美國大河鋼鐵廠(Big River Steel)最新的Flex Mill,是以電弧爐冶煉+精煉+CSP薄板坯連鑄連軋為生產(chǎn)工藝的高效短流程鋼鐵廠,設(shè)計(jì)產(chǎn)能160萬噸/年,2017年3月1日正式投產(chǎn)。大河鋼鐵廠采用最新的電弧爐短流程和高效CSP技術(shù),能夠生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品,人均產(chǎn)鋼量接近4000噸,實(shí)現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)的高效化、智能化、潔凈化。本文詳細(xì)介紹該鋼鐵生產(chǎn)線的主要情況。
美國大河鋼鐵(Big River Steel)2016年12月調(diào)試生產(chǎn),2017年3月1日正式投產(chǎn),在崗435人,人均產(chǎn)鋼量4000t。其最新的Flex Mill位于美國阿肯色州奧西奧拉,占地1300英畝,是以電弧爐冶煉+精煉+CSP薄板坯連鑄連軋為生產(chǎn)工藝的高效短流程鋼鐵廠,設(shè)計(jì)產(chǎn)能160萬噸/年,二期工程將提高到320萬噸/年。
智能化生產(chǎn)
大河鋼鐵廠智能化生產(chǎn)主要體現(xiàn)在從原材料到成品生產(chǎn)過程的自適應(yīng)性,將生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)線狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量三者實(shí)時(shí)、交叉和獨(dú)特的數(shù)據(jù)源相結(jié)合,通過數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和供貨的自適應(yīng);從數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)分析的學(xué)習(xí)型工廠,將SMP、CSP、PLTCM、SPM、BAF和CGL/CGL各個(gè)產(chǎn)線數(shù)據(jù)通過一級(jí)和二級(jí)系統(tǒng)收集,再通過設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(MMS)、產(chǎn)品質(zhì)量分析系統(tǒng)(PQA)、生產(chǎn)狀態(tài)分析系統(tǒng)(PCA)和綜合維修管理系統(tǒng)(IMMS)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并學(xué)習(xí),對(duì)之后的生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化。
節(jié)能減排
大河鋼鐵廠車間安裝先進(jìn)的氣體凈化系統(tǒng),對(duì)冶煉和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵能夠自動(dòng)進(jìn)行收集。薄板坯加熱爐、罩式退火爐和熱鍍鋅線加熱均采用超低NOx排放技術(shù),從源頭減少了有害氣體排放。大河鋼鐵廠整體滿足美國嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。
能夠生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品
大河鋼鐵廠通過增加精煉設(shè)備、罩式退火爐和高性能酸軋機(jī)組等先進(jìn)設(shè)備,能夠生產(chǎn)EDDS鋼、AHSS鋼、抗酸管線鋼和無取向電工鋼等高附加值鋼鐵產(chǎn)品,提升了CSP短流程鋼鐵廠的產(chǎn)品覆蓋范圍,在保持低成本優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,使產(chǎn)品盈利能力持續(xù)提高。
煉鋼系統(tǒng)
大河鋼鐵廠冶煉車間采用公稱容量150t直流電弧爐,配備EBT偏心爐底出鋼技術(shù),可以滿足無渣出鋼的要求,電弧爐最大功率為160MW,能夠達(dá)到220t/h的冶煉速率。
