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为炼钢百科全书画龙点睛 --记太钢不锈钢炼钢工程设计项目

为炼钢百科全书画龙点睛 --记太钢不锈钢炼钢工程设计项目
2020-01-13 11:10 发布者: 工业加热平台

走进太钢不锈钢炼钢车间,电炉、转炉、精炼炉,各种各样的炼钢设备让人大开眼界,太钢技术人员笑侃,“太钢几乎拥有炼钢的所有炉型。”

不错,太钢不锈钢炼钢车间既生产碳钢,也生产不锈钢,仅冶炼炉就有21座,仿佛一部炼钢工艺的百科全书。

正是这些大大小小的冶炼设备,经过中冶赛迪设计师的“画龙点睛”,协同配合、高效运转,谱写了太钢不锈钢厂问鼎世界之最的赞歌。

  低成本高质量 灵活解决生产工艺

不锈钢冶炼的成本70~80%来源于原材料成本,这就要求冶炼工艺路线必须灵活适应原材料条件。太钢不锈钢工程设计之时,世界上的主流不锈钢工艺都以废钢、合金为主要原料,采用EAF炉到AOD炉全冷料流程。该流程对原材料的要求很高,首要条件就是要严格控制磷元素含量,同时用电炉熔炼电耗高,无形中增加了冶炼成本。然而,当时的中国,不锈钢资源本就匮乏,再加上优质的低磷原料价格昂贵,对于太钢来说,想走主流路线,就会被高昂的成本卡住脖子。

针对国内原料情况和主流冶炼工艺的缺陷,中冶赛迪与太钢共同提出了采用50%铁水加上20%不锈废钢及各种铁合金为原材料冶炼不锈钢。一来铁水洁净度高,能有效控制不锈钢成品的残余元素含量,二来铁水自带物理热量,能够降低冷料冶炼的电耗,既充分利用了原材料,又有效控制了生产成本。

工艺路线有了,应该采用哪些冶炼设备,如何进行设备组合呢?众所周知,不锈钢生产的关键技术在于降磷保铬。国外铁水脱磷的方式主要有铁水罐或混铁车喷吹脱磷以及转炉脱磷两种方法。如果采用喷吹脱磷,只能达到降磷的作用。而太钢炼钢以普通高炉铁水作为主要原料,铁水碳含高达4~5%,如果把降碳的任务完全交给后工序AOD炉来完成,势必大大延长AOD炉冶炼时间,这样会导致从EAF炉到AOD炉再到CCM连铸的节奏难以匹配,AOD炉又将成为制约生产节奏的瓶颈。

经过反复计算分析,中冶赛迪提出采用炉容较大、脱磷动力学更好的转炉作为铁水脱磷的主要设施,在脱磷的同时实现脱硅脱碳,具有周期短、喷溅小、环保好的多重优势。同时,脱磷转炉采用高温低碳模式,降低了AOD炉冶炼负担,优化各工艺环节的匹配性,还可回收蒸汽、煤气,实现负能炼钢。此方案与业主一拍即合。

太钢不锈钢炼钢工程投产一年即实现了日产、月产和年产量指标全部超过设计指标。此后,中冶赛迪一路伴随太钢发展,根据原材料条件的变化不断优化不锈钢工艺路线,与太钢携手打造低成本、高质量生产不锈钢的典范。

发展到今天,太钢炼钢车间先后配置了EAF炉、合金熔化炉、铁水脱磷设施、AOD、LF、VOD等多种冶炼设施,可根据市场原材料价格的波动灵活选用相应的工艺路线。例如:当铁水价格便宜时,以高炉铁水为原料,采用脱磷预处理设施+合金熔化炉→AOD→LF炉/VOD→连铸的工艺路线;若合金、废钢等原料成本更优,则以冷料为原料,采用电炉+合金熔化炉→AOD→ LF炉→连铸的工艺路线。

       既分开又集中 为车间巧妙排兵布阵

太钢不锈钢厂包括冶炼车间和连铸车间,其中冶炼车间既生产碳钢,也生产不锈钢,工艺单元多、设备复杂,如何协调各生产线设备在平面和空间上的相互关系,确保流程合理、物流顺畅?中冶赛迪团队发挥特长,妥善地处理了工艺布置的各种矛盾,为太钢设计出了量身定制的特殊方案。

