降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度工藝實踐

李偉東，曹祥，王金輝，何海龍，喬冠男

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

“十三”五期間，鞍鋼進(jìn)行了大量的工藝裝備升級改造，對拓展品種和提高質(zhì)量起到了重要作用。但因絕大部分改造僅在原有鋼鐵生產(chǎn)流程上局部進(jìn)行，無法兼顧鋼鐵廠的平面布置改造和生產(chǎn)組織的網(wǎng)絡(luò)化改造，導(dǎo)致物質(zhì)流、能量流網(wǎng)絡(luò)不合理，限制了生產(chǎn)效率的提高。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡稱“三分廠”）經(jīng)過技術(shù)改造后，產(chǎn)線內(nèi)部各工序、裝置之間的空間位置、時間節(jié)奏和能力匹配發(fā)生了較大變化，為保證生產(chǎn)的順行、降低原材料消耗和能耗、提高鑄坯質(zhì)量，鋼水的過程溫度管控至關(guān)重要，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度勢在必行。

1 工藝現(xiàn)狀

三分廠現(xiàn)有2座180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，1座LF精煉爐，1座雙工位CAS精煉爐，2座RH精煉爐，2臺雙流板坯連鑄機(jī)。其中，RH爐鋼種生產(chǎn)比率為50%，以汽車板鋼和硅鋼為主；LF爐鋼種生產(chǎn)比率為20%，以汽車結(jié)構(gòu)鋼為主；CAS爐鋼種生產(chǎn)比率為30%，以冷軋低碳鋼為主。鋼包從轉(zhuǎn)爐至精煉采用火車運(yùn)輸。

2 出鋼溫度的影響因素

轉(zhuǎn)爐出鋼溫度T與鋼種的液相線溫度T、中間包過熱度ΔT、過程溫降ΔT有關(guān)。對于三分廠工藝流程而言，過程溫降主要包括轉(zhuǎn)爐出鋼溫降ΔT、氬站處理溫降ΔT、鋼包從氬站運(yùn)輸至二次精煉位的過程溫降ΔT、鋼包在精煉處理過程溫降ΔT、鋼包運(yùn)輸至中間包處的過程溫降ΔT和鋼水在中間包內(nèi)的溫降ΔT。

液相線溫度T取決于合金和伴生元素的含量，與鋼種成分和連鑄機(jī)類型有關(guān)，無法通過技術(shù)攻關(guān)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。因此降低出鋼溫度主要是降低過程溫降ΔT和降低中間包過熱度ΔT。而降低過程溫降的關(guān)鍵是減少鋼包和中間包的熱損失，從而降低鋼水在運(yùn)輸和澆注過程中的溫降，其次是依靠工藝優(yōu)化和精細(xì)化管理進(jìn)一步降低鋼水在工藝處理過程中的溫降。

3 采取的措施

3.1 降低鋼包熱損失

有關(guān)測試研究指出，鋼水在鋼包內(nèi)的熱損失包括包襯蓄熱（包襯接受鋼水后升溫所需熱量）占鋼水在鋼包中總熱損失的45%～50%；包壁散熱占20%；鋼水表面輻射散熱占20%～30%。如果減少鋼包的熱損失，鋼水在鋼包內(nèi)的溫降完全可以降低至最小值。

3.1.1 減少包襯蓄熱

（1）改進(jìn)鋼包烘烤工藝。采用蓄熱式或富氧式烘烤裝置，可將離線鋼包加熱到1 000℃左右。

（2）采用高壽命內(nèi)裝式透氣磚代替外裝式透氣磚。鋼包透氣磚壽命提高了10次以上，從而縮短了在線鋼包的整備時間，同時實施鋼包帶蓋整備，減少了空包散熱。

（3）優(yōu)化生產(chǎn)組織，自主開發(fā)鋼包定位管理系統(tǒng)。提高鋼包到達(dá)各個工序的準(zhǔn)點率，縮短了鋼包空罐和重罐的運(yùn)行時間，減少了鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量近30%，鋼包的日周轉(zhuǎn)頻次提高了0.8次/罐，縮短了空包的等待時間近25 min。實施上述措施后，出鋼前空包內(nèi)壁溫度提高了200℃以上。

