鋼包循環(huán)熱狀態(tài)的研究

陳躍峰 王雨

【摘 要】本文以攀鋼鋼包的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過程為研究對象，運(yùn)用鋼包傳熱模型，對循環(huán)過程中鋼包的熱行為進(jìn)行模擬，并通過模擬結(jié)果分析各因素對鋼包熱狀態(tài)及盛鋼過程鋼水溫度變化的影響，得出空包時間和加蓋與否對鋼水溫度的影響最為明顯，鋼包烘烤時間其次，渣層和包襯工作層厚度對鋼水溫度的影響不大。本研究為減少鋼液溫降、降低出鋼溫度、合理制定鋼包溫度制度提供了必要的理論支持。

【關(guān)鍵詞】鋼包熱狀態(tài) 鋼水 溫度

1 前言

本文通過對攀鋼生產(chǎn)過程中鋼包、鋼水溫度變化的實測得到包襯吸熱的經(jīng)驗數(shù)據(jù)[1]，運(yùn)用鋼包傳熱模型，結(jié)合理論分析獲得系統(tǒng)規(guī)律，研究了不同鋼包狀態(tài)對鋼水溫度變化的影響，為LF爐智能控制技術(shù)提供理論支撐。

2 鋼包熱行為試驗分析

收集攀鋼鋼包周轉(zhuǎn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出各工序的耗時和相應(yīng)的鋼水溫度變化參數(shù)，作為鋼包傳熱模型的初始條件。

2.1鋼包周轉(zhuǎn)流程

攀鋼鋼包周轉(zhuǎn)流程如圖1所示。不同鋼種對應(yīng)有不同的生產(chǎn)流程。

2.2 鋼包周轉(zhuǎn)過程工序耗時

由表1可見，鋼包周轉(zhuǎn)過程中空罐、進(jìn)站等待、澆鑄等待 等工序耗時波動較大進(jìn)而影響鋼包周轉(zhuǎn)耗時。

表1 鋼包周轉(zhuǎn)過程工序耗時（min）

Table 1 The process time distribution during the ladle cycle heating cycle process（min）

工序 空罐時間 烘烤時間 出鋼耗時 爐后吹氬 運(yùn)至轉(zhuǎn)盤 進(jìn)站等待

平均值 94.38 14.73 6.47 9.10 30.92 15.33

范圍 25～349 0～48 4～11 4～15 5～76 3～144

工序 LF工位 澆注

等待 澆注耗時 周轉(zhuǎn)總耗時

吹氬 電加熱 總耗時

平均值 6.00 19.22 10.23 30.61 220.87

范圍 2～21 3～138 1～74 20～55 142～453

2.3 溫降統(tǒng)計

從表2來看，出鋼過程中鋼水溫降速度最大，吹氬和鋼包運(yùn)送過程其次；LF工位溫升速度最大。

表2 出鋼到LF爐加熱后的鋼液溫變

Table 2 The steel temperature change from tapping to LF heating

工序 出鋼過程 爐后吹氬

溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1 溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1

平均值 41.8 6.70 13.8 1.90

范圍 17～76 2.4～13.2 0～45 0～6.75

工序 運(yùn)至LF工位 電加熱

溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1 溫升/℃ 溫升速度/℃·min-1

平均值 38.6 0.97 18.1 2.87

范圍 9～119 0.18～2.83 1～78 0.33～7.33

3模擬結(jié)果與分析

運(yùn)用鋼包傳熱模擬程序，以表1中平均值作為程序中各工序的運(yùn)行時間，對鋼包周轉(zhuǎn)過程鋼包及鋼液溫度場進(jìn)行模擬計算，分析各因素對鋼包及鋼液溫度變化的影響。

3.1 鋼包熱狀態(tài)的影響

圖2可知，鋼包不同初始狀態(tài)對盛鋼過程鋼水溫降的影響很大。通過模型可以計算出鋼包周轉(zhuǎn)過程的溫降，確定LF爐的溫度補(bǔ)償，以免鋼液開澆溫度過低堵塞水口。

