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降低转炉出钢温度的实践吕凯辉( 福建三安钢铁有限公司 炼钢厂 综合科，福建 泉州 362411)摘 要: 福建三安钢铁公司炼钢厂通过优化入炉原料结构、改进冶炼工艺、减少炉内待钢时间和钢包周转个数( 加快热修包速度、加强钢包烘烤) 、提高连铸拉速等措施，HRB335E 钢的转炉出钢温度由 1 680 降至1 655 ，连铸钢水收得率由97 91%提高到98 86%，铸坯合格率达到99 96%，平均日产钢量大幅提高。关 键 词: 转炉; 出钢温度; 实践1 前言评价转炉生产操作水平的主要标志是出钢温度，出钢温度是否合理直接影响钢的产量、质量和钢铁料消耗等经济技术指标。福建三安钢铁有限公司炼钢厂( 下简称“三安炼钢厂”) 年产粗钢 200 万 t，现有2 座在线倒灌站、1 座600 t 混铁炉、3 座50 t 氧气顶底复吹转炉( 目前装入量 55 t，出钢量为近 51t) 、R6m 弧 160 mm 160 mm 四机四流连铸机 3台、椭圆形 50t 渣线加高钢包 30 多个，主要冶炼HRB 系 列 ( HRB500、 HRB400E、 HRB400、HRB335E、HRB335 等抗震热轧带肋钢筋) 普碳钢及Q235、Q300 等低碳钢为主。2 转炉出钢温度的确定出钢温度的高低取决于钢的熔点、浇铸所需的过热度及出钢和浇铸过程中钢液的温度降低值，即:T出= t熔+ t过热+ t降2 1 钢的熔点的确定t熔= 1 538 Ti i%式中，i钢水中的某一化学成分含量。2 2 钢液过热度的确定钢液的过热度应高于其熔点一定数值，即应具有一定的过热度，以保证浇铸操作能够顺利进行，同时获得良好的铸坯质量。钢液的过热度 t过热主要根据浇铸的钢种和铸坯的断面来决定。铸坯断面大时，散热慢，过热度可取低些。在相同的浇铸条件下，操作水平高者可在较小的过热度下浇出合格的钢坯，这对降低生产中的热能消耗、提高炉衬寿命、提高铸机拉速、降低生产成本大有益处。2 3 出钢及浇铸过程中的温降出钢及浇铸过程中钢液的温度降低 t降，随生产流程和工艺过程的不同而变化，一般由以下几方面组成。( 1) 出钢过程中的降温。生产经验数据表明，大容量钢包出钢过程中的温降为 20 40 。( 2) 转运过程中的降温。从出钢完毕到精炼开始前，在运转和等待过程中钢液的温度也会降低。该过程中的温降主要是钢包内衬的继续吸热和通过渣层散热。因此，钢液在转运过程中的温降与钢包容量、转运时间及液面覆盖情况有关。( 3) 精炼过程中的温降。钢液在精炼过程中的温降，取决于具体的精炼方式及精炼的时间等因素。( 4) 精炼结束至开烧前的温降。从出钢到精炼这段时间，钢包内衬已充分吸收热量，它与钢液间的温差很小，几乎达到平衡。因此，该过程中的温降主要是钢包向环境散热，温降速度随钢包容量的不同为 0 2 1 2 /min 范围内，等待时间越长，温度降低越多。( 5) 浇铸过程中的温降。钢液从钢包注入中间罐的过程中与出钢过程相似。该过程的温降与铸流的散热、中间罐内衬的吸热及液面的散热有关，其中液面散热是主要因素。生产实践证明，出钢温度过高，不仅增加冶炼中的能量消耗，而且在出钢和浇铸过程中钢水极易吸收气体，二次氧化严重，并对钢包和浇铸系统的耐火材料侵蚀加剧，从而增加外来夹杂物。