3.1.2 減少包壁散熱

對鋼包砌筑工藝進(jìn)行改進(jìn)，重點是提高保溫層厚度，并在鋼包底部自主開發(fā)保溫層砌筑工藝，保持“保溫層+永久襯澆注層”總體厚度不變。經(jīng)過工業(yè)試驗，將現(xiàn)有罐壁保溫層的納米微孔隔熱氈厚度增加了3 mm，同時改進(jìn)永久襯澆注工藝、工作襯砌筑工藝，保證了永久襯和工作襯使用壽命不受影響。實施后，重罐鋼包外殼表面溫度降低了14℃，鋼包運(yùn)輸過程溫降速率降低了0.16℃/min，顯著降低了包壁和包底的散熱。

3.1.3 減少鋼水表面輻射散熱

（1）實施鋼包全程加蓋，僅在轉(zhuǎn)爐出鋼和精煉處理過程中摘蓋。跟蹤分析得出，空包內(nèi)表面溫度可提高600℃以上，鋼水傳擱過程溫降速率可降低0.2℃/min以上。

（2）改進(jìn)鋼包保溫工藝，根據(jù)不同鋼種頂渣要求制定保溫措施。LF爐處理鋼種實施造渣工藝前置至轉(zhuǎn)爐工序，控制出鋼后渣層厚度不小于80 mm；對于RH處理鋼種，轉(zhuǎn)爐工序進(jìn)行頂渣充分改質(zhì)，控制渣層厚度不小于80 mm，實踐證明鋼包渣層厚度控制在80～100 mm時，既不影響精煉工序處理，又能起到較好的頂渣改質(zhì)和保溫效果；針對CAS處理鋼種可在頂渣必要改質(zhì)前提下，根據(jù)出鋼后溫度情況投入一定量的酸性覆蓋劑或碳化稻殼加強(qiáng)保溫。通過頂渣改質(zhì)和保溫劑加入工藝的優(yōu)化改進(jìn)，鋼水表面輻射散熱情況得到有效控制。

3.2 降低過程溫降ΔT總

3.2.1 減少轉(zhuǎn)爐出鋼溫降（ΔT）

（1）提高轉(zhuǎn)爐不倒?fàn)t出鋼比率，以減少倒?fàn)t溫降。三分廠主要生產(chǎn)低磷汽車板鋼、低合金鋼，這類鋼種需要倒?fàn)t確認(rèn)轉(zhuǎn)爐化渣情況，部分爐次需要等樣出鋼。轉(zhuǎn)爐倒?fàn)t、等樣過程的溫度損失在20℃左右。通過不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)爐自動化煉鋼模型，提高冶煉終點碳溫命中率，逐步取消了低磷鋼的倒?fàn)t操作，目前已經(jīng)實現(xiàn)100%不倒?fàn)t出鋼。

（2）轉(zhuǎn)爐使用大出鋼口，縮短出鋼時間，從而顯著降低出鋼過程溫降。對出鋼前后擋渣工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用自主研發(fā)的軟質(zhì)擋渣塞進(jìn)行前擋渣，對下渣檢測的靈敏度進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，強(qiáng)化后擋渣。隨著轉(zhuǎn)爐下渣檢測裝置配合擋渣塞擋渣技術(shù)的不斷完善，轉(zhuǎn)爐出鋼下渣控制能力得到加強(qiáng)，為大出鋼口的應(yīng)用提供了保障。轉(zhuǎn)爐出鋼口直徑擴(kuò)大了20 mm，平均出鋼時間縮短了2 min。改進(jìn)前后RH處理鋼種的鋼包渣厚統(tǒng)計結(jié)果顯示，渣厚的均值由92 mm降至87 mm，大于80 mm的比率降低了1.4%，總體看鋼包渣厚沒有顯著的變化，說明大出鋼口的應(yīng)用沒有影響轉(zhuǎn)爐下渣量的控制。

（3）優(yōu)化出鋼口維護(hù)技術(shù)。優(yōu)化后的出鋼口里口維護(hù)技術(shù)可保證后期出鋼口擋渣塞的擋渣成功率和擋渣效果，出鋼口外口維護(hù)技術(shù)可保證后期出鋼口出鋼過程鋼水不散流，減少出鋼過程中鋼水的輻射散熱。

