摘要：莱钢100 t电炉主要生产高品质Φ500～Φ800mm合金钢连铸商品圆坯及Φ120～Φ320mm特殊钢大棒材。通过铝镇静钢夹杂物控制技术、大棒材质量控制技术、节能控制技术、清洁生产技术等关键技术创新，使100吨电炉产品质量逐步提升，月废品量≤50 t，成材率95.55%，吨钢电耗303.3kW·h，燃耗指标由1.90GJ/t降低到1.54GJ/t ，工业水重复利用率达到98%以上，生产区废水零排放。最终打造绿色、环保、节能、创新的100吨电炉大棒生产线。

关键词：大棒材；产品结构；技术创新；节能环保

1  前  言

在我国钢铁行业竞争日趋激烈的大背景下，加快技术创新、降低能源消耗、推进精品建设已成为各大钢铁企业生存发展的重要手段，莱钢100 t电炉大棒生产线在具备先进生产设备的前提下积极打造绿色、环保、节能、创新的100吨电炉大棒生产线，在产品技术创新、环保清洁生产、降低能源消耗等方面采取了一系列措施。

2  电炉生产工艺流程及产品特点

100t电炉大棒生产线工艺流程：高炉铁水+优质废钢→ 1座 100t 超高功率偏心底出钢直流电弧炉→ 2座 120t LF精炼炉→ 1座 120t 双工位 VD真空脱气炉→ 1台 R16.5 m5机5流Φ650mm合金钢连铸CC→热送、热装或铸坯缓冷→1台步进式加热炉→ 1套Φ1400机组（Φ1400×1+Φ950×4+Φ800×2半连轧生产线）→精整或探伤（抛丸→矫直→漏磁探伤→电磁超声探伤）→打捆→称重→入库。主要生产高品质Φ500～Φ800mm合金钢连铸商品圆坯及Φ120～Φ320mm特殊钢大棒材，年产钢100万t，商品坯15万t，材70万t。

莱钢100 t电炉大棒生产线具有强大的规格配套优势以及超强的质量保证能力，开发装备制造业发展需求的高端大规格棒材产品。炼钢生产能力为每年生产合格钢水100万t，连铸生产能力为年生产连铸圆坯95万t，产品规格为Φ500、Φ650、Φ700、Φ800mm；主要生产中高档机械用钢、汽车用钢、风电用钢等主导产品，兼顾轧辊用钢、铁路车辆用钢、海洋工程用钢、核电用钢等高合金钢。轧钢生产能力为年生产棒材70万t，产品结构Φ120～320mm，主要品种包括高档齿轮钢SAE8620H、20CrMnMoH，高档管坯钢P12、12Cr1MoVG，车辆、机械结构用钢25MnCrNiMoA、SCM440H，能源电力用钢AISI4145H等，产品涵盖汽车、造船、石油化工、铁路、军工、核电及风电制造业用钢等领域。

3  主要工艺设备及关键技术创新点

莱钢100 t电炉大棒生产线项目占地58.8万m2，总投资29.97亿元，设计年产钢材100万t。电炉关键技术从国际著名冶金制造企业德国西门子奥钢联引进，连铸、轧机关键技术从意大利达涅利公司引进。主体设备包括100 t超高功率电弧炉1座， 120tLF钢包精炼炉2座，120 t双工位VD炉1座，R16.5m五机五流合金钢连铸机1台，1套二辊可逆式粗轧机1套，同时拥有矫直、倒角、扒皮、涡流探伤、超声波探伤等精整设备，以及相应配套辅助设施。在冶炼、热轧工序关键设备和工艺技术方面采用了炉底搅拌技术、LF炉微正压控制技术、VD炉气体在线分析技术、连铸液压振动控制技术、M/F-EMS电磁搅拌技术、大压下高精度轧制技术、在线控制轧制技术、在线无损探伤检测技术等20余项最新技术，能够有效推进高品质特殊钢技术发展，加快特殊钢“纯净化、均匀化、细晶化”关键技术研究、工艺流程开发及产业化研究，实现高品质特殊钢技术生产。

