轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度控制技術(shù)的研究

閆辰

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司，江蘇南京210000）

摘  要：轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的控制，受過程溫度、溫降及工藝流程等的影響較大，鋼水熱量散失的方式從高到低主要有三種：傳熱、吸熱、散熱。本文從如何降低傳熱、減少吸熱和散熱方面開展研究，實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度10-20℃目標(biāo)，同時(shí)溫度合格率提升15%，杜絕了因低溫造成的斷澆現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的低溫出鋼技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量提升的同時(shí)降低了轉(zhuǎn)爐的冶煉成本。

關(guān)鍵詞：溫降；過程溫度；工藝優(yōu)化；傳熱；吸熱；散熱

Research on Temperature Control Technology of Converter End Point

Yan Chen 1

(1 Nanjing Iron and Steel Co., Ltd., Nanjing 210000, China)

Abstract: The control of the temperature at the end of the converter is greatly affected by the process temperature, temperature drop and process flow. There are three main ways to reduce the heat loss of molten steel: heat transfer, heat absorption and heat dissipation. In this paper, research on how to reduce heat transfer, reduce heat absorption and heat dissipation, achieve the goal of reducing the end temperature of the converter by 10-20 °C, eliminate the phenomenon of de-watering caused by low temperature, and realize the low-temperature tapping technology of the converter end temperature. The quality improvement also reduces the smelting cost of the converter.

Key words: temperature drop; process temperature; process optimization; heat transfer; heat absorption; heat dissipation

1 前言

對鋼廠生產(chǎn)工藝來說，溫度是生產(chǎn)穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的重要條件，鋼水的過程溫度和溫降控制貫穿于整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過程，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度控制受過程溫度和溫降的影響。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度與鋼中氧含量成正比，造成終點(diǎn)氧化性強(qiáng)，終點(diǎn)溫度高造成脫氧劑用量增加，合金收得率降低，增加成本的同時(shí)增多脫氧產(chǎn)物和鋼中夾雜物，影響鋼水質(zhì)量。高溫和強(qiáng)氧化性會(huì)嚴(yán)重侵蝕轉(zhuǎn)爐濺渣層和鎂碳磚(見圖1、2)，降低轉(zhuǎn)爐及鋼包使用壽命，增多耐材消耗同時(shí)影響鋼水質(zhì)量。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼溫度越高，對于鋼水質(zhì)量、爐襯壽命、成本等影響越大，因此控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)低溫出鋼已受到越來越多鋼鐵企業(yè)的關(guān)注。精確控制過程溫度和溫降，對降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度效果明顯。某鋼廠在降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度方面，主要從降低傳熱、減少吸熱和散熱方面開展了一系列工作，取得較好效果。目前，轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度在1620℃左右，與以往相比降低10-20℃。

2工藝及流程優(yōu)化

通過不斷完善溫度管理制度和工藝管理規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了過程溫度和溫降的均衡穩(wěn)定控制。主要有以下幾方面，梳理溫度管理的流程、詳細(xì)制定各工序相關(guān)崗位的職責(zé)分工、制定溫度異常情況下的調(diào)查分析及處理程序、定期總結(jié)分析溫度事故并制定相應(yīng)的補(bǔ)充規(guī)定、制定檢修期間吊包溫度的補(bǔ)償規(guī)定等等。

2.1 職責(zé)分工

鋼廠的溫度控制由科室車間共同管理，科室負(fù)責(zé)理論推算與車間實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，確定合理的中包過熱度。規(guī)定過熱度控制范圍，一般鋼種10-20℃，耐磨模具鋼鋼為5-18℃，規(guī)定低于8℃、高于30℃為溫度異常。轉(zhuǎn)爐、精煉、RH、連鑄、鋼包及輔助單位負(fù)責(zé)執(zhí)行，在運(yùn)行過程中對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)反饋給科室主管部門，共同管控好各工序的溫度，保證生產(chǎn)穩(wěn)定順行。特別是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)工序應(yīng)重點(diǎn)控制，如精煉車間在保證鋼包的保溫性能方面（加蓋保溫和烘烤）要加強(qiáng)控制，同時(shí)監(jiān)督好鋼包狀態(tài)，及時(shí)反饋異常鋼包情況。精煉車間當(dāng)班人員要完全掌握本班鋼包狀況，中包溫降等相關(guān)因素，根據(jù)不同情況確定合適的吊包溫度（規(guī)程內(nèi)）。連鑄車間在保證中包的烘烤效果方面要加強(qiáng)，特別注意加包蓋和覆蓋劑的使用量要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定。

