高效化生產(chǎn)降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度技術(shù)攻關(guān)

胡 敏，王 崇

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山063200）

轉(zhuǎn)爐出鋼溫度是煉鋼生產(chǎn)流程的“血液”，對(duì)煉鋼生產(chǎn)工藝而言，合適的轉(zhuǎn)爐出鋼溫度不僅是煉鋼操作穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)盈利水平的基礎(chǔ)。鋼水運(yùn)行過(guò)程的溫度是貫穿于整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過(guò)程的重要控制參數(shù)之一，同時(shí)轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的高低直接決定了煉鋼系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

對(duì)煉鋼系統(tǒng)的運(yùn)行控制而言，是在系統(tǒng)運(yùn)行的爐機(jī)對(duì)應(yīng)原則和能耗最小原則的基礎(chǔ)上，以拉速?zèng)Q定流量原則和連澆原則為指針，以系統(tǒng)調(diào)控策略為尺度，在解析煉鋼系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的時(shí)間參數(shù)、溫度參數(shù)和物質(zhì)量參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合集成，確立合理的時(shí)間推進(jìn)計(jì)劃，通過(guò)實(shí)施對(duì)各工序的運(yùn)行控制，將煉鋼系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程組織與生產(chǎn)控制全面展開(kāi)，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。生產(chǎn)過(guò)程組織與生產(chǎn)控制既是實(shí)施系統(tǒng)運(yùn)行控制的內(nèi)容，又是優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的形式。生產(chǎn)組織水平的高低直接關(guān)系到轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[1-2]。

1 降低出鋼溫度的意義

出鋼溫度過(guò)高，不僅增加冶煉中的能量消耗，而且在出鋼和澆鑄過(guò)程中鋼水極易吸收氣體，二次氧化嚴(yán)重，并對(duì)鋼包和澆鑄系統(tǒng)的耐火材料侵蝕加劇，從而增加外來(lái)夾雜物。同時(shí)，也增加爐后連鑄前的調(diào)溫時(shí)間等。

鋼水中氧的溶解度與溫度的關(guān)系：

從公式（1）中可以看出，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度與鋼水中的氧含量成正比關(guān)系，隨著轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度升高，鋼水中的氧含量增加，脫氧劑的使用量增加，合金收得率降低，導(dǎo)致脫氧產(chǎn)物增加，使的鋼中夾雜物數(shù)量增加，進(jìn)而對(duì)鋼水的質(zhì)量造成影響。同時(shí)，過(guò)高的轉(zhuǎn)爐出鋼溫度對(duì)轉(zhuǎn)爐工作層磚及鋼包工作層磚侵蝕加劇，降低轉(zhuǎn)爐爐齡及鋼包包齡，提高了噸鋼耐火材料的消耗，耐材夾雜物進(jìn)入鋼水，嚴(yán)重影響鋼水質(zhì)量[3-5]。

2 總體生產(chǎn)工藝流程

京唐公司煉鋼部主體設(shè)備為4座KR脫硫、2座300 t脫磷轉(zhuǎn)爐、3座300 t脫碳轉(zhuǎn)爐、2座RH精煉爐、1座CAS精煉爐、1座LF爐、4臺(tái)板坯連鑄機(jī)，其中1號(hào)、2號(hào)板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)規(guī)格230/250 mm×（1 100～2 150）mm，為2 250 mm熱軋?zhí)峁╄T坯，3號(hào)、4號(hào)板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)規(guī)格230/250 mm×（850～1 650）mm，為1 580 mm熱軋?zhí)峁╄T坯，見(jiàn)圖1。

圖1 煉鋼-連鑄生產(chǎn)工藝流程

3 降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度技術(shù)措施

轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的確定：轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的高低取決于鋼的熔點(diǎn)、澆鑄所需的過(guò)熱度及出鋼至澆鑄過(guò)程中鋼液的溫度降低值，即：

應(yīng)用六西格瑪思想對(duì)影響因素進(jìn)行分析，從全流程中找出關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行改善，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，提高生產(chǎn)節(jié)奏，對(duì)于提高全流程生產(chǎn)管控水平至關(guān)重要。