冶煉車間精煉設(shè)備配置為雙工位LF爐+RH爐,如圖所示。LF爐配備接頭電極,雙工位能夠同時(shí)運(yùn)行,功率為25/28MVA。
RH精煉爐由V型軌道上兩個(gè)鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)車和配備兩個(gè)鋼包待命工位的快速鋼板交換系統(tǒng)同上下游工序連接,在兩個(gè)鋼包待命工位之間為處理工位,真空容器通過鋼包頂部連接到氣體冷卻裝置,如圖2所示。一旦車間吊車吊起第一個(gè)鋼包轉(zhuǎn)移到CSP連鑄機(jī),第二個(gè)鋼包轉(zhuǎn)運(yùn)車會(huì)將第二個(gè)鋼包轉(zhuǎn)移到處理工位,通過兩臺(tái)鋼包轉(zhuǎn)運(yùn)車依次循環(huán),實(shí)現(xiàn)縮短RH精煉的處理時(shí)間。大河鋼鐵廠RH精煉爐循環(huán)脫氣時(shí)間約為30-50min,抽氣能力在0.67mbar壓力下為650kg/h,頂部噴槍加熱速率不低于50℃/h。
RH精煉爐還配備一套蒸氣噴射真空泵,是頂部真空室的關(guān)鍵部件,用于在真空處理期間強(qiáng)制脫碳或吹氧進(jìn)行化學(xué)加熱,在非真空處理期間用氧氣燃燒氣體將真空室耐火材料保持在工作溫度。RH通過各種監(jiān)測和控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化,在基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之外,還配有工藝過程控制計(jì)算機(jī),能夠提供加熱和工藝過程相關(guān)信息,收集加熱數(shù)據(jù),跟蹤和監(jiān)測加熱過程的物理化學(xué)狀態(tài),以最終確定隨時(shí)間變化,在處理過程中添加物的類型和數(shù)量。
大河鋼鐵廠冶煉車間的配置既能夠?qū)崿F(xiàn)高效率生產(chǎn)普通鋼鐵產(chǎn)品,又能夠滿足高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)需求,如IF鋼、HSLA鋼、AHSS鋼以及無取向電工鋼。
CSP產(chǎn)線
在大河鋼鐵廠建設(shè)一期階段,CSP生產(chǎn)線包括一臺(tái)CSP薄板坯連鑄機(jī)、一座隧道式輥底爐、一座6機(jī)架熱軋機(jī)和一臺(tái)地下卷取機(jī),如圖所示。CSP生產(chǎn)線整體采用西馬克X-Pact電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng),來配置過程模型二級(jí)及一級(jí)系統(tǒng)。
連鑄機(jī)鋼包容量150t,中間包容量38t,薄板坯厚度規(guī)格范圍為55-85mm,厚度規(guī)格采用液芯壓下(LCR plus)技術(shù)控制,能夠獲得高生產(chǎn)率。薄板坯寬度規(guī)格范圍為900-1930mm,是目前全球CSP生產(chǎn)連鑄坯的最寬規(guī)格。連鑄過程中采用動(dòng)態(tài)凝固控制模型(DSC)優(yōu)化冷卻速度,配合動(dòng)態(tài)輕壓下以獲得更好的鑄坯質(zhì)量。
在連鑄機(jī)與除鱗機(jī)之間放置一部擺剪,標(biāo)稱最大剪切力為12500kN,是目前全球CSP生產(chǎn)線中剪切力最大的擺剪。
輥底爐布置于連鑄機(jī)和軋機(jī)之間,采用天然氣加熱,能夠?qū)崿F(xiàn)連鑄機(jī)同軋機(jī)在生產(chǎn)工藝上的動(dòng)態(tài)連接,是CPS生產(chǎn)線的核心設(shè)備。該輥底爐最高爐膛溫度1250℃,出口板坯溫度1050-1220℃,輥底爐長度291m,燒嘴數(shù)量232個(gè)。在減排技術(shù)上,使用環(huán)保的超低NOx燒嘴,同時(shí)燃燒空氣被回?zé)崞骰厥沼糜跔t內(nèi)預(yù)熱。爐內(nèi)爐底輥帶水冷式節(jié)能纖維隔熱層,具體是采用硅酸鋁棉制成的耐火隔熱層,能夠在盡可能減少能量損失的情況下獲得更高溫度。薄板坯通過輥底爐第一爐區(qū)被快速加熱到軋制過程所需溫度,在之后的均熱段保持該溫度,并保證板坯內(nèi)部軋向和橫向上的溫度分布均勻。輥底爐可以滿足諸如管線鋼和AHSS鋼等高等級(jí)鋼種的生產(chǎn)需求,同時(shí)板坯出口溫度能夠達(dá)到1200℃以上,滿足無取向電工鋼的生產(chǎn)。