同时，也增加炉后连铸前的调温时间等。所以，三安钢铁厂通过长期的生产实践，从以下几个方面来降低出钢温度。3 降低出钢温度的措施3 1 提高炉前一倒双命中率3 1 1 吹炼温度控制吹炼过程枪位控制的基本原则是: 继续化好渣、化透渣、快速脱碳、不喷溅、熔池均匀升温。( 1) 保证前期温度不能过低。前期操作枪位控制要低，造渣料分批加入，使 C O 反应正常进行，温度快速平稳上升。( 2) 中、后期温度不宜过高，保证 C O 反应不过分剧烈而消耗太多 FeO，致使炉渣返干。碳火焰出现时，枪位可控制得高些，氧压调低些，减缓 C O 反应速度，使炉渣保持一定的 FeO 含量。可从碳花活跃程度判断炉内渣况，再通过调整枪位来调整炉渣，控制 C O 反应速度，使温度稳步上升。但软吹时间不能过长，避免出现波浪式的温度变化。( 3) 防止过程温度突然下降。第二批渣料要分批加入，吹炼中期切忌一次加入大量造渣料或冷却剂，使炉内局部温度急剧下降，C O 反应突然受到抑制。3 1 2 高拉碳控制( 1) 要有相对稳定原料条件，包括成分温度等物化指标。( 2) 副炉长的基础操作要到位，保证适宜的温度和良好的终渣，减少补吹处理和后期大幅调整。( 3) 根据对炉型的把握，控制好出钢口更换的倾角。综合考虑各种因素，终渣成分尽量控制在: R= 2 5 3 2，MgO = 7% 10% 。保持炉底稳定，防止炉底大起大落及炉口严重结渣。减少喷溅和后期补吹次数，可有效地降低钢水、炉渣的氧化性，降低钢水、炉渣对出钢口的侵蚀，为提高出钢口寿命创造了条件。3 1 3 改进效果出钢口内径由 2004 年的 110 cm、出钢时间为 7min、出钢温度为 1 740 ，改进到 2010 年的出钢口内径为 135 cm、出钢时间为 4 3 min、出钢温度为1 670 。2011 2012 年对内径为 135 cm 的出钢口又做了改进，进一步提高操作水平、降低出钢温度，使出钢口寿命由 150 炉提高到 200 炉，终点碳含量由 0 11%提高到 0 13%。3 2 缩短冶炼时间3 2 1 缩短冶炼周期缩短转炉冶炼周期的途径有: 增加铁水预处理环节，分担部分冶炼功能( 目前没有) 。对转炉冶炼过程的各工序的耗时进行优化，将 50 t 转炉冶炼周期缩短到 24 min( 2012 年 12 月 9 日班产 20 炉) ，包括: 加废钢时间 108 s，兑铁水时间 61s，吹氧时间664 s，倒炉测温取样时间 35 s，等成分补吹出钢时间162 s，放钢时间 130 s，堵住钢口时间 32 s，护炉时间164 s，倒渣时间 90 s，共耗时 1451s; 空炉等待、摇炉间隔等时间为130 s，一炉钢操作时间为1 581 s。每个操作工序耗时优化后，总的转炉冶炼周期可以缩短到 24 min，考虑到转炉周期波动范围 2 min。所以，转炉的冶炼周期取26 28 min，可以与连铸机生产节奏匹配。扩大氧枪喉口( 喉口直径30 的氧枪喷头) 提高供氧强度，缩短冶炼时间，为连铸机提高拉速奠定了基础。3 2 2 缩短炉内待钢时间1) 缩短待钢时间。氧气转炉炼钢由多个操作工序组成，每个工序的操作时间都是固定的。因此各工序操作必须妥善安排，以求提高炼钢生产率。在转炉生产中，加快生产节奏，缩短不必要的等待时间，可以改善转炉的经济指标、降低钢水温度。炉长在进料时要准确把握每炉原料情况，吹炼控制要精确。