鋼包加蓋對不同鋼種溫降的影響

陳志超 蔡 禮 張 軍 佘啟軍

(武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430080)

隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼水溫度控制越來越重要。針對煉鋼生產(chǎn)過程鋼水溫度波動較大的問題，一般采取強(qiáng)化鋼包烘烤、提高鋼包熱周轉(zhuǎn)、優(yōu)化包襯結(jié)構(gòu)、鋼水運(yùn)轉(zhuǎn)過程加保溫劑和澆注過程鋼包加蓋等手段來減少鋼水溫降[1]。鋼包作為煉鋼與連鑄工序之間的主要銜接設(shè)備，其保溫性能直接影響出鋼溫度和澆鑄溫度。目前大多數(shù)鋼廠采取了鋼包加蓋的方式提高鋼包保溫性能。通過在鋼包上加蓋，鋼包在周轉(zhuǎn)使用過程中對于鋼包的散熱起到了很好的保護(hù)作用，輻射熱損失可顯著減少[2]，也使鋼包的熱狀態(tài)更加趨于穩(wěn)定，為準(zhǔn)確控制鋼包溫度和溫降創(chuàng)造了條件。由于鋼包加蓋節(jié)能效果顯著，已成為鋼企進(jìn)行節(jié)能降耗的一個重要手段[3]。

1 鋼包加蓋前后過程熱量分析

在澆鑄過程中，鋼包內(nèi)鋼水液面逐漸下降，鋼包內(nèi)襯開始暴露出高溫工作層，整個澆鑄過程持續(xù)半小時左右，直至鋼包內(nèi)鋼水澆鑄完畢。鋼包加蓋過程是減少熱量損失的過程，要了解這一過程，需要對鋼包加蓋前后的熱損失方式進(jìn)行比較。表1對比了鋼包加蓋前后不同部位的熱損失方式[4]。

假設(shè)加蓋后，鋼包蓋絕熱保溫性能極好，鋼包蓋外側(cè)與空氣無熱交換。由表1可以看出，加蓋前后，包壁與包底的熱量損失方式未發(fā)生變化，加蓋后包口減少了包口對空氣的熱輻射以及包內(nèi)壁與空氣對流傳熱[5]。

表1 鋼包加蓋前后不同部位熱損失方式

加蓋前包口對空氣的熱輻射為：

(1)

分析式(1)，在鋼包的物理尺寸不變的情況下，熱輻射主要與輻射放熱的基體溫度有關(guān)，加蓋前后的輻射體溫度均為鋼水溫度。未加蓋時，鋼水溫度越高，包口熱輻射越大，通過加蓋可以有效地減少這部分對外熱輻射損失。

包內(nèi)壁與空氣的對流熱損失為：

Q=α(tw-tf)F

(2)

分析式(2)，對流熱損失與內(nèi)外部溫差成正比。溫差越大，對流熱損失越嚴(yán)重。當(dāng)使用罐蓋后，罐蓋內(nèi)的空氣與鋼液形成一個整體，溫差極小，對流熱損失可忽略不計。鋼水溫度越高，加蓋后損失的熱越少。

綜合以上分析可以看出，加蓋后，減少了包口對空氣的熱輻射，避免了包內(nèi)壁與空氣的對流熱損失。而包口與空氣的熱輻射主要與輻射放熱的基體溫度有關(guān)，基體溫度越高，加蓋后減少的熱輻射量越大，溫降越小。

2 鋼包加蓋生產(chǎn)情況

為進(jìn)一步驗證分析結(jié)果，選取了某廠2018年6.14日至6.19日鋼包加蓋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，詳見表2，其中出鋼溫降為TSO階段鋼水溫度減去鋼包吹氬階段鋼水溫度，結(jié)束到中包溫降為精煉結(jié)束鋼水溫度減去中包鋼水溫度。統(tǒng)計P鋼種共計19爐，SP鋼種共計55爐、Q鋼種共計12爐、M系列鋼種共計45爐，均使用鋼包加蓋技術(shù)。由于這四個鋼種爐數(shù)較多，具有一定的代表性，取P、SP、Q和M鋼種與之前未加蓋前生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比。表3未加蓋數(shù)據(jù)采集是2018年4月份生產(chǎn)數(shù)據(jù)均為3#爐檢修，兩爐役生產(chǎn)條件。分析鋼包前后不加蓋的數(shù)據(jù)，對比結(jié)果如圖1所示。

表2 鋼包連續(xù)加蓋過程溫降情況

表3 鋼包未加蓋溫降情況

圖1 鋼包加蓋與不加蓋效果對比表

由圖1可知，相比于加蓋前，P鋼種加蓋后出鋼溫降下降了15.9℃，精煉結(jié)束到中包溫度下降了5.3℃，降幅最大；其次為SP鋼種，加蓋后出鋼溫降下降了8.8℃，精煉結(jié)束到中包溫度下降了4.2℃；Q鋼種分別為7.4℃和3.4℃；M鋼種加蓋后，溫降對比下降最低分別僅為5.9℃和1℃。溫降大小按照從高到低的順序排列為：P>SP>Q>M系列。

表4 不同鋼種出鋼溫度

表4為不同鋼種對應(yīng)的出鋼溫度，對應(yīng)表4數(shù)據(jù)，出鋼溫度高的鋼種再加蓋后，出鋼溫降以及結(jié)束到中包溫降均低于出鋼溫度低的鋼種。說明加蓋后，鋼包減少了包口對空氣的熱輻射以及包內(nèi)壁與空氣對流傳熱。而這兩種熱量均與鋼水溫度有關(guān)，鋼水溫度越高，減少的熱量損失越多，鋼水過程溫降越少。

3 結(jié)論

通過對鋼包加蓋過程中的熱量損失進(jìn)行分析，并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，得到如下結(jié)論：

1)鋼包加蓋過程中，鋼包減少了包口對空氣的熱輻射以及包內(nèi)壁與空氣對流傳熱。

2)鋼水溫度越高，加蓋過程熱量損失越小，鋼水過程溫降越少。

3)對于出鋼溫度高的鋼種，在使用鋼包加蓋后，可以適當(dāng)降低出鋼溫度，減少能源消耗。