提高RH生产效率实践_刘佳铭.pdf

刘佳铭，硕士，助理工程师，2020年毕业于东北大学冶金工程专业。E-mail：提高 RH 生产效率实践刘佳铭，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）摘要：为了解决RH处理时间较长与铸机生产节奏不匹配的问题，对RH真空精炼设备进行升级改造，通过采取增加环流支管个数及内径和提升真空泵抽气能力等措施，确定了最优工艺参数，生产实施后RH作业时间平均缩短了约7.7 min，提高了RH真空精炼工序的生产效率，保证了生产的顺行。关键词：RH；提升气体流量；底吹氩气；脱碳时间中图分类号：TF769文献标识码：A文章编号：1006-4613（2023）01-0059-04DOI：10.3969/j.issn.1006-4613.2023.01.0013Practice of Improving RH Production EfficiencyLIU Jiaming，JIN Hongbin，YANG Xin，ZHAO Chenguang，CUI Guoliang（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）Abstract：In order to solve the problem that relatively long treatment time by RH treating e-quipment did not match with casting production by the caster based on the rhythm of production,the RH vaccum refining equipment was upgraded.After taking such measures as increasing thenumber of circulation branch pipes,expanding their inner diameters and improving the pumpingcapacity of a vacuum pump,the optimal process parameters of the RH were determined.After thatthe RH operation time was shortened by about 7.7 minutes on the average,which improved theproduction efficiency of the RH vacuum refining process and ensured the smooth production.Key words：RH;increasing gas flow;blowing argon from bottom of RH;decarburization time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，增大环流管鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期59-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 Timebefore and after Upgrading2.3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2010-6。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 MoltenSteel with Blowing Argon from Bottom of RH andNo 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14.810-6，不采用底吹氩气时为17.310-6，底吹氩气后平均下降了2.510-6，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，鞍钢技术 2023 年第 1 期刘佳铭等:提高 RH 生产效率实践总第 439 期60-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。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。（a）150 m3/h；（b）180 m3/h；（c）200 m3/h；（d）220 m3/h；（e）250m3/h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（a）脱碳时间；（b）处理时间图4改造前后RH脱碳时间和处理时间的对比Fig.4 Comparison of Decarburization Time and Treatment Time by RH Treating before and after Upgrading鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期61-11刘仁东，王旭，郭金宇，等.亚稳奥氏体和微合金元素对冷轧高强汽车钢性能的影响J.鞍钢技术，2014（6）：1-7.12 Cai Z H，Ding H，Xue X，et al.Significance of control ofaustenite stability and three-stage work-hardening behavior ofan ultrahigh strength-high ductility combination transfor-mation-induced plasticity steelJ.Scripta Materilia，2013（68）：865-868.13 Rana R，Liu C，Ray R K.Evolution of microstructure andmechanical properties during thermomechanical processing of alow-density multiphase steel for automotive applicationJ.Acta Materialia，2014（75）：227-245.14 Zhang S，Findley K O.Quantitative assessment of the effects ofmicrostructure on the stability of retained austenite in TRIPsteelsJ.Acta Materialia，2013（61）：1895-1903.（编辑 田玉婷）修回日期：2022-11-185结论（1）环流管通氩支管个数由12路增加到14路，环流管内径从550 mm增加到620 mm，使得提升气体最大流量从150 m3/h增加到250 m3/h；（2）将真空泵抽气能力从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，抽真空时间缩短约2 min；（3）重新制作真空下料系统，包括真空仓的仓体、下料管道以及下料柱塞等，并更新电磁式电振装置，缩短下料时间约1 min；（4）直接将揭盖机设置在处理位，减少旋转到旋转台90位置的操作工序，节约时间约2 min；（5）上述RH设备改造后，采取底吹氩气且提升气体流量为220 m3/h，RH作业时间平均缩短了7.7 min，大大提高了RH生产效率，提高了RH产能。参考文献1 朱苗勇，沙骏，黄宗泽.RH真空精炼装置内钢液流动行为的数值模拟J.金属学报，2000，36（11）：1175-1178.2Kawabara T，Umezawa K，MoriK.Investigation of Decarburi-zation Behavior in RH-reactor and Its Operation ImprovementJ.Trans.ISIJ，1988，28（4）：305-314.3Kato Y，Nakato H，Fujii T，et al.Fluid flow in ladle and itseffect decarburization rate in RH degasserJ.ISIJ Internation-al，1993，33（10）：1088-1094.4 郑万，贺志鹏，李光强，等.RH喷吹参数对循环流量和混均时间影响的物理模拟J.钢铁研究学报，2017，29（5）：371-381.5 陈奎.RH-MFB装置内钢液脱碳模型的研究D.重庆：重庆大学，2017.6 孙亮，艾立群，赵俊花，等 RH精炼过程钢液流动行为与循环流量数值模拟J.钢铁钒钛，2009，30（2）：28-32.7Takashiba N，Okamoto H，Aizawa K.Development of High-Speed High-Efficiency Vacuum decarburization Techniques inRH 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