具體分工為，科室工藝員負(fù)責(zé)制定符合理論依據(jù)和鋼廠實(shí)際生產(chǎn)的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際和理論計(jì)算確定鋼水溫度異常的標(biāo)準(zhǔn)，每周跟蹤中包溫度控制情況，篩選溫度異常爐次加大工藝執(zhí)行情況的檢查。對異常爐次確定問題根源，責(zé)任判定。車間工藝員負(fù)責(zé)檢查當(dāng)班生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，與當(dāng)班人員溝通，掌握其他相關(guān)信息。鋼包班組負(fù)責(zé)嚴(yán)格遵守崗位職責(zé)，按照操作要求維護(hù)鋼包，確保鋼包保溫效果良好。精煉班組負(fù)責(zé)在內(nèi)控溫度范圍的指導(dǎo)下，結(jié)合鋼包和中包特性，控制好吊包溫度。連鑄班組負(fù)責(zé)保證中包的烘烤效果、包蓋蓋嚴(yán)、覆蓋劑保質(zhì)保量使用。

2.2 梳理流程

制定溫度管理規(guī)定，按照過熱度偏離規(guī)定的范圍考核合格率，超出即為不合格，并定期分析溫度異常爐次的原因。每周匯總中包溫度數(shù)據(jù)（連鑄100T，80T，60T采集數(shù)據(jù)），根據(jù)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，確定溫度合格率數(shù)據(jù)。篩選出溫度不合格爐次，制成表格分類統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)溫度制度的完善提供基礎(chǔ)資料。科室工藝員和車間工藝員根據(jù)表格內(nèi)容，到現(xiàn)場相關(guān)崗位檢查核實(shí)一級二級電腦內(nèi)數(shù)據(jù)和信息。車間工藝員與當(dāng)班人員直接溝通，核實(shí)異常爐次的生產(chǎn)情況。數(shù)據(jù)匯總后，根據(jù)溫度影響因素，分析最可能的操作問題。問題查明后，根據(jù)問題大小，確定責(zé)任單位考核比例。根據(jù)查明的問題再次核實(shí)溫度管理制度補(bǔ)充完善，相關(guān)數(shù)據(jù)和信息列入臺(tái)賬存檔，形成完整的溫度閉環(huán)管理。

2.3 制定異常處理程序

當(dāng)精煉-連鑄鋼水溫度異常時(shí)，立即啟動(dòng)調(diào)查分析及處理程序，由科室工藝員牽頭對異常爐次調(diào)查分析，確定問題根源。車間工藝員檢查當(dāng)班生產(chǎn)數(shù)據(jù)，與當(dāng)班人員溝通，掌握其他相關(guān)信息。鋼包班組自查鋼包情況，提供鋼包的相關(guān)信息。精煉班組和RH爐班組，自查該爐及臨近爐次工藝控制、測溫及測溫設(shè)備的問題。連鑄班組自查中包的烘烤保溫及覆蓋劑使用等情況。之后信息匯總，分析造成事故的核心問題，根據(jù)情節(jié)輕重做出考核規(guī)定，并下發(fā)事故通報(bào)，制定事故補(bǔ)救措施，真正工藝控制的閉環(huán)管理。

2.4 總結(jié)事故教訓(xùn)

根據(jù)典型的溫度事故分析總結(jié)，制定溫度補(bǔ)充規(guī)定和相關(guān)工藝控制規(guī)定，形成溫度控制的閉環(huán)管理是非常重要的。如小夜班甲班在生產(chǎn)某鋼種時(shí)，連澆第四爐時(shí)，因溫度低連鑄中包出現(xiàn)低溫?cái)酀餐�機(jī)事故。調(diào)查分析鋼包的情況為RH爐后立式烘烤的保溫包，該爐次使用第二次，在精煉第一次使用時(shí)生產(chǎn)普鋼電耗45Kwh/t，比較高。同時(shí)該爐次的溫降較大，與正常爐次相比單位時(shí)間內(nèi)降低高5度。該包第二爐即事故爐次，在鋼水在吊到LF爐后，由于鋼水液面結(jié)殼未測溫直接下電極處理，8分鐘后測溫1530℃，由此可見該爐次的進(jìn)精煉溫度很低，之后用高壓高流升溫9分鐘測溫1575℃，繼續(xù)通電升溫至規(guī)程要求的溫度范圍，開出吊往RH爐的溫度1610℃，此爐累計(jì)加熱29分鐘，噸鋼電耗為52Kwh/t，仍然比較高。RH爐要求到站溫度為1605-1610℃（鋼包溫降異常狀況下要求比正常提高5℃），鋼水實(shí)際到站溫度為1602℃，抽真空15分鐘后溫度1573℃，溫降29℃，單位時(shí)間溫降1.93℃/min，與正常鋼包爐次基本一致，喂絲后溫度1562℃，RH吊包溫度范圍在1542-1557℃，吊包前17分鐘關(guān)氣測溫1554℃，考慮已攪拌20分鐘后續(xù)需等節(jié)奏把氬氣停掉。連鑄前面一爐吊包1554℃，中包溫度1532℃，該爐鋼水在連鑄開澆后中包測溫從1526℃降至1520℃，直至大包剩80T連鑄報(bào)警降拉速，中包溫度繼續(xù)下降，直至停澆拉速一直未提起來。