3.1 縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

轉(zhuǎn)爐工序常規(guī)冶煉周期42 min，“全三脫”冶煉周期在35 min，“全三脫”冶煉周期匹配鑄機(jī)澆注周期，但常規(guī)冶煉周期明顯高于鑄機(jī)澆注周期，所以降低轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉周期成為主要研究?jī)?nèi)容。降低常規(guī)冶煉周期，目標(biāo)控制在38 min以內(nèi)，具體措施如下：

1）結(jié)合降低出鋼溫度攻關(guān)措施，做好日常轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型維護(hù)工作，優(yōu)化二級(jí)模型邊界自學(xué)習(xí)條件，穩(wěn)定并提高終點(diǎn)命中率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)不測(cè)量溫度T、S含量、O含量直接出鋼，縮短轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)周期2 min。

2）開(kāi)展氧槍噴頭及底吹模型技術(shù)研究，提高爐內(nèi)鋼水?dāng)嚢栊Ч?，降低常?guī)轉(zhuǎn)爐終渣TFe，目標(biāo)控制在17%以內(nèi)，低TFe含量爐渣結(jié)合濺渣操作優(yōu)化，改善爐渣特性提高爐渣熔點(diǎn)從而提升濺渣層的耐侵蝕度，結(jié)合降低出鋼溫度降低爐渣渣量，縮短濺渣及倒渣時(shí)間0.5～1.0 min。

3）出鋼口進(jìn)行改造優(yōu)化，在滿足生產(chǎn)的前提下將出鋼口口徑變大，進(jìn)一步縮短轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間0.5～1.0 min。

3.2 提高轉(zhuǎn)爐脫磷率，減少等樣時(shí)間

正常情況下轉(zhuǎn)爐測(cè)完溫度T、S含量、O含量后會(huì)馬上進(jìn)入出鋼環(huán)節(jié)，但實(shí)際生產(chǎn)中有相當(dāng)一部分爐次測(cè)完溫度T、S含量、O含量至開(kāi)始出鋼間隔時(shí)間偏長(zhǎng)，對(duì)測(cè)完溫度T、S含量、O含量至開(kāi)始出鋼間隔時(shí)間≥1.5 min的爐次進(jìn)行分析，有76.3%的爐次是因?yàn)榈葮訒r(shí)間長(zhǎng)或終點(diǎn)溫度高。

個(gè)別爐次因?yàn)檫^(guò)程化渣或終點(diǎn)溫度控制較高會(huì)導(dǎo)致脫磷效果差，終點(diǎn)磷含量偏高，此時(shí)選擇等樣出鋼。若溫度T、S含量、O含量樣返回磷含量明顯偏高，則有機(jī)會(huì)進(jìn)行后吹補(bǔ)救，避免造成磷高改煉甚至回爐等事故。但等樣操作會(huì)造成轉(zhuǎn)爐冶煉周期延長(zhǎng)，不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

3.3 縮短爐內(nèi)待鋼時(shí)間

1）進(jìn)料時(shí)要準(zhǔn)確把握每爐原料情況，吹煉控制要精確。下料及時(shí)，要求一倒?fàn)t能基本達(dá)到化學(xué)成分和出鋼溫度要求，盡量避免鋼水溫度大幅波動(dòng)。

2）控制好冶煉節(jié)奏，減少因各種因素影響生產(chǎn)，如生鐵廢鋼入爐、爐前測(cè)溫取樣、爐前等成分和出鋼前等鋼包等。

3）倒測(cè)溫取樣操作要規(guī)范，減少測(cè)溫(沒(méi)有測(cè)出來(lái))、取樣(渣樣、氣孔樣)事故，爐前工送樣速度要快，減少因樣品缺陷影響出鋼等待時(shí)間。

4）冶煉爐數(shù)較少時(shí)，可以采取封爐措施。有效減少轉(zhuǎn)爐空置時(shí)間，從而降低爐溫下降。

3.4 合理控制鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量

鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)，在滿足正常生產(chǎn)的情況下必須嚴(yán)格控制鋼包的周轉(zhuǎn)數(shù)量，提高鋼包周轉(zhuǎn)效率，降低鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高鋼包內(nèi)襯溫度。

按每班12 h，鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間為t，鋼包周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)可由公式（3）計(jì)算得出：