下料及时，要求一倒炉能基本达到化学成分和出钢温度要求，做到一倒补吹出钢，尽量避免钢水温度大幅波动。炉长控制好冶炼节奏，减少因各种因素影响生产，如生铁废钢入炉、炉前测温取样、炉前等成分和出钢等钢包等。炉前下枪吹炼时，要先观察连铸浇铸时间，避免因下枪时间过早，在吹炼结束后等时间出钢。冶炼周期控制在 26 min 左右时，建议在连铸浇铸 12min 左右开始下枪吹炼( 连铸周期为 27 min) 。炉前工一倒测温取样操作要规范，减少测温( 没有测出来) 取样( 渣样、气孔样) 事故，炉前工送样速度要快，减少因样品缺陷影响出钢等待时间。( 2) 顶底复合吹炼技术。顶底复合吹氧气或惰性气体，促进炉内钢水和钢渣之间平衡，减少喷溅，提高金属收得率，改善钢水成分和温度的均匀性，热效率可提高 7%左右。( 3) 转炉吹氧采用静态、动态和计算机控制。根据钢种需要实现一次拉碳到位，既可以降低钢铁料和合金料消耗、提高炉龄、降低吨钢成本，又可以避免补吹、过氧化、减少废品生成和钢中夹杂。( 4) 加强调度管理，减少空炉时间。转炉工序操作必须均衡和紧密衔接。测试中发现，转炉出完钢之后，有时不能及时兑铁水装料。由于空炉待料造成炉膛温度由 1 528 降到 1 283 5 ，降低244 5 ，大量热量白白散失。随着热量散失，炉衬表面温度下降，炉衬内部积存的热量就向表面传递。同时炉体表面散热及冷却水吸热增加。通过计算空炉待料散失热量损失为 13 77 MJ/t 钢。3 2 3 使用全程吹氩系统钢包底吹氩是炉外精炼工艺的一种方式，是通过安装在钢包底部的透气砖向钢液中吹入氩气等惰性气体，使钢液在钢包内产生环流，对钢水进行充分搅拌，使添加在钢水中的合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化、分散，吸附钢液中的夹杂物，去除钢中的非金属夹杂，从而达到净化钢液、促使钢液成分和温度均匀的目的。2012 年全年底吹率为 99 85 %。全程底吹氩操作顺序为: 空钢包放在钢包车上将吹氩管快速接头插上钢包出钢时打开氩气阀门开始吹氩，并将氩气压力控制在一定范围内吹氩站喂丝调成份、调温钢包车开到钢水接受跨时关掉氩气阀门，拔下快速接头上连铸浇铸( 1) 先接吹氩管快速接头和后拔快速接头可节约 1 min 左右，安全系数高。( 2) 出钢时就开始吹氩，一般出钢要 2 3 min，增加了钢水吹氩时间，有助合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化，减少结块现象。( 3) 这种操作方式安全、灵活，还进一步缩短了钢水泡钢包时间，降低出钢温度，提高准点率，延长钢包使用寿命。( 4) 钢水温度和成分更加均匀，避免了由于吹氩不足而引起质量事故。3 3 钢包3 3 1 钢包保温通过对钢包使用状况的调查，发现优化钢包保温层( 在钢包内壁贴一层纳米复合绝热板) 可降低包衬的导热系数、减轻包衬的热损失。纳米复合绝热板的应用使钢包的保温性能增强，进一步降低了转炉到连铸工序热损。3 3 2 包衬结构对于钢包外壳温度高的问题，解决方法是: 在打结永久层时增加 20 mm 厚的硬质隔热板保温层。在生产过程中，将钢包工作层由重质浇注料改为轻质浇注料，气孔率提高 20% 30%、体积密度减小0 6g / cm3以上，使钢包的保温性能明显加强，钢水静置时的温降减少约 20%。