通過以上事故分析，造成該問題的直接原因應(yīng)為精煉爐出站溫度控制偏低造成，精煉操作人員對異常溫度判斷經(jīng)驗(yàn)不足，在鋼包溫降異常和進(jìn)精煉鋼水溫度低的情況下，未采取額外的措施，沒有引起足夠的重視，是造成此次事故的直接原因。另外RH爐參照上一爐吊包至中包的溫降，對保溫包溫度沒有引起足夠重視，造成吊包溫度偏低。連鑄在80噸時(shí)出現(xiàn)降拉速報(bào)警，此時(shí)中包1519℃過熱度為7℃，低于異常溫度下限1℃，在臨近下限溫度時(shí)連鑄無報(bào)警，一直處于正常拉速狀態(tài)下，誤以為該爐可以拉完，未提前采取措施，錯(cuò)過了最佳處理時(shí)機(jī)。

根據(jù)事故經(jīng)過和原因分析制定幾項(xiàng)控制措施，首先要加強(qiáng)各班員工的責(zé)任心教育，對異常的溫度要敏感；提高各班對鋼包溫降的判斷能力，加強(qiáng)過程溫度制度的學(xué)習(xí)和掌握。同時(shí)要求連鑄維護(hù)使用好澆鑄過程數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，要求顯示鋼水量、澆鑄時(shí)間、測溫、拉速、噸位等關(guān)鍵信息，精煉爐根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整過程溫度控制。具體工藝規(guī)定要求，下電極時(shí)間短或升溫太快就會(huì)導(dǎo)致后面溫降會(huì)相應(yīng)加快，溫度不容易把握，因此要求異常情況時(shí)，下電極時(shí)間不能太短要求15分鐘；連鑄工序中包溫度臨近下限時(shí)，做好下一爐的協(xié)調(diào)通知調(diào)度室說明情況，做好提前轉(zhuǎn)包準(zhǔn)備。喂完絲必須要保證溫度準(zhǔn)確，喂絲前、后的溫度用兩根槍分別測，出現(xiàn)溫度偏差大于3℃重新測溫，并通知校槍；當(dāng)班鋼包使用前后的狀況必須了解清楚，合理做好溫度補(bǔ)償；控制好精煉渣況不能太稀，防止溫降大不易控制；出現(xiàn)異常溫度問題要快速反應(yīng)，絕不能因小失大。連澆爐次，鋼包在大包回轉(zhuǎn)臺(tái)等待時(shí)間不得超過10分鐘；如因生產(chǎn)節(jié)奏需要提前吊往連鑄的，必須提前報(bào)調(diào)度室之后聯(lián)系LF崗位，吊包溫度按0.5℃/min預(yù)留。

2.5 制定補(bǔ)償規(guī)定

檢修期間因生產(chǎn)不飽和，鋼包準(zhǔn)備不充分，為穩(wěn)定生產(chǎn)對吊包溫度補(bǔ)償作以下規(guī)定，煉鋼和精煉車間要根據(jù)鋼包的情況出鋼，大中小修的新包、非周轉(zhuǎn)包在使用第1爐時(shí)，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和精煉吊包溫度下限提高20℃；在線調(diào)寬、大中小修的新包、非周轉(zhuǎn)包在使用第2-4爐時(shí)，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和精煉吊包溫度下限提高10℃，嚴(yán)禁低于內(nèi)控規(guī)定溫度出鋼。上述鋼包包況情況由精煉車間提前報(bào)調(diào)度室，調(diào)度室通知煉鋼車間所用鋼包包況。

