老鋼鐵企業(yè)降低鐵水溫降的技術(shù)研究

賈啟超，劉常鵬，孫金鐸，馬文勇，李衛(wèi)東

（1.鞍山鋼鐵集團(tuán)公司規(guī)劃發(fā)展部，遼寧鞍山114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；3.鞍鋼股份有限公司產(chǎn)品制造部；遼寧鞍山114021）

老鋼鐵企業(yè)降低鐵水溫降的技術(shù)研究

賈啟超1，劉常鵬2，孫金鐸3，馬文勇3，李衛(wèi)東2

（1.鞍山鋼鐵集團(tuán)公司規(guī)劃發(fā)展部，遼寧鞍山114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；3.鞍鋼股份有限公司產(chǎn)品制造部；遼寧鞍山114021）

針對(duì)鐵水運(yùn)輸過程鐵水溫度降低，造成煉鋼能耗上升等問題，通過對(duì)鐵水在運(yùn)輸過程中的溫降測(cè)試分析，有針對(duì)性的提出并實(shí)施了“一罐到底”、“分次調(diào)鐵”、“定向調(diào)鐵”技術(shù)及“雙目標(biāo)鐵水調(diào)度”模型，有效解決了鐵水運(yùn)輸過程中溫降大的問題，轉(zhuǎn)爐兌鐵水溫度提高了36℃。

鐵水罐；溫降；雙目標(biāo)鐵水調(diào)度模型

鐵水溫度的高低是帶入轉(zhuǎn)爐物理熱多少的標(biāo)志，根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，轉(zhuǎn)爐冶煉的熱量基本來源于鐵水的物理熱和化學(xué)熱，在化學(xué)熱一定的情況下，鐵水的物理熱是決定轉(zhuǎn)爐冶煉能否順利的關(guān)鍵因素，直接影響著轉(zhuǎn)爐的穩(wěn)定操作和自動(dòng)控制［1］。寶鋼等先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的兌鐵溫度達(dá)1 350℃左右，溫降在50～100℃，而傳統(tǒng)的老鋼鐵企業(yè)如鞍鋼受到工藝布局的限制，鐵水運(yùn)輸一般采用敞口罐的運(yùn)輸方式，鐵水在運(yùn)輸過程中的時(shí)間較長(zhǎng)、溫降高達(dá)150℃以上，造成鐵水兌轉(zhuǎn)爐溫度低于1 300℃，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)過低的兌鐵溫度甚至造成鐵水無法有效脫硫、扒渣及兌轉(zhuǎn)爐操作，影響生產(chǎn)順行。

鞍山鋼鐵公司在煉鐵和煉鋼工序間開展鐵水溫降調(diào)查工作，為提高轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度，降低鐵水在傳輸過程中的溫降提供依據(jù)，同時(shí)也對(duì)提高鐵鋼操作的銜接度和緊湊性、降低鐵鋼比和鋼鐵工序系統(tǒng)能耗都具有極其重要的意義［2］。

1　鐵水運(yùn)輸過程溫降的分析

針對(duì)鞍山鋼鐵公司鐵水運(yùn)輸過程溫降大的問題，通過快速熱電偶分別在高爐出鐵溝、高爐出鐵場(chǎng)外、煉鋼廠原料跨、煉鋼廠脫硫站、混鐵爐下等位置，對(duì)鞍鋼新4號(hào)高爐至煉鋼一工區(qū)的6個(gè)鐵水罐的鐵水溫度進(jìn)行了測(cè)試，定量分析了影響溫降的因素，為減少和控制溫降提供依據(jù)。鐵水在傳輸過程中的時(shí)間和溫度變化見表1。

表1　鐵水在傳輸過程中的時(shí)間和溫度變化

由表1可知，鐵水在爐下出鐵及等待過程溫降是鐵水溫降最大的區(qū)域，該部分溫降占總溫降的61%，在高爐出鐵溫降和爐下等待過程的溫降中出鐵溫降占總溫降的38%，高爐下等待溫降占總溫降的23%。