一是恰当解决了布置中的“分开”问题。碳钢和不锈钢生产工艺路线不同,因此必须要功能分区,设计人员以一根厂房柱为界,将两个生产系统分隔在东、西两个区间。根据碳钢生产线较短消耗铁水多的特点,将碳钢工艺布置在主厂房靠近铁水进入的方向;根据不锈钢生产线较长、消耗的原料和废钢多的特点,将不锈钢工艺布置在了厂房的另一端,避免了二者相互干扰。同时,将不锈钢生产线上的电炉和AOD炉分别布置在不同跨间而又紧密联系,既避免了相互在操作上的干扰又可使电炉与AOD炉加料系统都布置在塔楼以内。

二是最大限度地解决了“集中”问题。虽然碳钢和不锈钢生产路线不同,但工艺设备操作和公辅设施的配置却是相近的,若能集中布置、统筹考虑,则可充分利用厂房空间,减少公辅设施的数量,节省投资。在具体设计中,赛迪团队将碳钢转炉和脱磷转炉、二座电炉、二座AOD炉、二座LF炉分别成对布置在同一区域,可实现操作上的集中控制、公辅设施的统一配置,真正做到“能共用的共用,不能共用的则按统一规格配置”。

同时,所有冶炼设备的副原料和铁合金加料系统集中布置在塔楼以内,有利于统一加料系统设备规格、统一维护管理;副原料和铁合金上料系统集中在同一个地下料仓和上料胶带机上,集中上料、简单可靠、管理方便;碳钢连铸机和不锈钢连铸机采用横列方式集中布置在主厂房中部区域,操作平台连成一体、相互贯通,机械维修分别位于厂房的东西两端,便于设备和备件的运输,又缩短了碳钢连铸坯直接热送距离,减少了热量损失;在线热修磨线布置在二台不锈钢连铸机之间,既充分利用了场地,又实现了热修磨线的共用。位于厂房中心的不锈钢连铸机既生产不锈钢,也能生产取向硅钢等高级碳钢,生产灵活性很强。中冶赛迪团队采用超前的连铸智能集控技术,取消切割操作室,3台大型板坯连铸机平台下所有设备均集中在一个出坯操作室内远程操作,大大节省了操作人员的数量。

基于这样的工艺布质,实现了碳钢和不锈钢生产线基本不交叉,生产线设备布置合理,起重运输设备负荷分布均衡,厂房跨度、标高适当,通道符合运输要求,所以整个车间物流由南到北、甚为顺畅。

物流仿真提供精准决策依据

太钢不锈钢炼钢工程自2006年投产以来,生产规模不断扩大、产品不断升级。每一次升级改造,都是对工艺布局的一次挑战。2016年开始,中冶赛迪引入炼钢物流仿真这一先进手段,对太钢不锈钢炼钢车间改造进行更加科学的分析研究,帮助业主解决疑虑、提出优化方案。

2017年,太钢加料跨内布置了8台大小不一的起重机,调度复杂、作业空间有限,特别是在以倒罐站为中心的110m范围内就有8个吊运点,需完成脱硫、脱磷、上过跨线、上转炉、回倒罐站等不同类型的吊运任务,如果3台起重机均在此范围内作业,仅起重机宽度空间占位69米,可供走行的仅有40米,且倒罐站完成一次起落吊就需要长达5分钟时间,相互干扰性大。在有限的运输空间内,优化起重机任务分配、制定合理的作业制度迫在眉睫。通过多次仿真分析,中冶赛迪提出了50%的脱磷铁水的物流路线,即起重机直接从倒罐站装满一个铁水重罐运到模铸跨,与模铸跨内烘烤备用空罐处理为两个半罐,再与脱磷站处理的脱磷铁水兑罐为两个混合铁水罐,此措施有效减少了倒罐站处的起重机负荷。

而相邻24米外钢水接受跨间也面临同样的问题。5台大起重机和1台小起重机在这里繁忙运作,按现行起重机运行参数和设备作业参数仿真分析,炼钢车间所完成的产能总略低于生产目标,不锈钢差1.5炉/日,碳钢相差1炉/日。赛迪技术人员对仿真结果进行了多次分析,并到现场多次核查,终于找到了影响产能发挥的关键因素,一是起重机的运行速度,二是AOD的作业周期。对此,赛迪提出了车间可实施的优化作业参数:起重机大车运行速度提高到50m/min,除特殊位置外,其余地方起落吊时间从3分30秒加快到3分20秒,适当提高AOD周期,经过作业制度调整,顺利完成生产目标。

太钢不锈钢炼钢工程的建设,使得中国钢铁不锈钢领域发展实现了质的飞跃,太钢一跃成为全球最具竞争力的不锈钢生产企业之一。中冶赛迪与太钢一路同行,不辱使命,为业主创造了巨大价值。

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