高效高品質特殊鋼短流程生產技術平臺建設

周劍

摘要：南鋼電爐廠通過逐一優化鋼鐵生產部件和工藝步驟，輔助技術革新和發明專利，實現了電爐工序生產效率和成本指標國內領先，形成了產品規格多樣化、檔次高端化、品牌知名化的潔凈鋼生產線，為建設高效高品質特殊鋼短流程生產的技術集成做了一些有益的探索。

關鍵詞：高效高品質特殊鋼；短流程；生產技術；平臺建設；鋼鐵生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF758 文章編號：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）價格和愈加嚴格的環保標準，高效低成本短流程生產線也越來越受到歐美等發達國家鋼鐵冶金企業的青睞。不過就我國冶金行業的現狀，人們的目光更多聚集在轉爐長流程，對于電爐高效低成本短流程潔凈鋼生產技術平臺的建設卻涉及較少。其最重要的原因是廢鋼價格和電價的居高不下，國內電爐廠惡劣的競爭環境迫使他們強烈尋求適合自身的生存和發展的平臺。

南鋼電爐廠就是其中有代表性的典型之一，原來是以普鋼、優鋼為主要生產品種，迫于市場的壓力和自身發展的需要，經過近幾年來不斷的設備改造和技術革新，產品結構已全部轉變為高檔精品特鋼，超高功率電弧爐的生產效率和指標成本國內領先，產品品牌的美譽度越來越高，探尋出了一條高效率、高品質產生高效益的生存發展之路。

2 建設思路

對于電爐流程，其最大的特點是成本的70%～80%在電爐工序發生。按照這一特性，以電爐工序為分界線，電爐之前主要承擔高效和低成本的任務，電爐之后則承擔提高鋼液潔凈度的任務。為此，南鋼電爐廠在電爐工序實施了一系列的改造，以縮短冶煉周期、優化技經指標為主。同時為保證鋼水的潔凈度以及產品規格的多樣化，又分別添置了爐外精煉和大方坯連鑄機等裝備。

2.1 電爐冶煉

電爐工序的改造以高效低成本為最終目的。實施的改造主要包括：鐵水連續喂入技術（自身開發設計、形成電爐廠自有專利技術），將原來的爐口加鐵水時間降低到零；提高爐料鐵水比至50%以上，保證一次裝料率達到99%以上；配備爐壁集束氧槍系統，供氧強度由原先的1.0～1.5m3·t-1·min-1提高到現在2.0～2.5m3·t-1·min-1。改造結束后，冶煉周期縮短了近13min，鋼鐵料消耗趨于穩定，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，指標情況見表1：

盡管電爐的主要任務是高效、低成本，但其作為初煉爐，為爐外精煉提供優質穩定的鋼液原料仍是其中心任務，否則片面追求高效，提高供氧強度，只會造成脫氧合金使用量增加和鋼液內生夾雜物增多，加重爐外精煉的負擔，低成本和潔凈鋼則無從談起。故而對于電爐冶煉終點提出“四個穩定”的要求：穩定的出鋼量，控制出鋼量在90±3噸；穩定的終點氧位，控制終點氧位在300～600ppm；穩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；穩定的出鋼溫度。為達到這一目的，電爐廠有一套最優化供氧制度并開發了電爐爐內脫氧技術。

2.2 爐外精煉

爐外精煉承擔著鋼液脫硫、脫氧、除氣、去除非金屬夾雜物、調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，是特殊鋼冶煉的關鍵組成部分，主要通過脫氧造渣、成分控制、溫度控制和真空處理四個方面來展開和進行技術運用。

脫氧造渣按鋼種要求不同分別實施各自的脫氧造渣工藝，鋼種一般分為硅鎮靜鋼、硅鋁鎮靜鋼、鋁鎮靜鋼和簾線鋼四種。各自使用的脫氧材料和脫氧時機選擇均有獨特的要求，并普遍使用預熔渣快速造渣技術和高強度擴散脫氧技術，對各自的終點精煉渣組份也都提出了范圍要求并實現了快速的在線分析。