3.1电炉高效冶炼技术

通过电炉热装铁水快速冶炼技术、电炉快速脱磷技术、优化RCB炉壁氧枪工艺参数及高效泡沫渣埋弧操作技术的运用，电炉的主要指标(冶炼周期、冶炼电耗、电极消耗、钢铁料消耗)都得到了明显提高，平均冶炼电耗由140（kW·h）/t钢降低到100（kW·h）/t钢，平均电极消耗由2.10㎏/t钢降低到1.75㎏/t钢，钢铁料消耗由1113kg/t钢降至1098kg/t钢。

3.2铝镇静钢夹杂物控制技术

提高钢液清洁度并防止二次氧化是实现铸坯质量提升的关键因素，是铸坯经过锻造处理后影响探伤合格率的一方面因素。精准Al含量控制技术，CaO-Al2O3渣系研究与优化，脱氧产物Al2O3的钙化处理，精炼后期弱搅拌工艺，全保护浇注防二次氧化工艺，通过钢水夹杂物控制技术，使夹杂物级别控制在A、B类＜1.0，C、D类＜0.5[1]。

3.3大棒材内部质量控制技术

3.3.1二冷配水超弱冷工艺

二冷配水超弱冷工艺，根据凝固模型理论及二冷水量分配数学模型建立二冷制度，根据预先给定的钢种标准工艺参数和铸坯规格，应用铸坯凝固传热仿真模型进行铸坯生产仿真。再根据圆铸坯喷淋的实际情况，确定喷嘴的有效喷淋系数，各区域喷嘴布置采取环形对称布置,并且考虑圆坯圆周方向冷却的差异，最终确定不同拉速下的不同冷却区域的二冷水基本设定流量。同时，结合铸坯在二冷区凝固冷却的冶金准则对二冷水基本水量进行优化，形成二冷配水模型[2]。

3.3.2两段式电磁搅拌技术

莱钢100 t电炉大棒生产线采取由结晶器电搅+凝固末端电搅（φ800mm断面无末端电搅）的组合式电搅，通过电搅参数的优化，进一步提高了铸坯低倍质量，低倍疏松在1.0级比例达到85%，铸坯等轴晶率达到52.58%。

3.3.3低过热度恒拉速恒液面浇注工艺

莱钢100 t电炉大棒生产线钢种碳含量的不同，钢液凝固收缩不同，高碳钢的两相区宽，凝固末期补缩较低碳钢困难，出现缩孔。根据钢种的液相线温度以及钢种碳含量，通过控制合适的上钢温度，将中间包过热度控制在15～25℃。建立拉速和结晶器液面波动报警系统，重点确保连铸的拉速稳定,拉速波动控制在±0.02m/min，结晶器液面波动控制在±5mm。铸坯拉速也影响着结晶器液面钢水的更替速度，影响热流量的更替，直接影响铸坯液相穴长度，从而影响到铸坯内溶质元素的扩散、析出和聚集。为此，在确保满足生产条件需求的情况下，将铸坯拉速适当低拉速控制，以满足铸坯凝固过程中的径向自补缩，改善甚至消除铸坯内部缩孔疏松缺陷。

3.4大棒材表面质量控制技术

针对不同钢种，通过连铸保护渣的设计和优化、连铸二次冷却工艺的设计和改进及铸坯加热制度、φ1350粗轧轧制工艺进行系统优化等技术措施，极大改善了大棒材表面质量，降低了表面缺陷废品量，实现月废品量≤50t，成材率95.55%[3]。

3.5高碳高铬钢连铸技术

市场上8Cr5Mo轧辊用钢和H13热作模具钢一直采用模铸或电渣炉生产的钢锭，其生产工艺非常落后，不但占地面积大、生产时间长、作业效率低，而且作业环境恶劣，工人劳动强度大，职业危害程度高，质量也不稳定。莱钢100 t电炉大棒生产线大力研发高碳高铬钢连铸技术，通过采取保碳脱磷控制过氧化工艺、优化连铸配水工艺、低过热度恒拉速恒液面浇注工艺，控制合适的拉矫机压力参数等，2015年5月成功试制φ500mmH13热作模具钢，2015年6月成功试制φ650mm8Cr5Mo轧辊用钢，成分和物理性能稳定均满足质量计划要求。目前莱钢100 t电炉大棒生产线的高碳高铬钢连铸技术已趋于成熟，φ500、φ650、φ700、φ800mm四个断面全部实现批量化生产并占领了市场。