對(duì)鐵水在傳輸過程中的停留時(shí)間及對(duì)應(yīng)的溫降進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、總結(jié)和分析，鐵水運(yùn)輸過程的平均停留時(shí)間及溫降具體結(jié)果見表2。

表2　鐵水運(yùn)輸過程的平均停留時(shí)間及溫降

由表2可知，鐵水在高爐爐下的等待時(shí)間最長(zhǎng)，平均出爐及等待時(shí)間為92 min，溫降為118℃，溫降速率為1.28℃/min；鐵水在運(yùn)輸過程中溫降速率為0.36℃/min，脫硫扒渣基本不受時(shí)間限制穩(wěn)定在12～15℃之間；而折鐵過程的溫降時(shí)間為12 min，溫降為34℃。因此，折罐過程的溫降速率最大，高爐在爐下的出鐵及等待時(shí)間最長(zhǎng)，絕對(duì)溫降最大，運(yùn)輸過程由于鐵水表面有覆蓋劑保溫，其溫降速率較小，但伴隨運(yùn)輸時(shí)間的延長(zhǎng)，其溫度損失提高。

2　減少鐵水溫降的措施

通過以上測(cè)試可看出，解決鐵水在運(yùn)輸過程中的溫降主要在于減少鐵水在爐下的等待時(shí)間、降低鐵水的折鐵率、減少鐵水運(yùn)輸時(shí)間。因此，針對(duì)性提出“一罐到底”、“分次調(diào)鐵”、“定向調(diào)鐵”等三項(xiàng)技術(shù)，以解決鐵水溫降大的問題。

2.1“一罐到底”技術(shù)

“一罐到底”技術(shù)即通過改變罐的容積，統(tǒng)一鋼廠和鐵廠的鐵水罐形式，使鐵水罐與轉(zhuǎn)爐形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，做到同罐接鐵、脫硫、扒渣、兌轉(zhuǎn)爐等操作。

鞍山鋼鐵公司就該項(xiàng)技術(shù)摒棄了原有的100 t鐵水罐，統(tǒng)一了高爐和轉(zhuǎn)爐區(qū)域的鐵水罐形式，用120 t鐵水罐在高爐爐下接鐵、運(yùn)輸、脫硫、扒渣直至兌轉(zhuǎn)爐操作。該項(xiàng)技術(shù)改變了原有的鐵水運(yùn)輸流程，減少了鐵水罐向鋼廠鐵水罐折罐的過程，減少了兩次折罐，降低了鐵水在折罐過程中的溫降，有效解決了折罐過程溫降速率大的問題，原生產(chǎn)模式下的鐵水運(yùn)輸流程如圖1所示，“一罐到底”模式下的鐵水運(yùn)輸流程見圖2所示。

鞍山鋼鐵公司通過采用“一罐到底”技術(shù)，直接采用120 t罐運(yùn)輸，統(tǒng)一罐型、統(tǒng)一砌筑標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù)后，新1號(hào)高爐、新4號(hào)高爐、7號(hào)高爐和11號(hào)高爐一罐制比率達(dá)到95%以上，直接提高鐵水兌轉(zhuǎn)爐溫度20℃左右。同時(shí)在鋼廠實(shí)現(xiàn)兩條鐵水線同時(shí)進(jìn)鐵，消除了鋼廠受鐵間斷，提高了鋼廠接收鐵水罐能力，減少鐵水運(yùn)輸過程等待時(shí)間和運(yùn)輸干擾，使鐵水運(yùn)輸及生產(chǎn)組織更為順暢。

2.2“分次調(diào)鐵”技術(shù)

“分次調(diào)鐵”技術(shù)的核心是在“一罐到底”的前提下，通過及時(shí)快速準(zhǔn)確調(diào)整鐵水運(yùn)輸線路，降低鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，將高爐單次鐵水運(yùn)輸通過兩次或三次調(diào)運(yùn)至轉(zhuǎn)爐，保證鐵水快速運(yùn)輸、快速周轉(zhuǎn)，減少鐵水在等待過程中的溫降。