未盡事宜按《煉鋼部分基本操作內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

3過程溫度及溫降控制措施

從出鋼到開始澆注時(shí)的過程溫降，主要分為出鋼過程溫降、精煉工序處理溫降、RH工序處理過程溫降、澆注過程溫降、鋼水運(yùn)輸過程溫降等。出鋼過程溫降與出鋼溫度、出鋼時(shí)間、鋼包烘烤及保溫狀況、合金加入量及烘烤溫度等有直接的關(guān)系。出鋼過程中伴隨著鋼水與包壁的傳熱、合金等加入物料的吸熱、全過程的散熱。精煉工序正常情況下鋼水與包壁間傳熱較小，主要發(fā)生的是加入物料的吸熱、包口與包壁散熱。RH工序主要發(fā)生的是喂線吸熱、真空室傳熱和散熱、包口包壁散熱。連鑄工序主要發(fā)生的是散熱。從各工序來看，散熱伴隨著整個(gè)工藝過程，而傳熱和吸熱發(fā)生在某一特定的環(huán)節(jié)。傳輸原理中對熱量的描述為，溫度差是熱量傳輸?shù)耐苿?dòng)力［1］。實(shí)踐證明，出鋼溫度越高熱損失越大，過程溫降也越大，依據(jù)不同的鋼種，制定合適的工藝路線和出鋼溫度，減少熱損是提高質(zhì)量降低成本最經(jīng)濟(jì)的手段。

3.1 減少異常鋼包使用

鋼包周轉(zhuǎn)使用情況對澆注過程鋼水溫度的變化影響很大，鋼包修砌及下線時(shí)間的長短與鋼包烘烤的效果與鋼水溫降的規(guī)律很難用數(shù)據(jù)量化，同時(shí)受設(shè)備及工藝條件的影響，不能做到從轉(zhuǎn)爐連鑄-鋼包專用，異常鋼包出鋼溫度和澆注溫度較高的問題，一直是制約節(jié)奏和溫度均衡控制的難點(diǎn)。實(shí)施分鋼種運(yùn)用正常周轉(zhuǎn)包過RH的方法能有效降低溫度事故。因此需要精準(zhǔn)調(diào)度，組織安排好每天的生產(chǎn)，在重點(diǎn)鋼種上實(shí)現(xiàn)全使用正常周轉(zhuǎn)包的目標(biāo)，減少異常鋼包的影響。這樣可以滿足部分重點(diǎn)鋼種生產(chǎn)穩(wěn)定順行、溫降可預(yù)測、周轉(zhuǎn)有序的動(dòng)態(tài)管理模式，為整個(gè)生產(chǎn)線的順行提供了保證，提高了各工序的溫度合格率，并杜絕了異常溫度斷澆事故，同時(shí)降低了煉鋼內(nèi)部工序的能耗以及鋼鐵料消耗。

3.2 轉(zhuǎn)爐控制措施

從降低轉(zhuǎn)爐出鋼過程傳熱、吸熱、散熱三方面入手開展工作。提高出鋼鋼包的包內(nèi)溫度降低包壁溫降，鋼包作為儲(chǔ)存鋼水的周轉(zhuǎn)容器，其初期烘烤和保溫性能直接影響轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。通過采用蓄熱式煤氣烘烤裝置，改進(jìn)風(fēng)煤比，提高了鋼包的烘烤溫度，相同時(shí)間的情況下，鋼包內(nèi)襯溫度提高至750℃以上出鋼，與以往相比提升150℃，這有效降低了出鋼過程的傳熱。另外通過鋼包砌筑工藝增加保溫層，改進(jìn)工作層材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)包壁導(dǎo)熱系數(shù)的降低，實(shí)現(xiàn)包壁散熱降低。改進(jìn)前平均在380℃左右，改進(jìn)后降低至340℃以下，溫度散失降低10%以上。改進(jìn)后鋼包包齡與以往相比提高10-20爐，降低大中修鋼包的使用次數(shù)。出鋼過程加入合金對出鋼溫度影響較大，提高合金烘烤溫度能有效降低吸熱溫降。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，鋼水輻射散熱約占總熱量損失的20%［2］，因此出鋼后的保溫對降低鋼包上部輻射散熱十分重要，采用絕熱鋼包覆蓋劑，能有效降低該部位的散熱量。

