張仕洋，解文中，王 勇，宋 健

(馬鞍山鋼鐵有限公司長(zhǎng)材事業(yè)部，安徽 馬鞍山 243000)

對(duì)煉鋼廠來(lái)說(shuō)，鋼水溫度不僅是煉鋼操作穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是獲得良好鑄坯的基礎(chǔ)，鋼水的過(guò)程溫度是貫穿整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過(guò)程的主要控制參數(shù)之一。

隨著轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的提高，鋼的氧含量會(huì)大幅度增加，帶來(lái)轉(zhuǎn)爐脫氧劑的用量增加，合金的收得率降低。過(guò)高的出鋼溫度會(huì)腐蝕濺渣層，從而直接侵蝕爐襯磚，增加了轉(zhuǎn)爐耐材消耗，降低了轉(zhuǎn)爐爐齡。出鋼溫度過(guò)高對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量也不利。一方面增加了脫氧產(chǎn)物，使鋼水中夾雜物增加；另一方面，由于對(duì)耐材的侵蝕加劇，會(huì)流入鋼中，形成夾雜。因此，降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，對(duì)合金收得率、轉(zhuǎn)爐爐況、產(chǎn)品質(zhì)量、鋼鐵料消耗指標(biāo)以及成本均具有積極意義。

文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，為了有效降低出鋼溫度，國(guó)內(nèi)鋼廠開展了一系列生產(chǎn)實(shí)踐。概括來(lái)說(shuō)，主要從提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中、縮短冶煉周期、降低出鋼溫降、減少鋼水罐周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)、鋼水罐吹氬強(qiáng)度優(yōu)化、鋼水罐保溫層砌筑、提高鑄機(jī)拉速、降低過(guò)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(chǔ)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(diǎn)關(guān)注于高效化生產(chǎn)，韶關(guān)鋼鐵鄧長(zhǎng)付等[7]提出優(yōu)化出鋼過(guò)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(yīng)用，唐鋼孫建勇等[9]基于物料平衡、熱平衡計(jì)算確保吹煉過(guò)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(xiàn)狀

馬鋼煉鋼廠生產(chǎn)的HRB400EA屬于方坯直上鋼種，工藝路徑為：120 t轉(zhuǎn)爐→吹氬站→150 mm×150 mm方坯連鑄，其轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分及過(guò)程溫度控制要求如表1所示。

表1 HRB400EA轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分及過(guò)程溫度要求

HRB400EA作為產(chǎn)量較大的單個(gè)品種，2020年其產(chǎn)量占總產(chǎn)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(guò)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(wèn)題：(1)方坯鑄機(jī)冷床能力不足，影響拉速提升，澆注周期(44 min)偏長(zhǎng)；(2)鋼水吊運(yùn)至連鑄臺(tái)需轉(zhuǎn)向90°，且轉(zhuǎn)爐和鑄機(jī)被LF爐隔開，鋼水上臺(tái)需占用3#LF西工位通道，物流不暢，吊運(yùn)時(shí)間(16 min)偏長(zhǎng)；(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(tái)高度、鋼水罐爐口粘渣以及鋼水罐蓋如何周轉(zhuǎn)等因素，鋼水罐未能實(shí)現(xiàn)加蓋。

2 降低出鋼溫度的措施

轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐出鋼溫度，T凝為鋼液凝固溫度，α為鋼液過(guò)熱度，△t1為出鋼至開澆過(guò)程鋼水罐內(nèi)鋼水溫降，△t2為鋼水罐至中間包鋼水溫降。按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(guò)程溫度損失。同時(shí)，轉(zhuǎn)爐應(yīng)以T出為目標(biāo)值，控制過(guò)程均勻升溫，避免一倒溫度過(guò)高或過(guò)低。

2.1 建立熱平衡靜態(tài)計(jì)算模型

轉(zhuǎn)爐降低出鋼溫度就是要控制吹煉的過(guò)程溫度，使開吹到終點(diǎn)的溫度曲線盡量呈一種逐漸上升的趨勢(shì)。過(guò)程溫度來(lái)源于轉(zhuǎn)爐物理熱與化學(xué)熱的供給情況，歸根結(jié)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(shí)掌握該爐次熱平衡是否富余，基于各物料的熱效應(yīng)，建立熱平衡靜態(tài)計(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)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(yīng)如表2所示，正值代表放熱，負(fù)值代表吸熱。根據(jù)模型計(jì)算得出的結(jié)果，指導(dǎo)轉(zhuǎn)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(diào)。

表2 物料熱效應(yīng)對(duì)照表 單位：℃/t

2.2 縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

(1)縮短主吹煉時(shí)間。120噸轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場(chǎng)使用氧槍噴頭為四孔鑄造噴頭，噴頭參數(shù)為：中心傾角12°，喉口37.9 mm，出口49.2 mm，噴頭設(shè)計(jì)馬赫數(shù)為2.0。通過(guò)將氧槍流量由21000～22000 Nm3/h逐步提升至24000～25000 Nm3/h，供氧強(qiáng)度達(dá)到3.33 Nm3/(t·min)以上，主吹煉時(shí)間減少1分37秒。

(2)一倒接近終點(diǎn)，減少補(bǔ)吹時(shí)間?；跓崞胶饽Ｐ?，轉(zhuǎn)爐按照終點(diǎn)碳含量0.09%、終點(diǎn)溫度1660 ℃的目標(biāo)控制吹煉過(guò)程，一倒接近終點(diǎn)，補(bǔ)吹時(shí)間縮短27秒。

