提高RH生產(chǎn)效率實(shí)踐

劉佳銘，金宏斌，楊鑫，趙晨光，崔國(guó)亮

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡(jiǎn)稱“三分廠”）有兩座單處理位175 t RH，分別于1999年和2006年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能均為120萬(wàn)t/a，實(shí)際產(chǎn)能達(dá)到100萬(wàn)t/a。2019年4月，生產(chǎn)斷面寬度為1 280 mm的超低碳鋼種時(shí)，因單臺(tái)RH處理時(shí)間遠(yuǎn)大于鑄機(jī)澆注時(shí)間，為保證機(jī)前恒拉速澆注，只能使用兩臺(tái)RH交替生產(chǎn)供一臺(tái)鑄機(jī)，但這種生產(chǎn)模式不能滿足三分廠的品種和產(chǎn)量規(guī)模要求。為實(shí)現(xiàn)每臺(tái)RH增加產(chǎn)能20萬(wàn)t/a這一目標(biāo)，必須壓縮RH作業(yè)時(shí)間，將生產(chǎn)模式改為一臺(tái)RH供一臺(tái)鑄機(jī)生產(chǎn)，因此，需要對(duì)兩座RH進(jìn)行設(shè)備升級(jí)改造，進(jìn)而提高其生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)的順行。

1 存在的問題

分析造成三分廠RH處理時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，與鑄機(jī)節(jié)奏不匹配的主要原因如下：聯(lián)通管的直徑小，環(huán)流量小；現(xiàn)有的提升氣體流量較小，最大僅為150 m3/h；在鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)90°的位置進(jìn)行扣、揭蓋，操作復(fù)雜，增加作業(yè)時(shí)長(zhǎng)；真空泵降溫能力不足，真空度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間較長(zhǎng)，且真空泵較不穩(wěn)定；真空料斗系統(tǒng)下料速度慢、精度差。因此，對(duì)RH環(huán)流管、RH真空泵系統(tǒng)、RH真空下料系統(tǒng)及鋼水罐揭蓋機(jī)等進(jìn)行升級(jí)改造。

2 改造措施

2.1 環(huán)流管參數(shù)優(yōu)化

優(yōu)化環(huán)流管相關(guān)參數(shù)是提高鋼液循環(huán)流量的有效途徑之一［1-2］，即增加通氬支管數(shù)，增大環(huán)流管內(nèi)徑［3-4］。三分廠原RH環(huán)流管內(nèi)徑為550 mm，通氬支管分2排布置，共12路，氬氣流量低，并且壓力不穩(wěn)。將環(huán)流管的通氬支管增加到14路以提升氣體控制，同時(shí)將環(huán)流管內(nèi)徑增大到620 mm，且在每個(gè)支路上設(shè)有流量及壓力檢測(cè)和控制裝置。優(yōu)化后，提升氣體最大流量從150 m3/h增加到250 m3/h，能使更多的鋼水被帶入真空室中，從而增加循環(huán)流量，加強(qiáng)鋼水?dāng)嚢杈鶆蛐?。而且，增加氬氣吹入量?huì)增大真空室中參加碳氧化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)界面面積［5］，從而加快脫碳反應(yīng)速率。

2.2 真空泵系統(tǒng)改造

原真空泵實(shí)際抽氣能力為700 kg/h，真空室真空度能夠在8 min內(nèi)降至0.2 kPa以下，但系統(tǒng)較不穩(wěn)定。對(duì)真空泵改造，將實(shí)際抽氣能力提升至800 kg/h，目的是將抽真空時(shí)間降至6 min左右（比原來(lái)縮短2 min），同時(shí)真空度降至0.1 kPa以下。選取改造前后各10罐鋼水，對(duì)比真空度降至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的時(shí)間，見圖1所示，改造后抽真空平均時(shí)間由7.42 min降至5.32 min，并且抽真空能力趨于穩(wěn)定。

圖1 改造前后抽真空時(shí)間對(duì)比Fig.1 Comparison of Vacuuming Time before and after Upgrading

2.3 真空下料系統(tǒng)改造

兩座RH經(jīng)長(zhǎng)期高強(qiáng)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變慢，精度變差，原有電振料倉(cāng)無(wú)法精確控制下料量，下料時(shí)間較長(zhǎng)。因此，重新制作了兩座RH真空倉(cāng)的倉(cāng)體、下料管道以及下料柱塞等，并更新1#RH的合金稱量料倉(cāng)電磁式進(jìn)口電振裝置，有效地提高了稱量精準(zhǔn)度和下料速度，下料時(shí)間縮短約1 min。

2.4 鋼水罐揭蓋機(jī)位置改造

原揭蓋機(jī)設(shè)置在鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)90°的位置，需先將鋼包旋轉(zhuǎn)至該處進(jìn)行操作，再旋轉(zhuǎn)至處理位，操作步驟復(fù)雜。改造后將揭蓋機(jī)設(shè)置在鋼包待機(jī)位，同時(shí)每臺(tái)RH新增2臺(tái)懸臂式揭蓋機(jī)，待上一罐鋼水處理完，可直接將下一罐鋼水送至懸臂式揭蓋機(jī)位置進(jìn)行處理，操作工序得到簡(jiǎn)化，節(jié)約時(shí)間約2 min。

