降低鋼包全流程鋼水溫度損失的措施與實踐

溫巨文，武曉陽，路博勛，單慶林，張仕駿，趙曉虎，祖 剛，鄺 霜

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責(zé)任公司，河北唐山 063600）

0 引言

隨著國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能的不斷增加，在同質(zhì)化鋼鐵企業(yè)競爭中，控制好生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的同時，降低生產(chǎn)成本無疑是提高企業(yè)競爭力的重要手段。煉鋼流程中，鋼水溫度成為貫穿轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄三個工序的關(guān)鍵參數(shù)，因此，自轉(zhuǎn)爐出鋼至連鑄澆鋼全流程中，控制鋼包全流程的鋼水溫度損失，已成為降低煉鋼生產(chǎn)成本的一項有效工藝措施[1]。紅包出鋼是減少鋼包全流程鋼水溫度損失的重要措施[2]，唐山鋼鐵集團有限責(zé)任公司某煉鋼廠鋼包烘烤器全面優(yōu)化革新后，鋼包烘烤溫度已達(dá)到較好水平，但鋼包全流程的鋼水溫度在各工序之間控制得仍然不穩(wěn)定。由于鋼包在運鋼過程中，鋼水溫度損失較大，需要提高出鋼溫度來彌補鋼水溫度損失。提高出鋼溫度，則會影響鋼水的潔凈度、降低鑄坯質(zhì)量合格率；若不提高出鋼溫度，則會增加連鑄澆鋼中斷的風(fēng)險[3，4]。

為降低鋼包全流程的鋼水溫度損失，該煉鋼廠從提高鋼包保溫性能與優(yōu)化鋼包轉(zhuǎn)運等待時間兩個方面進行了研究，提出了優(yōu)化改進措施，并對措施實施后鋼包全流程降低鋼水溫度損失的效果進行了總結(jié)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

目前，該煉鋼廠使用的鋼包標(biāo)稱容量為100t，其內(nèi)襯砌筑結(jié)構(gòu)由鋼水側(cè)至包殼側(cè)，分別為工作層、永久層和保溫層。其中包壁工作層厚度為200mm、包底工作層厚度為300～350mm，均使用剛玉預(yù)制塊；渣線區(qū)域工作層厚度為200mm，使用鎂碳質(zhì)磚。永久層厚度為105mm，使用高鋁質(zhì)澆注料。保溫層厚度為15mm，使用納米反射保溫絕熱板。煉鋼生產(chǎn)中鋼包全流程加蓋保溫。鋼包工作層平均使用壽命160爐次，永久層與保溫層使用8～10個包役。

盛有鋼水的鋼包熱量損失主要集中在三個方面，即鋼水渣面的熱輻射、鋼包殼熱輻射和鋼包耐材蓄熱。圖1為鋼包熱量損失模型，由圖1可以看出，其中鋼水渣面熱量損失約占總損失的30%、鋼包壁約占30%、包底約占40%。

圖1 鋼包熱量損失模型

1.1 納米反射保溫絕熱板性能與應(yīng)用

1.1.1 納米反射保溫絕熱板理化性能

鋼包采用高效保溫層：一方面是可以降低熱量向鋼殼的熱傳導(dǎo)效率，降低包殼溫度，從而減少鋼包殼對外熱輻射產(chǎn)生的熱量損失；另一方面可以增加鋼包耐材的蓄熱，減少鋼包耐材升溫造成的鋼水熱量損失，降低溫度波動對耐火材料的熱震影響，延長耐火材料的使用壽命。

目前在煉鋼生產(chǎn)中，該煉鋼廠轉(zhuǎn)爐、鋼包、中間包等高溫盛鋼容器砌筑保溫層使用的均是納米反射保溫絕熱板，貨源為耐材承包方自行采購。保溫板耐壓強度（壓縮10%）約為0.3MPa，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.047W/（m·K），在高溫狀態(tài)下會變性粉化。在壽命中后期，保溫板會被鋼水靜壓力壓縮變薄，導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫板使用前后形貌如圖2所示。轉(zhuǎn)爐、鋼包、中間包保溫板理化性能如表1所示，RH真空槽保溫板理化性能如表2所示。

表1 轉(zhuǎn)爐、鋼包、中間包保溫絕熱板理化指標(biāo)

表2 RH真空槽保溫絕熱板理化指標(biāo)

圖2 使用前后的納米反射保溫絕熱板實物

由于納米反射保溫絕熱板耐壓強度較低，目前主要應(yīng)用于鋼包、中間包、轉(zhuǎn)爐等高溫容器的側(cè)壁，無法應(yīng)用于容器底部，這就導(dǎo)致容器底部的保溫效果較差。另外該鋼廠采用保溫板單層貼合包壁，接縫處無保溫效果。

1.1.2 現(xiàn)場容器殼體溫度測量

在使用原保溫材料的前提下，現(xiàn)場采用手持測溫槍，分別對鋼包、轉(zhuǎn)爐、RH真空槽和中間包的外殼溫度進行測量。

對各個時期鋼包與連續(xù)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐外殼溫度進行測溫統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。由表3可以看出：全修鋼包（新永久層）和中、小修包烘烤上線使用一次后包殼溫度在180～230℃之間；連續(xù)生產(chǎn)中，鋼包外殼溫度約為300℃～340℃之間，與連續(xù)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐爐殼溫度接近，可見鋼包散熱量較大。

表3 各個時期鋼包與連續(xù)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐外殼溫度 ℃

對RH下部槽北、南兩側(cè)外殼溫度進行測溫統(tǒng)計，RH真空下部槽外殼溫度分布如圖3所示。由圖3可以看出，RH真空下部槽的外殼溫度維持在210～250℃之間。