3.2 空包時間的影響

空包時間對鋼包內(nèi)表面和鋼水溫度的影響見圖3、圖4。模擬計算中，盛鋼時間取110min，空包45min、90min、135min、180min時的鋼水溫度相應(yīng)分別降低12℃、10℃和6℃。由此可知，澆鋼完畢后鋼包空包等待時間越長對于后續(xù)盛鋼過程引起的鋼水溫降越大。生產(chǎn)中應(yīng)該盡可能加快鋼包的熱周轉(zhuǎn)，縮短空包等待時間。

3.3 鋼包烘烤時間的影響

相同條件下，烘烤時間對鋼包內(nèi)襯溫度分布的影響見圖5?？梢钥闯?，烘烤時間越長，靠近鋼包內(nèi)表面一層的溫度越高，但距離內(nèi)表面一定厚度后，溫度則有所降低，這是因為鋼包在烘烤升溫的同時也進(jìn)行著熱傳導(dǎo)的結(jié)果，當(dāng)烘烤時間低于某臨界值時，吸熱速度小于放熱速度，使得其溫度下降。有研究認(rèn)為烘烤階段鋼包都有此現(xiàn)象發(fā)生，稱為“熱潭”[2]。模

擬結(jié)果表明，烘烤時間保證在15min以上為宜。

不同烘烤時間對出鋼畢包襯溫度分布的影響如圖6所示。不同烘烤時間造成鋼包內(nèi)表面的溫度差異，在出鋼過程迅速從鋼水中吸取熱量，已基本消失，所以出鋼前對鋼包充分進(jìn)行烘烤，可以大大減少出鋼過程的鋼水溫降。

3.4 鋼包加蓋的影響

鋼包加蓋與否對鋼包內(nèi)鋼水溫度的影響見圖7。從圖可知，相同條件下，全程加蓋比現(xiàn)有工藝加蓋開澆時鋼水溫度高出26℃，比不加蓋高出35℃。這是因為鋼包加蓋可以大幅度降低空包期間內(nèi)表面對外的輻射散熱，進(jìn)而減少在出鋼和盛鋼期鋼包內(nèi)襯對鋼水溫度的蓄熱。

3.5 渣層厚度的影響

鋼液上表面的渣層厚度對鋼包內(nèi)鋼水溫度變化的影響如圖8。模擬結(jié)果顯示，鋼水溫降在渣層厚度從20mm增加到60mm時顯著降低，超過60mm后，渣層厚度對鋼水溫降的影響很小。李晶的研究指出[3]：渣層厚度小于50mm時，厚度越小，通過渣層上表面的散熱量損失越大；渣層厚度大于50mm時，渣層厚度對通過渣層上表面的散熱損失已不明顯。

4 結(jié)語

（1）進(jìn)行了鋼包熱行為實驗研究，為鋼包傳熱模型確定了初始條件。

（2）鋼包傳熱模擬計算表明：空包時間和加蓋與否對鋼包及鋼水溫度變化的作用最為顯著，生產(chǎn)中應(yīng)加快鋼包熱周轉(zhuǎn)，縮短空包時間和進(jìn)行全程加蓋；其次出鋼前對鋼包進(jìn)行充分烘烤，保證15min鐘以上，可有效降低出鋼過程的鋼水溫降；渣層和包襯工作層厚度對鋼水溫降的影響不大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李里.鋼包熱循環(huán)過程熱狀態(tài)的數(shù)學(xué)模擬.重慶大學(xué)：重慶大學(xué)碩士論文，2001.

[2] P.R.Austin， S.L.ORourke， et al. Thermal Modeling of Steel Ladles. Steelmaking Conference Proceeding，1992：317～323.

[3] 李晶，傅杰.渣對鋼液溫度的影響.鋼鐵研究，1998，105（6）：19～21，56.

作者簡介：陳躍峰（1981—），男，山西人，2007年研究生畢業(yè)于重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院冶金工程專業(yè)，工程師，從事連鑄技術(shù)、鋼水爐外精煉方面的研究。