式中：N為鋼包使用個(gè)數(shù)；Xmax為每班冶煉最大爐數(shù)，爐；60代表將小時(shí)換算為分鐘。

由式（3）可確定鋼包使用個(gè)數(shù)、每班冶煉爐數(shù)與鋼包運(yùn)行周時(shí)間的關(guān)系[6-8]。

加強(qiáng)鋼包周轉(zhuǎn)的統(tǒng)籌安排和精細(xì)化管理，鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量，1臺(tái)鑄機(jī)澆鋼周轉(zhuǎn)4～5個(gè)鋼包，2臺(tái)鑄機(jī)澆鋼周轉(zhuǎn)8～9個(gè)鋼包，3臺(tái)鑄機(jī)澆鋼周轉(zhuǎn)12～13個(gè)鋼包。

根據(jù)京唐公司品種結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的安排，3臺(tái)鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)鋼包的投用數(shù)量控制在13個(gè)以內(nèi)，雙聯(lián)鋼種冶煉時(shí)控制在14個(gè)以內(nèi)。通過(guò)以上措施的實(shí)施，鋼包周轉(zhuǎn)的節(jié)奏明顯加快，鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間降低21.6 min至190.0 min，為提高鑄機(jī)拉速，加快生產(chǎn)節(jié)奏提供了有效支撐。

3.5 嚴(yán)密生產(chǎn)組織控制

為保證煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程物流的暢通與順行，煉鋼-連鑄生產(chǎn)流程中的物流調(diào)控應(yīng)遵循以下原則[9]：

1）一爐對(duì)一機(jī)原則。對(duì)生產(chǎn)模式是指定爐對(duì)定機(jī)，一爐對(duì)一機(jī)；對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)是指鋼包與轉(zhuǎn)爐對(duì)應(yīng)，鋼包與鋼種對(duì)應(yīng)；對(duì)生產(chǎn)組織是指轉(zhuǎn)爐與連鑄機(jī)對(duì)應(yīng)。這一原則為煉鋼廠生產(chǎn)組織與系統(tǒng)調(diào)控提出了一種簡(jiǎn)便的管理模式，體現(xiàn)了以連鑄為中心進(jìn)行生產(chǎn)的指導(dǎo)思想，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)施調(diào)度管理的基礎(chǔ)。

2）鋼水溫降最小原則。鋼包作為鋼水運(yùn)行的載體，鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程鋼水的溫降占煉鋼廠生產(chǎn)過(guò)程鋼水溫降的一大部分，通過(guò)縮短鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程中的“柔性時(shí)間”，加快鋼包的周轉(zhuǎn)，降低鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程的鋼水溫降，可有效地降低過(guò)程溫降，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。

3）鑄機(jī)最大連澆爐數(shù)原則。在保證連澆的基礎(chǔ)上，鑄機(jī)連澆爐數(shù)越多越經(jīng)濟(jì)。最大連澆爐數(shù)與中間包的使用壽命、轉(zhuǎn)爐的最長(zhǎng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間有關(guān)。重點(diǎn)考慮爐機(jī)匹配、中間包的壽命、設(shè)備檢修計(jì)劃等約束條件下，通過(guò)相應(yīng)的算法，確定經(jīng)濟(jì)、合理的最大連澆爐數(shù)。

4）鑄機(jī)盡可能連澆原則。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，計(jì)算出最小的連澆爐數(shù)，在大于此爐數(shù)的前提下組織生產(chǎn)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格避免為了追求單一連鑄機(jī)的最大連澆爐數(shù)，而破壞其他連鑄機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)。最大連澆爐數(shù)要在各臺(tái)連鑄機(jī)盡可能連澆、物流運(yùn)行合理的前提下實(shí)現(xiàn)，充分利用各臺(tái)連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，保持物流在整個(gè)連鑄工序內(nèi)的平衡。

5）鑄機(jī)專(zhuān)線化生產(chǎn)。超低碳鋼生產(chǎn)線：1號(hào)鑄機(jī)配有鑄坯火焰清理設(shè)備，滿足汽車(chē)板產(chǎn)品高拉速、高表面質(zhì)量的要求。雙聯(lián)品種（如X70-X80）生產(chǎn)線：精煉（LF+RH）雙聯(lián)品種多為高合金包晶鋼，對(duì)鑄坯質(zhì)量提出較高要求，目前2號(hào)鑄機(jī)具有倒角結(jié)晶器，對(duì)改善此類(lèi)鋼種鑄坯質(zhì)量有很好的效果，可滿足生產(chǎn)高級(jí)別管線鋼、車(chē)輪鋼、防爆鋼的質(zhì)量要求。LCAK鋼（含低碳馬口鐵）生產(chǎn)線：3號(hào)、4號(hào)鑄機(jī)相對(duì)斷面小，主要以生產(chǎn)低碳鋼為主，滿足家電板、鍍錫等低碳高端產(chǎn)品高拉速、高表面質(zhì)量的要求。