（4）優(yōu)化轉(zhuǎn)爐脫氧工藝。出鋼過程鋼包內(nèi)的脫氧反應(yīng)程度和脫氧反應(yīng)的熱效應(yīng)直接影響出鋼過程鋼水溫度損失，因此，要嚴(yán)格控制脫氧劑的加入量和加入時間。一般情況下，在出鋼前期加入足夠量的強(qiáng)脫氧劑可顯著降低出鋼溫降，但會增加鋼水中的氮含量。因此根據(jù)鋼種成分和工藝特點，相應(yīng)地改進(jìn)了轉(zhuǎn)爐終脫氧方法和鋼包頂渣改質(zhì)方法，有效地控制出鋼過程鋼包內(nèi)的脫氧反應(yīng)程度和脫氧反應(yīng)的熱效應(yīng)。實施上述措施后，轉(zhuǎn)爐出鋼溫降平均減少了8℃，其中RH處理鋼種出鋼溫降平均減少了15℃。

3.2.2 減少氬站處理溫降（ΔT）

轉(zhuǎn)爐出鋼后，需在爐后氬站進(jìn)行預(yù)吹氬。鋼水底吹氬操作是為了保證鋼水溫度、成分均勻，有效去除夾雜，但吹氬時間及吹氬強(qiáng)度對鋼水溫降有一定影響。為控制吹氬過程溫降，對吹氬系統(tǒng)工藝和裝備進(jìn)行了改進(jìn)，形成鋼包自動吹氬調(diào)整系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)不同鋼種設(shè)定不同的吹氬模式，而且吹氬過程中對氬氣流量進(jìn)行分段管控，即不同時間采用不同的流量，一般是在前期大氣量攪拌，確保溫度、成分均勻，后期小氣量軟吹，促進(jìn)夾雜物上浮。吹氬效果改進(jìn)后，相應(yīng)的降低了各鋼種的吹氬時間及后期的吹氬強(qiáng)度，減少吹氬過程溫降近2℃。

3.2.3 減少鋼包從氬站運(yùn)輸至二次精煉位的過程溫降（ΔT）

針對生產(chǎn)組織進(jìn)行優(yōu)化，完善煉鋼生產(chǎn)組織的工序時刻表,依托自主開發(fā)的鋼包定位管理系統(tǒng)，實現(xiàn)鋼包周轉(zhuǎn)的動態(tài)管理，提高鋼包運(yùn)行的準(zhǔn)點率，進(jìn)一步壓縮各工序的生產(chǎn)組織時間，以降低鋼水罐運(yùn)輸時間為重點，縮短出鋼結(jié)束至開澆時間，從而減少鋼水運(yùn)輸過程溫降。工藝實施后，轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束至連鑄鋼包開澆平均間隔時間縮短了9 min。

3.2.4 減少鋼包在精煉處理過程溫降（ΔT）

精煉處理時間是影響鋼水溫降的重要因素，其決定了鋼水進(jìn)站的溫度。為降低精煉過程鋼水溫降，首先通過工藝實踐不斷完善精煉處理的靜態(tài)模型，隨鋼包熱損失的降低，模型調(diào)整的重點是下調(diào)精煉的標(biāo)準(zhǔn)升溫幅度，縮短升溫時間。二是降低精煉合金化時間，將部分精煉合金化任務(wù)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)爐，并對轉(zhuǎn)爐合金化及氬站吹氬制度進(jìn)行改進(jìn)，提高了鋼水進(jìn)精煉的初始成分含量及合格率，這項措施降低了CAS鋼種平均處理時間約1.5 min，同時部分RH鋼種平均精煉處理時間縮短3.5 min。三是精煉一鍵式自動化煉鋼工藝的開發(fā)應(yīng)用，RH精煉實施一鍵式煉鋼，減少人為干預(yù)，精煉處理時間準(zhǔn)確率進(jìn)一步提高。

3.2.5 減少鋼包運(yùn)輸至中間包處的過程溫降（ΔT）

減少鋼包運(yùn)輸至中間包處的過程溫降重點是縮短鋼水精煉出站至開澆的等待時間。根據(jù)各精煉位、連鑄機(jī)的空間位置，實施專線化生產(chǎn)，RH鋼種主供1鑄機(jī)生產(chǎn)，LF爐鋼種主供2鑄機(jī)生產(chǎn)，CAS精煉對應(yīng)兩臺連鑄機(jī)中間位置，可為兩臺鑄機(jī)交叉供鋼，從而有效地提高了吊車運(yùn)行效率，縮短了鋼包在精煉跨的運(yùn)行時間。同時依托鋼包定位管理系統(tǒng)，提高鋼包到達(dá)各個工序的準(zhǔn)點率，提高了重罐鋼包的運(yùn)行效率。實施后，精煉出站至開澆的平均等待時間縮短了5.4 min。