根據(jù)鞍山鋼鐵公司老廠區(qū)高爐分配及轉(zhuǎn)爐受鐵狀況，開展“分次調(diào)鐵”技術(shù)的實(shí)施。試驗(yàn)期間鐵水運(yùn)輸狀況如圖3所示。

技術(shù)實(shí)施的前期試驗(yàn)，共出鐵306次，完成分次調(diào)鐵264次，分次調(diào)鐵率達(dá)到86%以上，未實(shí)現(xiàn)分次送鐵共42次，其原因在于鐵水多未實(shí)現(xiàn)分次送鐵27次；出鐵罐數(shù)少未實(shí)現(xiàn)分次送鐵14次；車鉤未提開，致使未實(shí)現(xiàn)分次送鐵1次。

通過對(duì)分次送鐵前、后的鐵水溫度比較，采用“分次調(diào)鐵”技術(shù)可以有效減少鐵水運(yùn)輸過程的時(shí)間及溫降。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來看，采用分次調(diào)鐵，轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度可以提高33℃以上，“分次調(diào)鐵”情況下的鐵水等待時(shí)間及溫降見表3。

表3　“分次調(diào)鐵”情況下的鐵水等待時(shí)間及溫降

在高爐-轉(zhuǎn)爐工序全面推廣“分次調(diào)鐵”技術(shù)后，提高鐵水罐的日周轉(zhuǎn)率15%以上，有效減少重罐在鐵廠高爐爐下和鋼廠脫硫扒渣、轉(zhuǎn)爐爐前的等待時(shí)間，進(jìn)而降低鐵水在運(yùn)輸過程中的溫降。伴隨著鐵水“分次調(diào)鐵”技術(shù)的實(shí)施，企業(yè)的轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度有了明顯的提高，對(duì)于轉(zhuǎn)爐多吃廢鋼，減少鐵水消耗，降低生產(chǎn)成本起到重要的意義。

2.3“定向調(diào)鐵”技術(shù)

“定向調(diào)鐵”技術(shù)即按照各轉(zhuǎn)爐和高爐的生產(chǎn)節(jié)奏、裝運(yùn)時(shí)間，合理確定高爐-轉(zhuǎn)爐的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使每個(gè)煉鋼廠有固定高爐供應(yīng)鐵水，從而使高爐供應(yīng)給轉(zhuǎn)爐的鐵水運(yùn)輸時(shí)間最短、鐵路干擾率最低。

通過對(duì)鞍山鋼鐵公司現(xiàn)有2座3200 m3高爐、4座2580 m3高爐及6座100 t轉(zhuǎn)爐、3座180 t轉(zhuǎn)爐實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在平衡高爐、轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量的條件下，優(yōu)化并確定了高爐-轉(zhuǎn)爐的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖4所示。

通過“定向調(diào)鐵”技術(shù)的實(shí)施，確定了高爐與轉(zhuǎn)爐之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，降低了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了鐵水在運(yùn)輸過程中的干擾率，在一定程度上減少了鐵水在運(yùn)輸過程中的溫降，同時(shí)也對(duì)高爐和轉(zhuǎn)爐的操作提出了更高、更精細(xì)的要求。

3　“雙目標(biāo)鐵水調(diào)度”模型

上述技術(shù)雖然有效提高了轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度，但是也存在一定的局限性，原因在于鐵鋼計(jì)劃不匹配，鐵水在轉(zhuǎn)爐區(qū)域等待時(shí)間長(zhǎng)，溫降較大。因此，將高爐出鐵溫度、出鐵量、重罐運(yùn)行時(shí)間、重罐運(yùn)行溫降、空罐運(yùn)行時(shí)間、脫硫、扒渣時(shí)間、扒渣率、轉(zhuǎn)爐要求兌鐵量、兌鐵溫度等因素作為邊界條件，開發(fā)了雙目標(biāo)鐵水調(diào)度模型，以保證鐵鋼生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定和保證鐵水溫降最小為目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，確定高爐—轉(zhuǎn)爐每次鐵水運(yùn)輸?shù)男羞M(jìn)路線，在不增加干擾率的前提下達(dá)到運(yùn)輸過程最短，鐵水溫降最小的目的。它改變了傳統(tǒng)的 “以鐵定鋼”模式，實(shí)施了“以鋼定鐵”新模式。雙目標(biāo)鐵水調(diào)度模型流程見圖5。