3.6节能控制技术

莱钢100 t电炉大棒生产线电炉推行最经济冶炼原则，严格按照不同条件下的电炉冶炼操作模型，制定不同铁水条件下的冶炼电耗控制细则：①优化电炉4#氧枪位置，提高脱碳效率；②提高铁水兑加比例，缩短冶炼送电时间；③优化中间包过热度，降低LF炉出钢温度；④优化大料结构分解，提高泡沫渣埋弧效果；⑤加强设备管控，提高准点一体化生产比率；⑥加强非生产状态能源管控等措施，实现吨钢电耗303.3kW·h。

采用电弧炉烟尘第四孔排烟，烟气余热回收利用发电，实现了除尘烟气热量的循环利用和清洁生产，余热发电技术填补了国内电炉系统的空白。坚持电炉避峰填谷生产，能源控制整体效果持续改进。步进式加热炉通过提高热装温度，提高热送比例，缩短铸坯在炉时间，同时通过优化铸坯装炉顺序，合理控制空燃比，燃耗指标逐年降低，由原来的1.90GJ/t降低到1.54GJ/t。

加强含铁固体废弃物的研究利用。利用自产氧化铁皮、除尘灰、焦末等原料，制作氧化铁皮冷压块，有效降低了钢铁料消耗和电炉成本。对钢渣进行处理，筛选大块废钢和粒钢返回炼钢使用，对其余废渣进行深度处理，各类含铁除尘灰、冶炼渣、氧化铁皮、生产性废钢等废弃资源产生量综合利用率达到95%以上，固废资源处于良性循环状态。采用工业水循环工艺，工业水重复利用率达到98%以上，炼钢吨钢耗新水0.64 m3，轧钢吨钢耗新水0.23m3，达到国内先进水平。

3.7清洁生产技术

环境是资源，环境是生产力，莱钢100 t电炉大棒生产线环保投资3998万元，坚持不懈推进环境治理和环境改善，遵循“天蓝、地绿、水清、气净”的绿色发展目标，创建“绿色品牌”，目前厂区绿化面积达到8万m3，绿地率45%，绿化覆盖率49%。

严格落实环保“三同时”制度，保证控制污染的环保设施与主体生产设施同时设计、同时施工、同时投入使用。针对电炉在冶炼过程中产生烟气温度高、浓度高、亲水性差、不易捕集的特点，采用电弧炉烟尘第四孔排烟（烟气余热回收利用发电等）和厂房屋顶罩（电弧炉四周带导流罩）相结合的除尘措施。带炉压检测和第四孔除尘烟气分析系统，此新技术处于国际先进水平。LF精炼炉采用烟尘炉盖排烟与密闭罩排烟相结合的除尘措施。在生产过程中，不断加大环保资金投入力度，持续削减污染物排放总量。强化环保设备设施维护管理，确保运行质量和效率。完善审核评价制度，加强环保治理和环境监测，确保各项环保指标达标，污染物达标排放。浴室水系统改造、循环水串级利用工艺，基本实现生产区废水零排放。

4结论

莱钢100 t电炉大棒生产线实现了省内特殊钢系统结构重大调整，将填补省内大规格棒材产品市场空白，与现有特钢产品品种及规格形成互补，提升了市场竞争力，下一步将继续发挥100 t电炉环保、节能、技术创新的优势，打造绿色、环保、节能、创新的100 t电炉大棒生产线。

参考文献：

［1］熊伟，彭其春，范丹萍，等．低碳铝镇静钢连铸头坯夹杂物研究［J］.中国冶金，2014（5）：14-17.

［2］蔡开科，孙彦辉，韩传基．连铸坯质量控制零缺陷战略［J］. 连铸，2011（Z）：288-298.

［3］刘明华，刘正，王海川．连铸坯表面凹陷和纵裂分析［J］.炼钢，2000，16（6）：55-58．

（来源：中国冶金技术网2017年11月无锡召开第四届全国高品质、低成本炼钢-连铸生产技术研讨会）