迁钢210吨转炉降低出钢温度实践

孙永林，朱良，闵常杰，江腾飞，安永超，郝丽霞

（首钢股份公司迁安钢铁公司炼钢作业部，河北  迁安064404）

文章已被中国冶金杂志社录用，中国冶金杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/zhongguoyejin

摘要：通过对迁钢二炼钢厂生产过程中温度的分析，探讨引起过程温降的因素，从工艺、材料、管理等方面采取措施，减少过程温降，降低出钢温度。

关键词：转炉、出钢温度、过程温降、钢包

Practice of reducing tapping temperature of 210 ton converter in Qiangang

Abstract :In this paper, through analyzing the variation of steel temperature in steelmaking process, It has been discussed on the effective factor of the temperature losses. Some measures are taken on technology, material and management, sequence temperature losses can be reduced, and it can be catch the aim to reduce the tapping temperature.

Key words: Converter, tapping temperature, temperature losses of the process ,Steel ladle

就炼钢厂来说，钢水温度是衡量炼钢过程能耗的关键指标。每提高钢水温度１℃，每吨钢需要增加的成本在0.5-2元之间。而我国先进的炼钢厂钢水温度控制水平普遍比国外先进企业高10℃左右^[1]。因此，降低转炉出钢温度和钢水转运过程的温降是炼钢厂节能降耗的重要内容之一^[2]。而对炼钢工艺来说，转炉出钢温度不仅是炼钢操作稳定的基础，也是获得良好铸坯的基础。钢水的过程温度是贯穿整个炼钢生产过程的主要控制参数之一，它直接影响着整个工序的运行，而合适的转炉出钢温度对生产顺行，提高产品质量，降低生产成本有着重要意义，过高的出钢温度会减少转炉废钢、冷料加入量，转炉炉衬维护难度加大，补炉料消耗增加，同时会加剧钢水二次氧化及包衬的侵蚀，增加钢中夹杂数量等，造成炼钢成本增加^[3]。甚至可能出现钢包漏钢等恶性事故，因此，降低转炉出钢温度是各炼钢厂普遍追求的目标。

1、迁钢二炼钢生产工艺概况

目前迁钢二炼钢厂有3座KR脱硫站、2座210吨顶底复吹转炉，1座双工位LF炉精炼站、2座双工位RH精炼站及1座CAS炉精炼站，后面配套是2台板坯连铸机。

工艺路线为：KR脱硫站-转炉-LF炉/RH精炼站-板坯铸机，目前主要是调度室根据厂作业计划及钢种要求合理安排转炉钢水去LF炉或RH精炼站处理，精炼处理结束后上铸机浇铸。

2、转炉出钢温度影响因素简析

简单分析影响转炉出钢温度的因素，主要是钢包热状态、生产调度安排冶炼周期及钢水去精炼处理路线及合金渣量，铸机过热度等，如下图所示：

图1、出钢温度影响因素

转炉出钢温度的高低取决于钢种的熔点、浇铸所需的过热度及出钢到浇铸过程中钢水温度的降低值。除了作为钢水容器的钢包对钢水温度产生直接影响外，不同工艺路径、精炼周期的长短、周转包数量、炉机匹配等生产因素也会影响到出钢温度的变化；另外，冶炼钢种、工序操作（诸如合金加入量、废钢量、吹氧量等具体的工序操作参数）等因素也会对钢水温度变化产生直接影响。因此，精确管控钢水温度、减低转炉出钢温度是一个考虑到多因素耦合影响的系统性优化过程。

3、降低钢水出钢温度的改进措施

3.1 改善工艺路径，降低出钢温度

生产组织是影响出钢温度的一个重要原因，在实际生产过程中，受精炼工艺、铸机规格、浇铸时间等不定因素的影响，使出钢温度随着生产组织节奏和时间而变化，同时，不同的精炼工艺处理路线对转炉出钢温度要求不同，以低碳铝镇静钢为例，执行RH精炼工艺路线时，转炉出钢温度要求在1660-1680℃，执行LF炉精炼工艺路线时，转炉出钢温度要求在1610-1630℃，因此，改变钢水精炼路线对降低转炉出钢温度有着积极的意义。随着降低转炉出钢温度需求的提高，在不对钢水质量产生影响的前提下，迁钢二炼钢厂开始逐步提高去LF炉精炼站处理的钢种种类和数量，以降低转炉出钢温度。2015年-2018年迁钢二炼钢执行LF炉精炼工艺路线比例如图：

