均处理时间由33.7 min缩短至28.0 min，缩短了5.7 min。另外，揭盖机节省RH辅助时间2 min，因此改造后RH作业时间缩短了7.7 min，提高了RH作业效率，实际生产中达到了设计产能。