降低HRB400EA出鋼溫度工藝優(yōu)化與實踐

張仕洋，解文中，王 勇，宋 健

(馬鞍山鋼鐵有限公司長材事業(yè)部，安徽 馬鞍山 243000)

對煉鋼廠來說，鋼水溫度不僅是煉鋼操作穩(wěn)定的基礎，也是獲得良好鑄坯的基礎，鋼水的過程溫度是貫穿整個煉鋼生產過程的主要控制參數之一。

隨著轉爐終點溫度的提高，鋼的氧含量會大幅度增加，帶來轉爐脫氧劑的用量增加，合金的收得率降低。過高的出鋼溫度會腐蝕濺渣層，從而直接侵蝕爐襯磚，增加了轉爐耐材消耗，降低了轉爐爐齡。出鋼溫度過高對轉爐鋼產品的實物質量也不利。一方面增加了脫氧產物，使鋼水中夾雜物增加；另一方面，由于對耐材的侵蝕加劇，會流入鋼中，形成夾雜。因此，降低轉爐出鋼溫度，對合金收得率、轉爐爐況、產品質量、鋼鐵料消耗指標以及成本均具有積極意義。

文獻調研發(fā)現，為了有效降低出鋼溫度，國內鋼廠開展了一系列生產實踐。概括來說，主要從提高轉爐終點命中、縮短冶煉周期、降低出鋼溫降、減少鋼水罐周轉個數、鋼水罐吹氬強度優(yōu)化、鋼水罐保溫層砌筑、提高鑄機拉速、降低過熱度、規(guī)范中間罐烘烤與覆蓋劑保溫等方面著手[1-5]。在上述共性措施的基礎上，各鋼廠因地制宜，提出了一些創(chuàng)新性方案。首鋼京唐胡敏等[6]重點關注于高效化生產，韶關鋼鐵鄧長付等[7]提出優(yōu)化出鋼過程增碳工藝的思路，方大特鋼熊小明等[8]介紹了爐后合金烘烤爐的應用，唐鋼孫建勇等[9]基于物料平衡、熱平衡計算確保吹煉過程均勻升溫，萊鋼王尖銳[10]開發(fā)了LF 智能吹氬模式。

1 工藝現狀

馬鋼煉鋼廠生產的HRB400EA屬于方坯直上鋼種，工藝路徑為：120 t轉爐→吹氬站→150 mm×150 mm方坯連鑄，其轉爐終點成分及過程溫度控制要求如表1所示。

表1 HRB400EA轉爐終點成分及過程溫度要求

HRB400EA作為產量較大的單個品種，2020年其產量占總產量的29%。2020年該鋼種連澆爐次出鋼溫度均值1673 ℃，氬前溫度均值1600 ℃，氬后溫度均值1581 ℃，中間罐溫度均值1536 ℃。出鋼-中間罐總溫降137 ℃，其中出鋼溫降73 ℃，氬站溫降19 ℃，氬站出站至中間罐溫降45 ℃，中間罐過熱度31 ℃，各工序溫度體系均較高。

降低HRB400EA溫度體系主要存在問題：(1)方坯鑄機冷床能力不足，影響拉速提升，澆注周期(44 min)偏長；(2)鋼水吊運至連鑄臺需轉向90°，且轉爐和鑄機被LF爐隔開，鋼水上臺需占用3#LF西工位通道，物流不暢，吊運時間(16 min)偏長；(3)方坯鋼水罐與CSP鋼水罐不兼容，原則上不混用，開澆前3爐一般為備用罐；(4)受制于LF爐平臺高度、鋼水罐爐口粘渣以及鋼水罐蓋如何周轉等因素，鋼水罐未能實現加蓋。

2 降低出鋼溫度的措施

轉爐出鋼溫度由以下公式確定：

T出=T凝+α+△t1+△t2

式中：T出為轉爐出鋼溫度，T凝為鋼液凝固溫度，α為鋼液過熱度，△t1為出鋼至開澆過程鋼水罐內鋼水溫降，△t2為鋼水罐至中間包鋼水溫降。按照經驗公式計算，HRB400EA鋼T凝為1505℃，則降低出鋼溫度要從降低α、△t1、△t2入手，優(yōu)化工藝，減少過程溫度損失。同時，轉爐應以T出為目標值，控制過程均勻升溫，避免一倒溫度過高或過低。