圖3 RH真空下部槽外殼溫度分布

對中間包4個位置，即塞棒區(qū)的東側(cè)、西側(cè)、正面的中間位置和沖擊區(qū)的包底位置進行溫度測量，頻次為每爐測量1次，測量溫度變化趨勢如圖4所示。由圖4可以看出，在中間包澆注15h后，包殼溫度已經(jīng)趨近300℃，并且隨時間的延長，溫度仍呈上升趨勢。

圖4 中間包測量溫度變化趨勢

綜上所述，目前應(yīng)用在鋼包上的納米反射保溫絕熱板的保溫效果不佳，不利于降低鋼包全流程鋼水的溫度損失。根據(jù)轉(zhuǎn)爐、RH和中間包的保溫情況也可以得出相同的結(jié)論。

1.2 生產(chǎn)節(jié)奏與鋼水溫度損失

連鑄恒拉速率能夠體現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)定性，統(tǒng)計連鑄恒拉速率與鋼包全流程鋼水溫度損失的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，恒拉速率達(dá)到93.95%以上時，鋼包全流程鋼水溫降最小，因此，設(shè)定連鑄恒拉速率目標(biāo)為94%。圖5為1～5月份2臺鑄機平均恒拉速率與鋼水溫度損失變化的關(guān)系。

圖5 2臺鑄機平均恒拉速率與鋼水溫度損失變化的關(guān)系

由圖5可以看出，1～5月中只有1月生產(chǎn)節(jié)奏較好，此時鋼包全流程的鋼水溫度損失為95.56℃，其余4個月恒拉速率未完成預(yù)定目標(biāo)且波動較大。

綜上所述，鋼包全流程鋼水溫度損失的主要原因有兩方面。一方面，鋼包本身保溫材料性能差，納米反射保溫絕熱板應(yīng)用在鋼包、轉(zhuǎn)爐、RH真空槽和中間包等熔融金屬容器上，使用過程中外殼溫度逐漸升高、保溫效果不佳、散熱量大。另一方面，工序間生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定，鋼包全流程中耽誤時間較多，導(dǎo)致鋼液溫度損失較大。為此，需要試驗新型保溫絕熱版，同時找出影響生產(chǎn)節(jié)奏的因素，并制定相應(yīng)措施。

2 改進措施與實踐

2.1 試驗高強絕熱板

采用高強絕熱板替代原納米反射保溫絕熱板。選取一個試驗鋼包，將保溫板更換為硅酸鹽纖維高強絕熱板，砌筑時包底、包壁與渣線區(qū)域均使用絕熱板，其余耐材保持不變。試驗鋼包按照使用包役分為前、中、后三個時期，分別統(tǒng)計三個時期試驗鋼包與同期間多個在線周轉(zhuǎn)鋼包全流程鋼水溫降速率，統(tǒng)計對比結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，使用硅酸鹽纖維高強絕熱板的試驗鋼包，比現(xiàn)用絕熱板的鋼包全流程鋼水溫降速率減少約0.12℃/min，效果比較好。同時過精煉工序，前者比后者平均可以降低電耗1.2kWh/t。

表4 試驗鋼包全流程鋼水溫降速率對比 ℃·min-1

2.2 優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏

優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，縮短鋼包的周轉(zhuǎn)時間，一方面可以降低熱量損失，另一方面也可以提高生產(chǎn)效率。溫度與時間是一對組合變量，互相制約，相互依存，因此需要合理優(yōu)化工序間的銜接。

（1）實現(xiàn)鋼包在線快速更換透氣磚，同時試驗使用高壽命板片式透氣磚，減少鋼包下線小修的次數(shù)。

（2）完善鋼包摘、加蓋操作規(guī)程，加強鋼包加蓋系統(tǒng)點檢與維護頻率，保證鋼包擁有較高的加蓋率。

（3）按照短路徑、不交叉的原則，避免出現(xiàn)等天車和擋天車的情況。

（4）各工序之間，班組交班前將下一班次計劃提交調(diào)度室，調(diào)度室根據(jù)生產(chǎn)計劃與班組計劃提前規(guī)劃生產(chǎn)節(jié)奏。

（5）增加技術(shù)區(qū)工檢查崗位標(biāo)準(zhǔn)化的頻次，如添加鋼包覆蓋劑、碳化稻殼作業(yè)，以及交接班信息傳遞等。

3 改進措施實施結(jié)果

按照以上的措施進行推廣實施，統(tǒng)計該鋼廠6～12月鋼包全流程鋼水溫降情況，并與前一年同期進行比較，比較結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，試驗后，鋼包全流程鋼水平均溫降約為94.6℃，同比降低約1.9℃。

圖6 試驗前后鋼包全流程鋼水溫度損失同比結(jié)果

4 結(jié)語

本文分析了鋼包保溫材料以及煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏對鋼包全流程鋼水溫度損失的影響，在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化改進措施，通過改進措施的實施，鋼包全流程鋼水溫度損失顯著降低，取得了較好的經(jīng)濟效益。

（1）在新修鋼包上采用硅酸鹽纖維高強保溫板，保溫效果良好，與試驗前相比鋼包全流程鋼水溫降速率降低了約0.12℃/min。

（2）通過對鋼包周轉(zhuǎn)過程中影響鋼包周轉(zhuǎn)效率因素的分析，改善了鋼包全流程各工序的銜接、規(guī)范了各項鋼包保溫標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程、強化了設(shè)備維護頻次和檢查管理，降低了鋼包運鋼過程中的鋼水溫度損失。

（3）鋼包使用新型保溫絕熱板和生產(chǎn)節(jié)奏優(yōu)化后，7個月試驗數(shù)據(jù)表明，鋼包全流程鋼水平均溫降比去年同期降低約1.9℃。