所有的特殊鋼都有窄成分控制要求，以保證機械性能的穩定。為此除加強電爐終點控制“四個穩定”的管控外，同時應用喂線微調成分技術，輔以經水模試驗優化后的鋼包底吹氬攪拌制度，實現窄成分控制。

溫度控制的目的在于為連鑄提供穩定的低溫澆注條件，過高的澆注溫度，勢必帶來鋼中溶解氧偏高，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K′可按下式計算：

為得到合適的澆注溫度，電爐廠運用統計技術，摸清了各個過程和外部條件對鋼水溫度的影響，建立了精煉過程鋼水溫度變化模型，將中包澆注過熱度控制在20℃～30℃以內。

真空處理不僅可脫氣，還可以進一步脫氧和去除夾雜物，提高鋼水潔凈度，技術重點在于高真空下保持時間的確立。南鋼電爐廠經過近三年的摸索，將高真空保持時間與鋼種特性、鋼包狀況、澆注順序和氣候等因素關聯，實現動態調整確定，將鋼水氫含量穩定控制在2ppm以下。

2.3 連鑄

連鑄澆注過程潔凈度控制一方面是鋼水進入結晶器之前進一步凈化，去除夾雜物；另一方面是防止鋼水的二次污染和凝固過程夾雜物聚集。

鋼包開澆時，如果出現不自流而采用吹氧引流，必然使鋼液嚴重氧化，因而采用優質引流砂，并嚴格規范相關操作，保證了自流率在95%以上。

連鑄首爐鋼包開澆后，中包內留有大量空氣，勢必造成先進入的鋼液二次氧化，統計數據表明，鋁硅鎮靜鋼連鑄澆次首爐中包內鋼液中的[Al]sol比鋼包內鋼液減少100～150ppm。為此電爐廠自主開發了中包開澆前灌氬技術，將鋁硅鎮靜鋼首爐中包內鋼液中的[Al]sol比鋼包內鋼液的減少量降至50ppm以下。

鋼包至結晶器的保護澆注是連鑄潔凈鋼生產技術的基礎配備，包括鋼包水口氬封、鋼包下渣檢測、中包堿性覆蓋劑、整體式浸入式水口和分鋼種專用保護渣。

結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態輕壓下技術，還可改善鑄坯內部凝固結構，擴大等軸晶區，減輕中心偏析和中心疏松。但對不同用途或不同特性要求的特殊鋼，相對應的電磁攪拌參數設置和動態軟壓下技術的運用也形成了技術創新點和技術訣竅。

連鑄拉速調整對潔凈度也同樣存在影響。南鋼電爐廠經過數年對高碳鉻軸承鋼的跟蹤，發現拉速調整造成鑄坯低倍不合和夾雜物超標的幾率增加一倍。潔凈的特殊鋼生產平臺必須實施恒拉速操作技術和與之相配套的過熱度穩定控制技術。

3 效果

隨著南鋼電爐廠建設高效、高品質潔凈鋼短流程生產技術平臺工作的不斷推進，實施效果在逐步顯現出來，電爐冶煉周期和變壓器日歷利用系數這兩個高效方向性指標據全國第一，年產爐數超過12000爐，年產量穩定在115萬噸。與此同時，產品潔凈度卻在不斷提升中，目前生產的鋼種主要以高標軸承鋼、80級和90級簾線鋼、超（超）臨界鍋爐管和石油鉆鋌鉆桿用鋼、汽車用結構鋼和彈簧鋼等，其中高標軸承鋼的氧含量可穩定在6.5ppm以下，Ti含量控制在20ppm以下，超（超）臨界鍋爐管用鋼市場占有率全國第一。

4 結語

南鋼電爐廠通過設備改造和技術革新，遵循電爐工序成本特性，提高電爐生產節奏和降低電爐生產成本，加強爐外精煉能力和連鑄控制水平，在建設高效高品質潔凈鋼短流程生產技術平臺工作上做了有益的探索，取得了較高的經濟效益。

參考文獻

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[3] 陳興華，等.集束氧槍技術在南鋼100t電爐的轉化

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（責任編輯：黃銀芳）