在未來的二期工程中,還可以在隧道爐最后部分加裝多模塊感應(yīng)加熱系統(tǒng),能夠提高板坯出爐溫度,擴(kuò)大生產(chǎn)工藝窗口,有利于生產(chǎn)更多種類的產(chǎn)品。在加熱爐控制上,采用動(dòng)態(tài)爐溫控制,通過3D板坯溫度監(jiān)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
軋機(jī)為6機(jī)架熱連軋機(jī),配單卷取機(jī),帶鋼寬度規(guī)格范圍900-1930mm,厚度規(guī)格范圍1.55-25.4mm,單卷最大重量40.3t,熱軋卷年產(chǎn)能150萬噸。軋制生產(chǎn)自動(dòng)化不僅包括軋鋼模型,還包括再結(jié)晶模型和材料特性模型,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的預(yù)測。在輸出輥道上部和下部配備帶最新的邊部出水系統(tǒng)的增強(qiáng)層流帶鋼冷卻系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的集水器可分別獨(dú)立運(yùn)行,與邊部遮擋技術(shù)共同使用,可以保證帶鋼良好板型。
單卷取機(jī)安裝在層流冷卻出口后的地下,最大驅(qū)動(dòng)功率達(dá)到1000kW,是全球CSP配備的最大功率卷取機(jī)。
PLTCM酸軋產(chǎn)線
大河鋼鐵廠PLTCM酸軋生產(chǎn)線,如圖所示,產(chǎn)能90萬噸/年,配備X-Pro激光焊接機(jī)、氧化鐵皮粉碎機(jī)、紊流酸洗生產(chǎn)線和5機(jī)架4輥冷連軋機(jī)。此外,還包括一座DUMA-BANDZINK涂油機(jī)。
大河鋼鐵廠激光焊接機(jī)具備焊接高合金、高碳和高硅含量帶鋼的能力,保證帶鋼在整個(gè)生產(chǎn)過程中的安全運(yùn)行。紊流酸洗生產(chǎn)線由27m長的塑料容器組成,每個(gè)容器均有自己的酸液循環(huán),操作工可以主動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化工藝參數(shù)。
在冷連軋機(jī)組中配置的X-Shape平整度測量輥,能夠準(zhǔn)確在線測量鋼板平整度,并通過光學(xué)無損信號(hào)傳遞檢測信息。冷連軋機(jī)組中還配備CVC plus技術(shù)、正向和負(fù)向工作輥彎輥技術(shù)、高度動(dòng)態(tài)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及在最后機(jī)架上能夠?qū)т撨M(jìn)行多區(qū)域冷卻,以提高帶鋼頭部平整度和厚度公差。
冷連軋出口區(qū)域有兩臺(tái)張力卷取機(jī),用于連續(xù)卷取軋制帶鋼。在冷連軋生產(chǎn)線上還裝備了在線帶鋼檢查系統(tǒng)Rotary Inspect,能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測以提高帶鋼表面質(zhì)量。冷連軋換輥采用全自動(dòng)換輥系統(tǒng),減少了非生產(chǎn)時(shí)間。產(chǎn)線配備的現(xiàn)代化排煙系統(tǒng),能夠使工廠滿足美國嚴(yán)格的氣體排放法律。
連續(xù)退火/熱鍍鋅產(chǎn)線
大河鋼鐵廠的連續(xù)退火/熱鍍鋅生產(chǎn)線(CAL/CGL),如圖所示,設(shè)計(jì)產(chǎn)能為47.6萬噸/年,配備有帶鋼清洗部、一座Drever爐、FOEN氣刀系統(tǒng)、拉伸矯直機(jī)組和噴霧鈍化部。
鋅罐可以利用液壓平臺(tái)降低到底部停靠位,然后安裝冷導(dǎo)輥,生產(chǎn)線變?yōu)榧冞B續(xù)退火線,這可以使該生產(chǎn)線生產(chǎn)兩種不同的產(chǎn)品(退火產(chǎn)品和鍍鋅產(chǎn)品),提高了生產(chǎn)的靈活性。