3 3 3 覆盖剂钢包覆盖剂加在钢包的钢液表面，主要是绝热保温，具有以下基本功能。( 1) 在液态渣层上保留一层保温、绝热的粉状物层，阻止钢水向空气中传送或辐射热量。( 2) 隔绝钢水与周围空气的接触。( 3) 不侵蚀或少侵蚀包衬，浇铸完后不结壳，易从包衬上脱落。3 3 4 钢包加盖钢包内钢液温度的降低( 即热损失) ，大致 3 个方面: 从钢液表面散热，通过内衬从外壳散热，因内衬蓄热而产生的热损失。根据数据计算，它们在热损失中所占的比例分别为: 钢渣面散热 29% 32%，外壳散热 24% 29% ，内衬蓄热 47% 40% 。由此看出，钢包加盖后若不考虑钢渣面向大气中散热，则这部分热量中的一部分首先要被包盖吸收，一直到包盖与钢液面上部的空间达到热平衡，能起到保温作用; 达到热平衡的时间越短，保温效果越好。3 3 5 钢包烘烤技术对钢包烘烤系统进行改造，将普通式烧嘴改造为蓄热式烧嘴，规范在线烘烤技术，加强监督和检查，保证钢包上线前有 5 min 以上的烘烤时间，确保出钢时钢包包衬温度在 900 以上，且转炉必须在要钢包 2 min 内出钢，以减少放钢时钢包温降。针对发现的问题，采取了以下措施。( 1) 加快钢包热修速度，热修完后尽快吊至转炉钢包车上接管、投砂、烘烤、开出放钢。( 2) 加强钢包周转的统筹安排和精细化管理，钢包周转个数( 2 台连铸机 5 个钢包、3 台连铸机 8个钢包) 的原则，科学详尽地制订各工序停留时间和操作，缩短各工序内的钢包停留时间。( 3) 为了增加钢包在线烘烤时间，在连铸转包时及时吊出修理，采用滑动水口多连滑技术，保证在钢包红热下出钢。( 4) 对钢包绝热层进行改造，推广使用新型纳米隔热材料，减少钢水温降。通过以上措施，钢包的周转和钢水出钢温降有了明显改善，如表 1 所示。3 4 减少待浇时间实行低过热度、低温快拉的浇铸技术。通过加强工序衔接，强化调度指挥协调，减少大包在连铸的待浇时间，平均待浇时间由原来的 9 15 min 降为4 8 min; 中间包钢水过热度由 20 30 调整为 14 19 ，降低了转炉终点出钢温度，减少了钢水中夹杂物和转炉等连铸的待钢时间，改善了钢水质量，进一步提高了连铸拉速，保证了连铸全流浇铸。3 5 二冷配水优化三安炼钢厂还对二冷动态配水量进行了优化，降低已浇铸钢水的过热度，加快冷却速度，使铸机拉速大大提高，降低了钢水的停留时间，减少过程温度损失。根据各钢种的窄成分目标中限值，对其液相线温度进行测算，缩短钢包运行时间，减少过程温度损失，对钢包运行路线进行优化。改进后，中间包过热度降至 14 19 ，出钢温度再次降低 15 。3 6 强化过程管理炼钢厂以“走动式管理、连带式考核、军事化上岗、标准化作业”，“全员参与、全面开展”为主题，强调要坚持和贯彻“以连铸为中心，转炉为基础、设备为保证、温度是灵魂、钢包是关键( 周转个数与时间) 、强化检修力量、减少铸坯质量缺陷”的方针，坚持“高产、稳产、低耗、均衡”的生产组织原则，做到安全第一、质量优先、工序协调、均衡稳定生产为主题的现场操作模式。主要措施有以下几点:( 1) 提高专职点检员的点检水平和工作责任心，完善各种设备的维修台账，强化维护职工的“主动维护”意识和岗位操作人员的“自主维修”理念。( 2) 每周设备科组织各车间人员对行车设备进行巡、点、检、加油、润滑检查 1、2 次，对需要整改维修