3.2.6 減少鋼水在中間包內(nèi)的溫降（ΔT）

隨著出鋼溫度的降低，轉(zhuǎn)爐廢鋼比逐步提高，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能得到進(jìn)一步釋放，為連鑄機(jī)高速、恒速澆注創(chuàng)造了條件，各類型連鑄機(jī)的作業(yè)率和平均拉速顯著提高，單罐澆注時間進(jìn)一步縮短，降低了鋼水在中間包內(nèi)的總溫降。加強(qiáng)中間包密封保護(hù)，采用陶瓷纖維氈將中間包蓋與中間包上沿之間、中間包各蓋之間以及中間包溢流槽、中間包蓋上的澆注孔和取樣孔密封，并在外部采用中間包噴補(bǔ)料對結(jié)合處進(jìn)行密封，以減少中間包內(nèi)部的空氣流動以及外部的空氣進(jìn)入，減少鋼水表面輻射散熱。在中間包頂渣上實施了覆蓋劑加碳化稻殼的雙層保溫工藝，減少中間包鋼水表面輻射散熱，更有利于中間包溫度的穩(wěn)定控制。優(yōu)化中間包烘烤工藝，采用蓄熱式烘烤裝置，可在待機(jī)位將中間包空包溫度加熱到1 100℃，空包溫度提高了近150℃，減少了包壁對鋼水熱量的吸收。

3.3 降低中間包過熱度（ΔT過）

隨著鋼包熱損失的減少，尤其是中間包內(nèi)鋼水溫降的減少，中間包澆注過程鋼水溫度波動可控制在±5℃內(nèi)，為中間包低過熱度澆注奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)鋼種的不同，將中間包目標(biāo)過熱度標(biāo)準(zhǔn)降低了5～10℃，同時通過生產(chǎn)組織的優(yōu)化，可準(zhǔn)確控制中間包目標(biāo)溫度，大幅度減少了中間包溫度高的比率，可進(jìn)一步降低鋼水精煉出站溫度，從而為降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和精煉升溫幅度奠定了基礎(chǔ)。

4 取得的效果

采取上述措施后，穩(wěn)定了生產(chǎn)節(jié)奏，降低了中間包和鋼包的溫降速率，改善了中間包保溫效果，為實施中間包低過熱度澆注創(chuàng)造了條件，中間包過熱度隨之降低了5～10℃，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度由1 676℃降至1 662℃,降低了14℃，精煉平均升溫幅度降低了6℃，從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐低溫出鋼。而且，轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到明顯提高，其中冶煉終點碳氧積由0.002 3降低至0.001 8，石灰單耗由38.02 kg/t降至35.18 kg/t。產(chǎn)線效率指標(biāo)得到提高，鋼包日平均周轉(zhuǎn)頻次由4.6次/罐提高至5.4次/罐，轉(zhuǎn)爐出鋼后至開澆平均間隔時間由103 min縮短至94 min，縮短了9 min。

5 結(jié)論

（1）通過采取實施蓄熱式或富氧式烘烤、優(yōu)化保溫層砌筑工藝等措施，降低了鋼包和中間包的熱損失。

（2）通過開發(fā)鋼包的定位管理系統(tǒng)、提高專線化生產(chǎn)能力，保證了鋼包運(yùn)行的準(zhǔn)點率，縮短了轉(zhuǎn)爐出鋼至連鑄開澆的間隔時間近9 min。

（3）通過優(yōu)化鋼包頂渣改質(zhì)、保溫劑或覆蓋劑的應(yīng)用、包蓋的使用和密封等工藝，有效地減少了鋼水的輻射散熱。

（4）采取上述措施后，穩(wěn)定了生產(chǎn)節(jié)奏，降低了中間包和鋼包的溫降速率，改善了中間包保溫效果，為實施中間包低過熱度澆注創(chuàng)造了條件，中間包過熱度隨之降低了5～10℃，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低了14℃，精煉平均升溫幅度降低了6℃，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐低溫出鋼。