3 確定RH最佳工藝參數(shù)

改造上述RH設(shè)備后，研究不同工藝參數(shù)對(duì)脫碳效果的影響。改造前提升氣體最大流量為150 m3/h，不底吹氬氣，脫碳時(shí)間為20 min時(shí)，可將碳脫至20×10-6。改造后由于增大了提升氣體流量，操作時(shí)間得到縮短，因此重點(diǎn)研究脫碳時(shí)間為15 min時(shí)，底吹氬氣（流量為20 m3/h）和提升氣體流量對(duì)RH處理過(guò)程中脫碳效果的影響。

3.1 底吹氬氣對(duì)脫碳效果的影響

底吹氬氣氣泡在重力作用下上浮，能夠帶動(dòng)鋼液流動(dòng)，加快鋼液循環(huán)［6］。選取20罐超低碳鋼水，吹入提升氣體流量為150 m3/h，10罐鋼液底吹氬氣，10罐不底吹氬氣，脫碳15 min后鋼水含碳量對(duì)比如圖2所示。

圖2 底吹氬氣和不底吹氬氣時(shí)鋼水含碳量對(duì)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

由圖2可以看出，脫碳15 min，底吹氬氣時(shí)鋼水平均含碳量為14.8×10-6，不采用底吹氬氣時(shí)為 17.3×10-6，底吹氬氣后平均下降了 2.5×10-6，而且各罐次鋼水含碳量波動(dòng)小，脫碳效果更穩(wěn)定。

3.2 提升氣體流量對(duì)脫碳效果的影響

提升氣體流量是影響脫碳的重要因素，增大提升氣體流量能使更多的鋼水被帶入真空室中，從而增加循環(huán)流量。但是吹入的氬氣量過(guò)大會(huì)造成真空室內(nèi)壁掛鋼增多，容易造成鋼水增氧影響鋼水質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)造成鋼鐵料的浪費(fèi)以及下線整備困難等一系列問題。因此，一般會(huì)在確定不產(chǎn)生過(guò)大噴濺的條件下，將吹入的氬氣量控制在一個(gè)相對(duì)的最優(yōu)值，以確保合適的循環(huán)流量［7］。分別選取提升氣體流量為 150、180、200、220、250 m3/h的超低碳鋼水各10罐進(jìn)行研究，在采取底吹氬氣、脫碳15 min的條件下，提升氣體流量對(duì)鋼水含碳量的影響，如圖3所示。

圖3 提升氣體流量對(duì)鋼水含碳量的影響Fig.3 Effect of Increasing Gas Flow on Content of Carbon in Molten Steel

由圖3可以看出，隨著提升氣體流量的增大，鋼水含碳量降低，而且隨著該流量的進(jìn)一步增大（由220 m3/h增大至250 m3/h），脫碳效果提升不明顯。生產(chǎn)實(shí)際中這兩種流量下真空室內(nèi)鋼水的噴濺程度均不大。因此，最終確定RH最佳工藝參數(shù)為采取底吹氬氣且提升氣體流量為220 m3/h。

4 取得的效果

采取上述措施后，RH生產(chǎn)效率大幅提高。改造前后各取10罐超低碳鋼水對(duì)比RH脫碳時(shí)間和處理時(shí)間，結(jié)果見圖4所示。由圖4（a）可知，改造后RH平均脫碳時(shí)間由21.6 min降至16.6 min，縮短了5 min，計(jì)算脫碳速率提高約23%；由圖4（b）可知，RH平均處理時(shí)間由33.7 min縮短至28.0 min，縮短了5.7 min。另外，揭蓋機(jī)節(jié)省RH輔助時(shí)間2 min，因此改造后RH作業(yè)時(shí)間縮短了7.7 min，提高了RH作業(yè)效率，實(shí)際生產(chǎn)中達(dá)到了設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

圖4 改造前后RH脫碳時(shí)間和處理時(shí)間的對(duì)比Fig.4 Comparison of Decarburization Time and Treatment Time by RH Treating before and after Upgrading

5 結(jié)論

（1）環(huán)流管通氬支管個(gè)數(shù)由12路增加到14路，環(huán)流管內(nèi)徑從550 mm增加到620 mm，使得提升氣體最大流量從150 m3/h增加到250 m3/h；

（2）將真空泵抽氣能力從700 kg/h提升到800 kg/h，使得真空度由0.2 kPa快速降至0.1 kPa以下，抽真空時(shí)間縮短約2 min；

（3）重新制作真空下料系統(tǒng)，包括真空倉(cāng)的倉(cāng)體、下料管道以及下料柱塞等，并更新電磁式電振裝置，縮短下料時(shí)間約1 min；

（4）直接將揭蓋機(jī)設(shè)置在處理位，減少旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)臺(tái)90°位置的操作工序，節(jié)約時(shí)間約2 min；

（5）上述RH設(shè)備改造后，采取底吹氬氣且提升氣體流量為220 m3/h，RH作業(yè)時(shí)間平均縮短了7.7 min，大大提高了RH生產(chǎn)效率，提高了RH產(chǎn)能。