1.1 德国盖奥格马林钢厂概况
德国盖奥格马林公司(Geo↑rgsmarienhütte),位于德国北部奥斯纳勃吕克布,是始建于1856年德国南部Osnabruck镇,1993年被Dr. Jurgen Grossmann个人收购,并在1994年拆除高炉改建为电炉钢厂,经过持续不断的改造,已经形成电炉炼钢—LF/VD精炼—连铸—棒线材连轧一体化生产特殊钢棒线材的短流程钢厂,用户主要是汽车工业及相关的锻造件、弹簧、轴承、链条、管材和螺栓加工等领域,并根据客户要求实现定制化生产,可以提供包括模铸、连铸大方坯、连铸小方坯、圆钢棒材和光亮材的产品,主要市场在德国。
德国盖奥格马林公司是Geo↑rgsmarienhütte GmbH的一个主要工厂,Geo↑rgsmarienhütte GmbH是一个具有四十家企业的总部,具有员工一万人,销售收入27亿欧元。德国盖奥格马林钢厂(Geo↑rgsmarienhütte)2013年产能89万t,具有1316名员工,实现销售收入6.5亿欧元。
Geo↑rgsmarienhütte钢厂区与周围居民区的距离仅250m左右,因此在钢铁生产过程中不仅有完善的质量体系(已通过ISO/TS16949质量管理体系和ISO9001质量保证体系认证),还建立了严格和先进的环保标准和体系(已通过ISO14001环境管理体系认证),以确保环境不会受到破坏。而且Geo↑rgsmarienhütte钢厂在钢铁生产过程中注重节约能源、提高能源利用效率,是欧洲首家通过ISO50001能源管理体系审计并成功获得认证的钢铁厂。
(1)工艺流程
Geo↑rgsmarienhütte钢厂是电炉炼钢流程,每天生产大约2500t钢铁,年产能100多万t。电炉采用低温出钢技术,出钢温度约1645℃,以减少电炉冶炼时间,出钢后钢水100%进行二次精炼,主要精炼设备为钢包炉(LF)、真空除气系统(VD)及吹Ar系统,精炼后的钢水5%用来生产模铸钢,铸锭质量为40t,其余95%用来生产连铸坯,连铸机为6机6流方坯连铸机,生产规格为165mm×165mm和240mm×240mm,可用于满足1/4 DIN 1013公差标准的Kocks精轧机轧制成高精度的圆钢(其工艺流程如图1、图2所示)。
(2)主要技术装备
炼钢:140t直流电炉/变压器130MVA/UHP,100%废钢冶炼,具有水冷炉壁、碳氧助熔烧嘴、偏心底出钢、早期炉渣识别系统和废气余热回收系统等。
二次精炼:两LF炉和一台VD真空炉,一台吹氩喂丝装置。
连铸系统:经多次改造,现为一台六流立弯式方坯连铸机,生产165 mm×165 mm 和240 mm×240mm规格的铸坯,流间距1m,曲率半径10m,冶金长度28.5m,具有电磁搅拌装置。中间罐容量27t(有变大的趋势)。
轧机与精整:带有Kocks精轧机组的棒材半连轧机组,采取控温轧制,40m×7m步进式加热炉,处理能力160t/h,可容纳120根坯料;具有完备的精整车间和质量分析检验设备,可提供φ20~126mm圆棒材、70~120mm2成品方坯和φ20~125mm光亮棒材。
Geo↑rgsmarienhütte钢厂全天24小时连续生产,采用4班轮值制,从电炉至连铸全员人数34人,工作在岗人数可达25人。
(1)电炉冶炼
电炉废钢以废钢75t的废钢料斗分两次加入炉内,两次加料间时间间隔一般20min左右,电炉冶炼工艺过程主要包括废钢融化、取样、加合金(50%在出钢过程中加入,其他一般在LF中加入)等环节,出钢量约140t,冶炼周期(tap to tap)60min,因此一天可生产23~24炉钢水。
(2)二次精炼
二次精炼过程中要多次取样进行分析,其中LF炉取样3次,真空炉取样2次,吹Ar精炼取样1次。精炼时间总计约2.5~3h,其中LF精炼1.5h,VD炉一般40min,吹Ar一般20min左右。
其中,由于电炉低温出钢,LF炉在脱硫、合金化精炼的同时,还兼升温任务,升温能力为4.5℃/min,因此LF精炼时间较长,约1.5h。
(3)连铸
连铸大包浇注周期约1h。
钢水过热度一般为40℃,中间包温度约1550℃左右。
常态拉速不仅与铸坯断面尺寸相关,还与钢种有关,通常平均拉速在1m/min,其中:
l 生产165mm×165mm规格铸坯典型拉速为1.6m/min;
l 生产240mm×240mm规格铸坯典型拉速为1.0m/min。
电炉为直流电弧炉,单电极直径30英寸,底阳极寿命2500炉;电极消耗约3kg/t(钢);每年更换3~4次;
废钢不预热直接入炉,电耗约430kWh/t(钢);
炉壁上设有助熔烧咀,助熔剂为O2+天然气。其中:
O2消耗38m3/t(钢),天然气消耗4m3/t(钢)。
电炉烟气余热进行回收,回收的蒸汽用于真空精炼炉,其中回收的蒸汽汽包压力为18.4bar,蒸汽温度220℃,真空炉精炼所需蒸汽压力12bar,190℃,可以满足需求。
(1)废钢原料控制较严格,注意控制废钢中Zn、Cu、Pb等有害杂质入炉,废钢来自集团内部的其他子公司,以保证废钢质量,具体有10种类的废钢。Geo↑rgsmarienhütte钢厂采用按用户要求组织生产的原则,因此按品种要求合理组合废钢加料,从源头保证产品质量。
(2)电炉能耗水平及电极消耗水平一般。但电炉很有特点的是具有炉内连续烟气测温和成分分析系统,可实现电炉炼钢自动化控制;连铸中间包钢水温度控制在1550℃,且一般不采取中间包密封浇铸。值得注意的是该厂曾试验过100%废钢通过底吹煤氧冶炼技术,但由于炉底寿命仅100炉,成本太高而放弃。
(3)轧线布置比较有特点:
为了适应特殊钢多品种、小批量的需求特征,德国盖奥格马林钢厂(Geo↑rgsmarienhütte)的轧制线在工艺布置上形成了粗轧、开坯后,双线布置中轧与精轧机组的轧机时-空布局图。
德国盖奥格马林公司(Geo↑rgsmarienhütte)的轧制线布局如图4所示,即650mm开坯—600mm初轧后,通过摆床与双线并行布置的精轧机衔接,一条轧线是小于φ80mm规格的产品(占比80%),采用立平交叉布置的2架中轧+剪切+4架平立交叉轧机+3架Kocks精轧机+激光测量+控冷装置+精整;另一条轧线为:大规格(φ80~126mm,其中大于φ100mm不到5%)+2架中轧+3架不可逆式Kocks精轧机+热锯+步进式冷床+矫直及剪切、打捆等。