2.1 建立熱平衡靜態(tài)計算模型

轉爐降低出鋼溫度就是要控制吹煉的過程溫度，使開吹到終點的溫度曲線盡量呈一種逐漸上升的趨勢。過程溫度來源于轉爐物理熱與化學熱的供給情況，歸根結底取決于鐵水、冷料、渣料、發(fā)熱劑以及冷卻劑的配比。為了在開吹前及時掌握該爐次熱平衡是否富余，基于各物料的熱效應，建立熱平衡靜態(tài)計算模型，根據計算結果確定發(fā)熱劑或者冷卻劑的整爐加入量。鐵水、冷料、渣料、發(fā)熱劑以及冷卻劑熱效應如表2所示，正值代表放熱，負值代表吸熱。根據模型計算得出的結果，指導轉爐造渣料、發(fā)熱劑、冷卻劑的加入，避免一倒溫度失衡，確保碳溫協(xié)調。

表2 物料熱效應對照表 單位：℃/t

2.2 縮短轉爐冶煉周期

(1)縮短主吹煉時間。120噸轉爐現場使用氧槍噴頭為四孔鑄造噴頭，噴頭參數為：中心傾角12°，喉口37.9 mm，出口49.2 mm，噴頭設計馬赫數為2.0。通過將氧槍流量由21000～22000 Nm3/h逐步提升至24000～25000 Nm3/h，供氧強度達到3.33 Nm3/(t·min)以上，主吹煉時間減少1分37秒。

(2)一倒接近終點，減少補吹時間?；跓崞胶饽Ｐ停D爐按照終點碳含量0.09%、終點溫度1660 ℃的目標控制吹煉過程，一倒接近終點，補吹時間縮短27秒。

(3)縮短流鋼時間。原先使用的非定徑出鋼口為喇叭型，其尺寸為170 mm(內口)/140 mm(外口)。為縮短流鋼時間，試用170 mm(內口)/150 mm(外口)尺寸出鋼口，流鋼時間縮短45秒。

(4)減少加料時間。高產條件對兌鐵及加廢鋼的速度同樣提出更高要求，通過優(yōu)化生產調度，兌鐵、加廢鋼停等時間減少，速度加快，加料時間縮短1分3秒。

(5)縮短濺渣時間。通過固定倒爐倒渣角度，留合適的渣量濺渣，過氧化爐次采用出完鋼先倒渣后濺渣，轉爐濺渣時間縮短了21秒，同時也減少了濺渣熱量損失。

通過采取以上措施，轉爐冶煉周期達到35分03秒，較改進前縮短4分48秒。轉爐冶煉周期加快后，轉爐和鋼水罐蓄熱性改善，有利于出鋼溫度的降低。

表3 轉爐冶煉周期統(tǒng)計表

2.3 應用爐后合金烘烤

HRB400EA出鋼過程每爐合金加入量共計2900 kg，其中錳硅合金加入量2690 kg/爐，硅鐵75B加入量210 kg/爐。合金的大量加入，造成出鋼溫降較大，經統(tǒng)計，平均值為73 ℃。為減少出鋼溫降，去除爐后現有的合金料倉，在旋轉溜槽上方安裝一合金加熱爐。合金烘烤使用煤氣加熱合金10～15 min，平均烘烤溫度400～600 ℃。不烘烤的鋁鐵或渣料，通過旁通溜槽加入旋轉溜槽中。按照合金加熱終點溫度400 ℃計算，則爐后合金加熱理論可降低出鋼溫降7.40 ℃，測算采用的參數如表4所示。

表4 合金加熱理論貢獻溫度測算表

2.4 鋼水罐蓄熱改進

2.4.1 氬站烘罐

因現有設備受限，鋼水罐不具備加蓋功能，為減少鋼水溫降，鋼水出站添加保溫劑保溫。另外，調整鋼水罐烘烤時間和方式，采用先灌砂后烘烤。2021年以來，氬站烘罐比例最高達70.5%。連鑄拉速提升后，鋼水罐周轉節(jié)奏加快，可供烘烤的時間減少或來不及烘烤，鋼水罐烘烤效果受到影響。