3.3 精煉控制措施

針對不同的鋼種工藝適當(dāng)優(yōu)化，如LD-RH-CC工藝生產(chǎn)的鋼種，正常鋼包在液相線溫度高的鋼種上使用時(shí)，在不影響節(jié)奏的情況下，要求進(jìn)LF精煉輕處理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的低溫出鋼。針對異常鋼包爐次要求必須進(jìn)LF精煉處理，精煉系統(tǒng)的升溫速率不宜太高，避免使用高壓高流的情況，保證足夠的精煉時(shí)間和充足的吹氬攪拌，實(shí)現(xiàn)鋼水成分溫度均勻，吹氬時(shí)間及強(qiáng)度對鋼水的溫降有影響，開發(fā)利用智能吹氬系統(tǒng)對吹氬工藝進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)不同鋼種不同精煉時(shí)段選擇不同的吹氬模式，實(shí)現(xiàn)定壓定量吹氬標(biāo)準(zhǔn)操作。根據(jù)冶金功能，分精煉時(shí)段設(shè)定不同的壓力流量，實(shí)現(xiàn)快速化渣、提溫，加速鋼渣循環(huán)，杜絕卷渣、二次氧化、吸氣，均勻溫度成分，降低耐材沖刷侵蝕。同時(shí)可進(jìn)行良好的軟吹滿足工藝需求的同時(shí)降低工序溫降2-3℃［2］。優(yōu)化鋼包覆蓋劑配方，采用堿性覆蓋劑覆蓋鋼水面，以增加吸收Al2O3 夾雜物，根據(jù)CaO－Si02－Al2O3三元相圖，優(yōu)化后的堿性覆蓋劑吸收Al203夾雜能力明顯優(yōu)于其他類型的覆蓋劑，且吸收Al203夾雜后覆蓋劑熔點(diǎn)降低，有利于鋼液的進(jìn)一步凈化。同時(shí)溫降小于0.5℃/min，溫降降低明顯。

3.4 RH控制措施

高附加值的鋼產(chǎn)品多數(shù)要經(jīng)過RH處理，保證鋼水正常澆注成坯,溫度必須滿足連鑄要求。該工序影響鋼水溫度的因素有真空室溫度、渣厚、鋼水循環(huán)量及處理時(shí)間、合金化種類和加入數(shù)量、底吹等。在溫度、渣厚、單位循環(huán)量不變的情況下，本廠RH溫降主要取決于循環(huán)時(shí)間、喂線量、底吹攪拌。真空處理3min時(shí)必須測溫，尤其是在真空室溫小于900℃或室內(nèi)發(fā)黑時(shí)尤其注意，以防溫降過大不能達(dá)到結(jié)束后吊包溫度要求，脫碳鋼脫碳期時(shí)降低循環(huán)量能減少溫降。通過控制循環(huán)量、處理時(shí)間、底吹等保證達(dá)到吊包要求的溫度。

3.5 連鑄控制措施

板坯連鑄拉速與方坯相比明顯較慢，配合使用連續(xù)測溫系統(tǒng)和鋼包下渣檢測稱重系統(tǒng)，完全實(shí)現(xiàn)恒定澆鑄，按照“時(shí)間最短、溫降最小、質(zhì)量最優(yōu)”的原則，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐、精煉、RH、連鑄均衡穩(wěn)定的高效生產(chǎn)，降低溫降的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對煉鋼過程溫度的穩(wěn)定控制和低過熱度澆注。改進(jìn)中間包包蓋材質(zhì)改進(jìn)做好保溫工作，減少澆注過程中散熱問題，在澆注過程中使用由鋯質(zhì)耐火纖維模塊制作的中間包包蓋，能有效減少散熱20%。增加中間包保溫層，中間包在外殼包壁和包底溫度超過330℃，溫度較高熱量散失較多，同時(shí)生產(chǎn)隱患較大，通過改進(jìn)中間包內(nèi)襯保溫層，實(shí)現(xiàn)了包壁和包底溫度降低，目前可控制在300℃以下，減少散熱10%左右，提高了中包保溫效果同時(shí)降低溫降和穩(wěn)定過程溫度控制。優(yōu)化中間包烘烤降低過程溫降，根據(jù)包內(nèi)耐材材質(zhì)特性，改造烘烤燒嘴、調(diào)整風(fēng)煤比、大中小火的烘烤時(shí)間，實(shí)現(xiàn)開澆中包內(nèi)襯溫度1000℃以上的目標(biāo)，與以往相比提升近200℃，這顯著降低了鋼水的傳熱，降低開澆溫度10℃［3］。

4結(jié)論

通過采取一系列措施控制各生產(chǎn)工序過程溫度及溫降，優(yōu)化生產(chǎn)工藝及完善溫度制度，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度低控目標(biāo)，轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度降低10-20℃，成本及鋼水質(zhì)量得到有效改善，同時(shí)降低了轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕及鋼包耐材消耗，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的低溫出鋼及穩(wěn)定控制。改進(jìn)前后溫度合格率提高15%以上，隨機(jī)抽改進(jìn)前后幾天的溫度合格率數(shù)據(jù)對比如下，見表1、2。

表1 改進(jìn)前的合格率

表2 改進(jìn)后的合格率

參考文獻(xiàn)

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[3] 左都偉，降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的探索與實(shí)踐［J］．湖南冶金，2003(3):32－35。