帶鋼先通過直接燃燒和輻射管在爐內(nèi)進(jìn)行加熱,鍍鋅處理后,在冷卻部分采用超快冷冷卻系統(tǒng),主要為生產(chǎn)高強(qiáng)度汽車板服務(wù)。在帶鋼鍍鋅后的FOEN氣刀系統(tǒng)可以在整個(gè)帶鋼寬度上均勻去除多余的鋅液,以確保涂層厚度在30-235g/m3。再往后,帶鋼分別經(jīng)過平整機(jī)、矯直機(jī)、鈍化部和DUMA BANDZINK涂油機(jī),最后在質(zhì)檢站檢查帶鋼質(zhì)量情況。
罩式退火爐
除連續(xù)退火線/熱鍍鋅生產(chǎn)線外,大河鋼鐵廠還裝備了用于冷軋帶鋼加工的罩式退火爐(BAF),用于冷軋卷的分批退火和冷卻。罩式退火爐最大堆疊高度為6.4m,最大堆疊重量為140t。
根據(jù)材料不同,退火時(shí)間需要42-55h,目前共有24座罩式退火爐,產(chǎn)能超過40萬噸/年,可以在純氫氣氣氛中對(duì)碳鋼品種如CQ、DQ、EDDQ、HSLA以及無取向電工鋼進(jìn)行退火熱處理。為符合美國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),爐子使用特殊的低NOx排放技術(shù)。罩式退火爐使用空冷或水冷兩種冷卻方式。
離線平整機(jī)
大河鋼鐵廠裝備單機(jī)架4輥離線平整機(jī)(SPM)一部,設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為40萬噸/年,作為非連續(xù)產(chǎn)線的一部分,平整機(jī)安裝在罩式退火爐(BAF)后面,主要用于加工退火碳鋼板和部分無取向電工鋼產(chǎn)品,產(chǎn)線布置情況如圖所示。
平整機(jī)可以根據(jù)材料屈服點(diǎn)以及帶鋼粗糙度和平整度進(jìn)行調(diào)節(jié),在平整機(jī)出口采用液壓間隙控制(HGC)技術(shù)和帶鋼吹離系統(tǒng)。根據(jù)加工材料的不同,有兩種不同的工作輥直徑范圍(650/660mm和450/400mm),通過不同的工作輥直徑與軋制力相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)平整機(jī)在不同情況下的靈活調(diào)整。平整機(jī)最大軋制力高達(dá)18MN,能夠通過帶鋼表層將變形延伸至內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)最大伸長率8.5%。出口側(cè)有一臺(tái)涂油機(jī)和鋼卷車,直接運(yùn)出成品鋼卷。
氣體凈化系統(tǒng)
大河鋼鐵廠氣體凈化系統(tǒng)(GCP)主要用于吸收和凈化冶煉過程中產(chǎn)生的含塵氣體,處理能力2300000Am3/h,過濾方式為脈沖噴射式。大部分含塵廢氣從電弧爐產(chǎn)生后直接進(jìn)入間接冷卻管道,從約1400℃降低到低于600℃。間接冷卻管道首先進(jìn)入可旋轉(zhuǎn)彎管或活動(dòng)彎管煙道,再進(jìn)入燃燒室,在這里含CO氣體進(jìn)行后燃燒,粗顆粒進(jìn)行沉降,隨后氣體再進(jìn)入熱氣輸送管。來自電弧爐其他含塵氣體通過集塵罩捕獲,此外,氣體凈化系統(tǒng)不僅處理電弧爐產(chǎn)生的含塵氣體,還處理LF爐和RH爐產(chǎn)生的含塵氣體。
轉(zhuǎn)速可控的徑向風(fēng)扇有助于將鋼廠內(nèi)各部分產(chǎn)生的氣體通過分支管道系輸送至袋式除塵器,袋式除塵器采用脈沖噴射技術(shù)。在進(jìn)入除塵器之前,一臺(tái)混合器可以平衡氣體溫度并分離出熱顆粒,對(duì)除塵器的過濾性形成保護(hù)。被過濾的粉塵通過氣力輸送系統(tǒng)輸送到筒倉中臨時(shí)封存,然后裝入罐車運(yùn)走處理。整個(gè)氣體凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制,確保低排放和高效運(yùn)行。
美國大河鋼鐵廠采用最新的電弧爐短流程和高效CSP薄板坯連鑄連軋技術(shù),人均產(chǎn)鋼量接近4000噸,實(shí)現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)流程的高效化。同時(shí)大河鋼鐵廠也是全球首家獲得LEED環(huán)保證書的綠色鋼鐵生產(chǎn)企業(yè),符合當(dāng)今全球各國日益重視節(jié)能減排的大趨勢。
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