2.4.2 改進鋼水罐保溫層耐材

為了提高我廠鋼水罐的保溫性，降低鋼水罐使用過程中鋼水的溫度損失，從優(yōu)化和改進鋼水罐保溫層耐材入手，同時結合同類單位使用狀況，并綜合考慮我廠鋼水罐形狀和需要的耐材強度等要求，使用導熱系數為0.046 W/m·K的新型復合反射絕熱板，代替我廠使用的導熱系數為0.20 W/m·K普通纖維保溫板，以期達到較好的鋼水罐保溫效果。復合反射絕熱板是采用反射率較高的金屬鋁箔、導熱系數極低的納米玻璃纖維布、粉漿層，由復合工藝制成的一種新型絕熱材料，其保溫性能優(yōu)于傳統(tǒng)保溫材料。

2.5 轉爐同澆次分階段控制出鋼溫度

HRB400EA使用干式料中間罐，澆注時間可達30 h以上，連澆爐數可達40爐以上，澆注前、中、后期鋼水罐周轉、蓄熱情況差異較大，需要同澆次分階段控制出鋼溫度。為此，針對此品種，劃分了第1爐、第2～8爐以及第9爐及后續(xù)三個階段，每個階段出鋼溫度依次遞減，具體溫度控制要求見表5。

表5 HRB400EA同澆次不同爐次溫度控制要求

由表6可知，澆次第9爐以后出鋼溫度均值較之前爐次降低5.8 ℃，氬前溫度均值降低3.3 ℃，氬后溫度均值降低2.5 ℃。

表6 HRB400EA同澆次不同爐次溫度控制情況

2.6 鑄機提速

連鑄按照拉速目標：2.8 m/min→3.0 m/min→3.1 m/min→3.2 m/min，分階段持續(xù)推進HRB400EA拉速提升工作。

2.6.1 冷卻系統(tǒng)改進

由于拉速的大幅提升，為了保證鑄坯出結晶器后坯殼的安全厚度，加大足輥及二冷區(qū)的冷卻強度，將足輥水冷噴嘴角度由60°改為90°，二冷1段氣霧噴嘴由1.6 mm改為2.0 mm，同時為了增加二冷區(qū)的冷卻水量，將總管壓力由之前的1 MPa增加至1.2 MPa，總水量由之前的220 m3/h增加至250 m3/h。

2.6.2 臺下集群控制系統(tǒng)的改進

(1)提高割槍速度。由于設計的切割區(qū)域較短，在提升拉速后，按照以前的割槍割速(260 mm/min)已經不能滿足生產需求，故將割槍割速提升至300 mm/min。(2)縮短翻鋼時間。由于拉速的提升，鑄坯溫度過高易彎曲，為保證鑄坯能夠盡早的進入冷床，故將翻鋼時間由15 s/次減少至10 s/次。

2.6.3 擋渣桶的改進

在直上鋼種的連澆生產中，由于拉速是靠中包鋼水靜壓力來控制，因此為了保證拉速的穩(wěn)定，操作人員需要每4～5爐進行一次中包排渣操作，使得拉速不會下降。但由于擋渣桶的構造問題，會使得在每次在排渣過程中部分渣子都會流入中包澆鑄區(qū)卻無法流回沖擊區(qū)，每當到了該澆次的中后期，澆鑄區(qū)的渣子就會變多，致使拉速下降，從而無法達到目標拉速。為了解決這個問題，將擋渣桶兩個面上部中間部位挖出兩個350 mm×60 mm的矩形，可以在排渣操作中使得渣子能從澆鑄區(qū)重回沖擊區(qū)并及時排除，從而在中后期也能達到目標拉速。

2021年以來，滿流澆注情況下，方坯拉速不斷提升，目前HRB400EA鑄機6流總通鋼量最高達到3.19 t/min，對應均值拉速為3.11 m/min(具體如圖1所示)。拉速提升有利于縮短澆注周期，減少澆注溫降，從而帶動整個溫度體系下移。由中間罐溫度的統(tǒng)計數據來看，HRB400EA中間罐溫度均值最低降至1532.5 ℃，對應鋼水過熱度17.5 ℃。中間罐溫度基本按中下限控制。

圖1 HRB400EA鑄機6流總通鋼量變化趨勢

3 應用效果

上述措施實施后，HRB400EA出鋼溫度穩(wěn)步下降，效果顯著，2021年各月數據如圖2所示。尤其是2021年7月，HRB400EA出鋼溫度均值為1663 ℃，較2020年累計值降低10 ℃。出鋼溫度下降后，鋼水氧化性減弱，HRB400EA終渣TFe含量13.44%，降低1.88%。

圖2 HRB400EA出鋼溫度均值變化趨勢