建模思路是按轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)計(jì)劃（受鐵計(jì)劃）安排高爐出鐵計(jì)劃，并按“分次調(diào)鐵”、“定向調(diào)鐵”條件約束，實(shí)現(xiàn)鐵水總傳擱時(shí)間最短，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵水溫降最小。“雙目標(biāo)鐵水調(diào)度”模型的最終體現(xiàn)形式是“罐車時(shí)刻表”。以公司生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)為平臺(tái)，應(yīng)用雙目標(biāo)鐵水調(diào)度模型，首先通過ERP生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)入連鑄生產(chǎn)計(jì)劃，并形成轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)計(jì)劃。形成后的罐車時(shí)刻表見圖6。

4　實(shí)施效果

通過完成以上技術(shù)及“雙目標(biāo)鐵水調(diào)度”模型的實(shí)施，轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度由2007年的1 290℃，提高到2013年的1 326℃，提高了36℃，為轉(zhuǎn)爐多吃廢鋼及其它含鐵物料奠定了基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度的變化見表4。

表4　轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度的變化　℃

5　結(jié)論

（1）通過對(duì)鞍山鋼鐵公司鐵水在傳輸過程中溫降大情況的測(cè)試分析，開發(fā)并實(shí)施了 “一罐到底”、“分次調(diào)鐵”、“定向調(diào)鐵”技術(shù)，進(jìn)而取消了混鐵爐工藝，有效減少鐵水在傳輸過程的溫度損失，提高了轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度，為轉(zhuǎn)爐多吃廢鋼及其它含鐵物料奠定了基礎(chǔ)。

（2）“雙目標(biāo)鐵水調(diào)度”模型的開發(fā)及“罐車時(shí)刻表”的應(yīng)用，摒棄了傳統(tǒng)的鐵水保障供給調(diào)度模式，建立了新的精細(xì)化鐵鋼生產(chǎn)調(diào)度管理模式，實(shí)現(xiàn)了鐵水運(yùn)輸時(shí)間最短、溫降最小，進(jìn)一步保證了轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度。

［1］吳懋林,張永宏,楊圣發(fā)，等.魚雷罐鐵水溫降分析［J］.冶金能源，2009（5）：28-30.

［2］殷瑞鈺.冶金流程工程學(xué)［M］.北京冶金工業(yè)出版社，2004.

（編輯 賀英群）

Study on Technology of Decreasing Temperature Drop of Hot Metal in Old Iron&Steel Enterprises

Jia Qichao1,Liu Changpeng2,Sun Jinduo3,Ma Wenyong3,Li Weidong2
(1.Planning and Developing Department of Anshan Iron&Steel Group Co.,Anshan 114021, Liaoning,China;2.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China;3.Product Manufacturing Department of Angang Steel Co.,Ltd., Anshan 114021,Liaoning,China)

With regard to these problems such as high energy consumption in steelmaking due to the temperature drop of hot metal during transportation process,specific measures were proposed and taken including applying the same ladle from BF to BOF,transporting the hot metal by several times,supplying the hot metal to the same steelmaking plant from the same BF and using the model for the dual-target hot metal scheduling,which solves the problem of the big temperature drop during the transportation of hot metal and therefore the temperature of hot metal mixed into the BOF was increased by 36℃based on the test and analysis of the temperature drop of the hot metal in transportation.

hot metal ladle;temperature drop;model for dual-target hot metal scheduling

TQ522

A

1006-4613（2015）03-0031-05

賈啟超，高級(jí)工程師，1990年7月畢業(yè)于東北大學(xué)熱能工程專業(yè)。

E-mail:Jiaqichao2010@sina.com

2015-02-15