低过热度浇注的中间包烘烤技术优化

□乔 燕

一、研究背景

在钢水运转中有一个至关重要的工具——中间包，中间包是用来盛钢水的贮运罐，它在运转过程中主要起贮存、保温等功效。所以说完善中间包烘烤制度，对于钢铁行业节能生产有着重要的意义。

济钢第一炼钢厂的展军［1］等人通过不懈努力，改造了连铸机中间包烘烤工艺。刘学君［2］等人改进了本钢一期连铸引进的中间包烘烤装置。欧俭平［4，5，6］在钢包的烘烤过程运用了高温空气燃烧技术，并且还对蓄热式钢包烘烤过程进行了数值模拟，详细探讨了高温空气燃烧技术的燃烧特性。因此，本文探讨的重点是如何使中间包烘烤工艺达到最好的效果。

二、研究内容

目前，烘烤工艺依然存在烘烤时间长、烘烤温度均匀性差、烘烤效率低等问题，针对这些问题建立了中间包烘烤数学模型，对中间包烘烤过程进行了瞬态模拟，使用的软件是STAR-CD这类商业数值模拟软件，将新设计的72分钟烘烤方案与传统120分钟方案进行了对比，并通过模拟得以验证。

三、中间包烘烤几何模型的尺寸及边界条件

两流连铸中间包被选为本模型的研究对象，并且对其进行数值模拟，图1是中间包的形状和尺寸:

图1 中间包的形状和尺寸

入口部分使用的是Dirichlet边界条件，入口速度可以直接设定，煤气流量和空气流量都是标准状下流量，计算时需将其用理想气体方程换算为相应温度下的流量。采用燃气为转炉煤气，其热值为7，413kJ/m3，空气过剩系数为1.1，环境压力101.325kPa，计算区域的初始速度为0，初始温度为293K，燃料和空气预热温度为1，273K，转炉煤气主要成分有:60.2%的一氧化碳，14.6%的二氧化碳，1.3%的氢气，18.%的氮气，0.2%的氧气，5.7%的水蒸气。

蓄热式中间包的烧嘴是成对布置的，煤气入口的尺寸是220×110毫米，空气入口的尺寸是280×150毫米，空气与煤气入口的距离是427.5毫米，入口与出口间的尺寸是957.0毫米，换向周期是3分钟。

中间包内衬按导热固体边界条件进行处理，燃料和空气预热温度为1，273K，表面黑度为0.8，中间包外表面设定固定温度353K，近壁面采用壁面函数法加以求解，包衬内无热源，温度变化由包衬材料的导热系数确定。

出口的部分使用标准边界条件，速度、温度和组分为充分发展的状态。

四、中间包烘烤终点结果分析

图2 烘烤终点包底温度分布图

图3 烘烤终点宽包壁温度分布图

图4 烘烤终点窄包壁温度分布图

图2为中间包烘烤结束时包底温度分布图。通过烘烤终点包底温度分布可以看出，三幅温度分布图的燃烧轨迹非常相似，并且温度最高、分布最均匀的位置是在中间包底部，之所以会这样主要有两方面的原因:一是直接接触火焰外焰的是中间包底部，而烘烤时主要靠火焰的外焰进行加热，所以烘烤效果最好;二是包底温度分布更为均匀主要是受包底强烈的烟气回流作用影响。

宽包壁温度分布图(达到烘烤终点时)见图3，图上只显示了一边宽包壁温度，因为包称是对称的。通过图3可以看出，达到烘烤终点时，在相同的位置，新设计的72分钟烘烤温度明显高于传统120分钟烘烤，并且新设计的72分钟烘烤方案下高温区域明显扩大，烘烤温度分布均匀性也较好。

从烘烤终点宽包壁温度分布来看，温度最高的地方是在宽包壁的中心位置，随着位置越来越远离中心，温度也越来越低，之所以会这样是因为宽包壁中心位置离火焰最近，温度也最高，自然远离火焰的位置温度也会比较低。

图4为达到烘烤终点时，窄包壁温度分布图，通过烘烤终点窄包壁温度分布可以看出，经由改进的烘烤制度进一步扩大了高温区，但是相比较宽包壁，窄包壁离烘烤火焰较远，导致加热不够充分，造成了窄包壁的温度整体低于宽包壁及包底的烘烤终点温度的结果。

传统120分钟烘烤煤气流量使用分析如下:烘烤时间为0～30分钟时，煤气流量为每小时200立方米，煤气使用量为100立方米。烘烤时间为30～50分钟时，煤气流量为每小时500立方米，煤气使用量为167立方米。烘烤时间为50～70分钟时，煤气流量为每小时700立方米，煤气使用量为233立方米。烘烤时间为70～120分钟时，煤气流量为每小时800立方米，煤气使用量为667立方米。煤气使用总量为1，167立方米。

改进后72分钟烘烤煤气流量使用分析如下:烘烤时间为0～15分钟时，煤气流量为每小时300立方米，煤气使用量为75立方米。烘烤时间为15～45分钟时，煤气流量为每小时800立方米，煤气使用量为400立方米。烘烤时间为45～57分钟时，煤气流量为每小时1，000立方米，煤气使用量为200立方米。烘烤时间为57～72分钟时，煤气流量为每小时1，200立方米，煤气使用量为300立方米。煤气使用总量为975立方米。

五、结语

通过对烘烤终点包衬温度分布图的对比可以得出，相比较于传统的120分钟烘烤制度，新设计的72分钟烘烤制度的优点主要有:烘烤温度均匀性好，明显扩大了高温区域。在煤气用量方面，新设计的72分钟烘烤制明显少于传统的120分钟烘烤制度，并且缩短了烘烤时间，烘烤效果也比传统烘烤要好。现场实际烘烤过程可以参考新设计的烘烤制度。

［1］展军，康雯雯.连铸机中间罐烘烤改造［J］.山东冶金，2004，26(1)

［2］刘学君，黄小东，黄国龙等.中间罐烘烤装置的改进［J］.冶金能源，2001，20(2)

［3］职建军，郑贻裕，崔健等.宝钢连铸中间包热状态测试和分析［J］.钢铁，2002，37(1)

［4］欧俭平，詹树华.蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析［J］.矿冶，2003，12(4)

［5］欧俭平，蒋绍坚.蓄热式钢包烘烤过程中包内高温低氧特性的数值模拟［J］.过程工程学报，2004，4(3)

［6］欧俭平，詹树华.蓄热式钢包烘烤的数值模拟［J］.钢铁研究学报，2005，17(1)