4 煉鋼部專(zhuān)線化生產(chǎn)組織

鑄機(jī)工裝原則的目的是根據(jù)鑄機(jī)設(shè)備功能差異，充分發(fā)揮不同設(shè)備功能優(yōu)勢(shì)。在產(chǎn)線原則和鑄機(jī)斷面原則的基礎(chǔ)上，充分利用好鑄機(jī)工裝原則。目前1號(hào)、3號(hào)鑄機(jī)配備電磁制動(dòng)結(jié)晶器，2號(hào)鑄機(jī)配備倒角結(jié)晶器，1號(hào)、2號(hào)鑄機(jī)具備在線火焰清理?xiàng)l件。在具體澆次安排時(shí)，按如下要求安排生產(chǎn)：

1）3號(hào)鑄機(jī)安裝了結(jié)晶器流場(chǎng)電磁控制，滿足家電板等低碳高端產(chǎn)品高拉速、高表面質(zhì)量的要求。目前這些鋼的生產(chǎn)任務(wù)充足，2號(hào)RH專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)SPHC、SDC01、SDC03等低碳品種，工人的操作水平越來(lái)越高，生產(chǎn)節(jié)奏越來(lái)越快。因此，圍繞3號(hào)鑄機(jī)和2號(hào)RH精煉，可形成“低碳鋼高效化兼顧小斷面品種生產(chǎn)線”。

2）2號(hào)鑄機(jī)裝備倒角結(jié)晶器，滿足生產(chǎn)Q550D、J55、510L、SS400B等易裂鋼種的要求。同時(shí)X70、X80等高端產(chǎn)品的鑄坯斷面一般比較大，拉速不高，約1.1 m/min，沒(méi)有必要使用結(jié)晶器流場(chǎng)電磁控制，而且鑄坯表面質(zhì)量要求較高，需經(jīng)鑄坯火焰清理。因此，選擇2號(hào)鑄機(jī)，可形成“熱軋易裂、高端產(chǎn)品生產(chǎn)線”。

3）1號(hào)鑄機(jī)配備有電場(chǎng)制動(dòng)結(jié)晶器，而且后面配有鑄坯火焰清理裝置。完全滿足汽車(chē)板等低碳高端產(chǎn)品高拉速、高表面質(zhì)量的要求。因此，選擇1號(hào)鑄機(jī)，圍繞1號(hào)RH精煉形成“汽車(chē)板專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線”。

4）4號(hào)鑄機(jī)作為一臺(tái)機(jī)動(dòng)鑄機(jī)，以生產(chǎn)CAS精煉處理的品種為主，當(dāng)然也可以生產(chǎn)2號(hào)RH精煉處理的品種。生產(chǎn)組織以1號(hào)連鑄機(jī)、2號(hào)連鑄機(jī)、3號(hào)連鑄機(jī)為主，4號(hào)連鑄機(jī)輔助生產(chǎn)。

5 應(yīng)用效果

1）通過(guò)轉(zhuǎn)爐的冶煉過(guò)程的控制，轉(zhuǎn)爐的冶煉時(shí)間由42 min降低至38 min，降低了4 min。

2）通過(guò)合理控制鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量，正常包比例逐漸升高，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)漠惓０壤饾u降低，正常包比例較攻關(guān)前升高3.5%，直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低了0.3℃。

3）通過(guò)高效生產(chǎn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)線化生產(chǎn)模式，減少了物流交叉，提高鋼包周轉(zhuǎn)效率，鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間控制在190 min，低碳鋼鋼出畢至開(kāi)澆時(shí)間控制在70 min，IF鋼出鋼至開(kāi)澆時(shí)間控制在75 min。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高效化生產(chǎn)降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度技術(shù)攻關(guān)，生產(chǎn)效率明顯提高，鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)一步降低，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度較攻關(guān)前降低約3℃，每年可以降低生產(chǎn)成本1 000萬(wàn)元左右，同時(shí)提高了鋼水溫降的穩(wěn)定性，保證了重點(diǎn)品種鋼的冶煉。