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

(4)減少加料時(shí)間。高產(chǎn)條件對(duì)兌鐵及加廢鋼的速度同樣提出更高要求，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，兌鐵、加廢鋼停等時(shí)間減少，速度加快，加料時(shí)間縮短1分3秒。

(5)縮短濺渣時(shí)間。通過(guò)固定倒?fàn)t倒渣角度，留合適的渣量濺渣，過(guò)氧化爐次采用出完鋼先倒渣后濺渣，轉(zhuǎn)爐濺渣時(shí)間縮短了21秒，同時(shí)也減少了濺渣熱量損失。

通過(guò)采取以上措施，轉(zhuǎn)爐冶煉周期達(dá)到35分03秒，較改進(jìn)前縮短4分48秒。轉(zhuǎn)爐冶煉周期加快后，轉(zhuǎn)爐和鋼水罐蓄熱性改善，有利于出鋼溫度的降低。

表3 轉(zhuǎn)爐冶煉周期統(tǒng)計(jì)表

2.3 應(yīng)用爐后合金烘烤

HRB400EA出鋼過(guò)程每爐合金加入量共計(jì)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(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均值為73 ℃。為減少出鋼溫降，去除爐后現(xiàn)有的合金料倉(cāng)，在旋轉(zhuǎn)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(guò)旁通溜槽加入旋轉(zhuǎn)溜槽中。按照合金加熱終點(diǎn)溫度400 ℃計(jì)算，則爐后合金加熱理論可降低出鋼溫降7.40 ℃，測(cè)算采用的參數(shù)如表4所示。

表4 合金加熱理論貢獻(xiàn)溫度測(cè)算表

2.4 鋼水罐蓄熱改進(jìn)

2.4.1 氬站烘罐

因現(xiàn)有設(shè)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(diào)整鋼水罐烘烤時(shí)間和方式，采用先灌砂后烘烤。2021年以來(lái)，氬站烘罐比例最高達(dá)70.5%。連鑄拉速提升后，鋼水罐周轉(zhuǎn)節(jié)奏加快，可供烘烤的時(shí)間減少或來(lái)不及烘烤，鋼水罐烘烤效果受到影響。

2.4.2 改進(jìn)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(guò)程中鋼水的溫度損失，從優(yōu)化和改進(jìn)鋼水罐保溫層耐材入手，同時(shí)結(jié)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(qiáng)度等要求，使用導(dǎo)熱系數(shù)為0.046 W/m·K的新型復(fù)合反射絕熱板，代替我廠使用的導(dǎo)熱系數(shù)為0.20 W/m·K普通纖維保溫板，以期達(dá)到較好的鋼水罐保溫效果。復(fù)合反射絕熱板是采用反射率較高的金屬鋁箔、導(dǎo)熱系數(shù)極低的納米玻璃纖維布、粉漿層，由復(fù)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(zhuǎn)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(shí)間可達(dá)30 h以上，連澆爐數(shù)可達(dá)40爐以上，澆注前、中、后期鋼水罐周轉(zhuǎn)、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(duì)此品種，劃分了第1爐、第2～8爐以及第9爐及后續(xù)三個(gè)階段，每個(gè)階段出鋼溫度依次遞減，具體溫度控制要求見(jiàn)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(jī)提速

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

2.6.1 冷卻系統(tǒng)改進(jìn)

由于拉速的大幅提升，為了保證鑄坯出結(jié)晶器后坯殼的安全厚度，加大足輥及二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)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(shí)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(tái)下集群控制系統(tǒng)的改進(jìn)

(1)提高割槍速度。由于設(shè)計(jì)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(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，故將割槍割速提升至300 mm/min。(2)縮短翻鋼時(shí)間。由于拉速的提升，鑄坯溫度過(guò)高易彎曲，為保證鑄坯能夠盡早的進(jìn)入冷床，故將翻鋼時(shí)間由15 s/次減少至10 s/次。

2.6.3 擋渣桶的改進(jìn)

在直上鋼種的連澆生產(chǎn)中，由于拉速是靠中包鋼水靜壓力來(lái)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(jìn)行一次中包排渣操作，使得拉速不會(huì)下降。但由于擋渣桶的構(gòu)造問(wèn)題，會(huì)使得在每次在排渣過(guò)程中部分渣子都會(huì)流入中包澆鑄區(qū)卻無(wú)法流回沖擊區(qū)，每當(dāng)?shù)搅嗽摑泊蔚闹泻笃?，澆鑄區(qū)的渣子就會(huì)變多，致使拉速下降，從而無(wú)法達(dá)到目標(biāo)拉速。為了解決這個(gè)問(wèn)題，將擋渣桶兩個(gè)面上部中間部位挖出兩個(gè)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(shí)排除，從而在中后期也能達(dá)到目標(biāo)拉速。

2021年以來(lái)，滿流澆注情況下，方坯拉速不斷提升，目前HRB400EA鑄機(jī)6流總通鋼量最高達(dá)到3.19 t/min，對(duì)應(yīng)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(dòng)整個(gè)溫度體系下移。由中間罐溫度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，HRB400EA中間罐溫度均值最低降至1532.5 ℃，對(duì)應(yīng)鋼水過(guò)熱度17.5 ℃。中間罐溫度基本按中下限控制。

圖1 HRB400EA鑄機(jī)6流總通鋼量變化趨勢(shì)

3 應(yīng)用效果

上述措施實(shí)施后，HRB400EA出鋼溫度穩(wěn)步下降，效果顯著，2021年各月數(shù)據(jù)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(jì)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(shì)