图2、工艺路线变化

3.2 降低钢水过程热量损失

随着炼钢技术的发展, 钢包已经不再是一个简单的液态金属运输容器，而是成为炼钢过程一个重要设备，具有承接转炉出钢钢水、作为精炼容器、为连铸中间包供给钢水的作用。因为在盛装和运输过程中，钢包作为容器长时间与钢水直接接触，所以钢包状态对钢水过程热量损失有着很大的影响。有关测试研究指出, 钢水在钢包内的热损失包括包衬蓄热占钢水在包中总热损失的45-50%，包壁散热占20% ，钢渣表面辐射散热占20-30%^[4]。因此，针对钢包对钢水过程温降得影响，二炼钢厂做了大量的工作，以降低钢水过程温降。

3.2.1 提高钢包周转频率，减少离线钢包使用比例

钢包作为转炉－连铸界面上钢水的关键冶金容器，包衬的吸热是导致钢水热量损失的最主要因素，对钢水温度产生重要影响。出钢过程中包衬温度的高低直接影响着出钢的过程温降，因为包衬耐材的吸收来自钢水的热量。提高出钢前钢包自身的热状态，可以减少钢包耐材对转炉出钢温度的影响^[5]。为减少钢包本身对转炉出钢温度的影响，二炼钢厂做了以下工作：（1）建立钢包信息管理系统，通过此系统对钢包的周转过程进行优化。钢包信息管理系统包括了钢包跟踪、信息收集与共享、报表管理、配包模型和钢包管理等功能。系统通过优化钢包配包和调度，减少周转包数量、提高钢包周转率以缩短优化钢包周转时间；（2）优化钢包烘烤器的烧嘴结构，烧嘴喷出火焰增长，且火焰尾部体积增大，有利于包底的烘烤，从而提高烘烤效果，同时提高钢包烘烤时间，确保钢包烘烤时间符合出钢要求，钢包烘烤温度符合要求。以低碳铝镇静钢中SPHC-W1钢种为例，二炼钢离线钢包的使用比例由2015年27.91%下降到2018年的15.19%，使用离线钢包出钢过程温降由51.48℃下降到47.33℃。

3.2.2 钢包增加保温层，降低钢包包壳过程散热

钢包作为盛钢水的容器，在精炼处理过程中充当精炼容器的功能。出钢后，在吹氩搅拌、精炼处理、运转和等浇等过程中，钢水通过渣层和覆盖剂散热使钢水温度降低，同时因包衬的吸热和包壳散热而使钢水温度降低。二炼钢通过对钢包使用状况的调查，决定采用优化钢包保温层的方式来降低包衬的导热系数、减轻包衬的热损失。通过在钢包永久层和包壳之间加一层隔热棉，以降低钢包包壳温度。优化前钢包包壳平均温度为330℃，优化后钢包包壳温度在270℃，通过优化钢包保温层，在提高保温效果的同时，对钢包利用效率进一步优化，减少钢包内衬从外壳散热。

3.2.3 积极推进钢包加盖技术

为了减少钢包周转过程重包表面钢渣辐射散热，二炼钢厂积极推进钢包加盖技术，使得钢包加盖由浇铸过程“重包”加盖向钢包周转全过程（重包和空包）加盖发展。钢包全程加盖操作过程为：转炉出钢后钢包在线加盖→钢包带盖吊运至精炼站→精炼站揭盖进站处理→精炼处理结束在线加盖→钢包带盖上连铸机→钢包带盖浇钢→浇钢完毕后带盖倒钢渣→钢包带盖热修→钢包带盖吊运至出钢车→钢包在线揭盖→出钢→转炉出钢后在线加盖，完成一次循环。

钢包加盖技术改造工程设备主要由钢包盖、钢包改造铰链座装置、升降叉指加揭盖机构、具自对正功能的专用吊具加揭盖机构、钢包盖存放与周转台架、钢包盖耐材干燥与烘烤装置等构成。钢包加盖后，通过测量钢包空包内腔的空气温度明显高于不加盖的空包内腔空气温度，靠近包沿处空气温度才有明显降低。这说明通过包盖的封闭作用，能够大大减少钢包内腔空气同外界环境的对流传质，仅仅会有少量的空气通过包盖和包沿之间的缝隙进出，使钢包内壁面与相邻空气之间的对流换热大大减少^[6]。因为包盖的封闭作用，使包盖下表面有较高的温度，而钢包下表面对钢包内壁面产生一定程度的辐射热传递，相对于不加包盖室温外界环境对钢包内壁面的辐射热传递量更大，因此，包盖下表面的辐射作用产生了保温效果。应用钢包加盖工艺后出钢过程温降与钢包烘烤出钢温降对比图如下：

图3、出钢温降变化图

由上图可以看出，应用钢包加盖工艺后，出钢过程温降明显降低，这是由于包盖能够更好的给钢包保温，使包衬内部温度更加均匀，而不仅是包衬表面温度较高。

3.3 RH工艺执行专线化处理

为减少RH精炼站处理过程温降，对部分钢种执行精炼专线化工作方案。即一个RH精炼站处理一台板坯连铸机浇铸钢水，以提高精炼站处理效率，优化精炼处理时间，同时保证真空室及浸渍管的温度，减少钢水进入精炼站后由此造成钢水温降。通过执行此方案，二炼钢部分精炼钢种精炼处理周期缩短5min，精炼处理过程温降减少3.8℃。

3.4 铸机改进，降低浇注过程温降

浇注过程中钢水的温降与浇注过程中的保护措施、浇注时间、中包保温状况等有直接关系。迁钢二炼钢厂实现包盖一盖到底，减少包盖对钢水温度吸收。在浇注过程中全程保护浇注，采用碱性中包覆盖剂等。同时在中包的打结过程中也使用了保温板，以增强中包的保温效果。钢水浇注过程中拉速决定于钢水的浇注温度，拉速的变化与温降互相制约。浇注过程钢水温降小时，拉速波动较小，有利于保持温度的恒定。为稳定拉速，迁钢二炼钢厂采用了结晶器液面自动控制装置，使结晶器液面波动减小，为以恒定拉速浇钢提供了有利条件，现在，二炼钢恒拉速率基本控制在97%以上，有利于控制大包至中间包钢水温降。

4、改善效果

温度是炼钢厂整个工艺系数的关键环节, 从转炉出钢至连铸完毕,钢水因不断的热量损失,而引起温降。迁钢二炼钢生产实践表明, 通过采取适当措施, 可以减少各个环节的温降, 达到降低出钢温度的目的。以低碳铝镇静钢SPHC-W1为例，2015年到2018年钢水温度变化情况如下表：

通过上表可以看出，随着二炼钢精炼处理工艺调整及改善钢包烘烤温度、提高钢包周转比例、使用钢包加盖技术、缩短精炼处理时间等一系列措施，转炉出钢温度明显得到了降低，并通过出钢温度的降低，使炼钢过程中的能耗损失降低，节约了生产成本。

5、结论

1、在不影响产品质量的前提下，同一钢种不同的精炼工艺处理方式，对转炉出钢温度影响很大，因此，提高LF炉精炼工艺处理比例有利于降低转炉出钢温度；

2、通过对钢包进行一系列的改进优化措施，可以使钢水在运转过程中的温降显著降低；

3、加强生产组织，在RH精炼站执行专线化工艺，缩短精炼处理时间，可以减少钢水热量损失。

参考文献：

［1］陈家祥. 钢铁冶金学(炼钢部分) [M ].北京: 冶金工业出版社, 1995. 43.

［2］周学禹，张兴利，乔海林，降低转炉出钢温度的途径[J].河北冶金，1999（5）：26-38。

［3］刘正华，尹卫平，汤晓辉，等．降低转炉出钢温度的实践[J]．山东冶金，2010,32(3):27-28。

［4］刘青，赵平，吴晓东，等．钢包的运行控制．北京科技大学学报，2005，27(2)：235--239。

［5］彭斌，卜胜华． 降低出钢温度，实现“低温稳态”生产［J］．钢铁研究，2010( 38) :207-209。

［6］贾丽娣，张晓光，丁丽华，等．蓄热式钢包烘烤流动与传热过程数值模拟[J].冶金能源，2010,29(5):18-21。