高效化生产降低转炉出钢温度技术攻关

2020-09-17胡敏，王崇

山西冶金 2020年4期

胡敏，王崇

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200）

转炉出钢温度是炼钢生产流程的“血液”，对炼钢生产工艺而言，合适的转炉出钢温度不仅是炼钢操作稳定的基础，也是提高钢铁产品质量、提高企业盈利水平的基础。钢水运行过程的温度是贯穿于整个炼钢生产过程的重要控制参数之一，同时转炉出钢温度的高低直接决定了炼钢系统运行的稳定性。

对炼钢系统的运行控制而言，是在系统运行的炉机对应原则和能耗最小原则的基础上，以拉速决定流量原则和连浇原则为指针，以系统调控策略为尺度，在解析炼钢系统运行过程的时间参数、温度参数和物质量参数的基础上进行综合集成，确立合理的时间推进计划，通过实施对各工序的运行控制，将炼钢系统生产过程组织与生产控制全面展开，逐步实现系统的优化运行。生产过程组织与生产控制既是实施系统运行控制的内容，又是优化系统运行的形式。生产组织水平的高低直接关系到转炉出钢温度、产品的产量和质量[1-2]。

1 降低出钢温度的意义

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。

钢水中氧的溶解度与温度的关系：

从公式（1）中可以看出，转炉终点温度与钢水中的氧含量成正比关系，随着转炉终点温度升高，钢水中的氧含量增加，脱氧剂的使用量增加，合金收得率降低，导致脱氧产物增加，使的钢中夹杂物数量增加，进而对钢水的质量造成影响。同时，过高的转炉出钢温度对转炉工作层砖及钢包工作层砖侵蚀加剧，降低转炉炉龄及钢包包龄，提高了吨钢耐火材料的消耗，耐材夹杂物进入钢水，严重影响钢水质量[3-5]。

2 总体生产工艺流程

京唐公司炼钢部主体设备为4座KR脱硫、2座300 t脱磷转炉、3座300 t脱碳转炉、2座RH精炼炉、1座CAS精炼炉、1座LF炉、4台板坯连铸机，其中1号、2号板坯连铸机生产规格230/250 mm×（1 100～2 150）mm，为2 250 mm热轧提供铸坯，3号、4号板坯连铸机生产规格230/250 mm×（850～1 650）mm，为1 580 mm热轧提供铸坯，见图1。

图1 炼钢-连铸生产工艺流程

3 降低转炉出钢温度技术措施

转炉出钢温度的确定：转炉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至浇铸过程中钢液的温度降低值，即：

应用六西格玛思想对影响因素进行分析，从全流程中找出关键环节进行改善，缩短转炉冶炼周期，提高生产节奏，对于提高全流程生产管控水平至关重要。

3.1 缩短转炉冶炼周期

转炉工序常规冶炼周期42 min，“全三脱”冶炼周期在35 min，“全三脱”冶炼周期匹配铸机浇注周期，但常规冶炼周期明显高于铸机浇注周期，所以降低转炉常规冶炼周期成为主要研究内容。降低常规冶炼周期，目标控制在38 min以内，具体措施如下：

1）结合降低出钢温度攻关措施，做好日常转炉二级模型维护工作，优化二级模型边界自学习条件，稳定并提高终点命中率，实现转炉终点不测量温度T、S含量、O含量直接出钢，缩短转炉生产周期2 min。

2）开展氧枪喷头及底吹模型技术研究，提高炉内钢水搅拌效果，降低常规转炉终渣TFe，目标控制在17%以内，低TFe含量炉渣结合溅渣操作优化，改善炉渣特性提高炉渣熔点从而提升溅渣层的耐侵蚀度，结合降低出钢温度降低炉渣渣量，缩短溅渣及倒渣时间0.5～1.0 min。

3）出钢口进行改造优化，在满足生产的前提下将出钢口口径变大，进一步缩短转炉出钢时间0.5～1.0 min。

3.2 提高转炉脱磷率，减少等样时间

正常情况下转炉测完温度T、S含量、O含量后会马上进入出钢环节，但实际生产中有相当一部分炉次测完温度T、S含量、O含量至开始出钢间隔时间偏长，对测完温度T、S含量、O含量至开始出钢间隔时间≥1.5 min的炉次进行分析，有76.3%的炉次是因为等样时间长或终点温度高。

个别炉次因为过程化渣或终点温度控制较高会导致脱磷效果差，终点磷含量偏高，此时选择等样出钢。若温度T、S含量、O含量样返回磷含量明显偏高，则有机会进行后吹补救，避免造成磷高改炼甚至回炉等事故。但等样操作会造成转炉冶炼周期延长，不利于生产的稳定顺行。

3.3 缩短炉内待钢时间

1）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，尽量避免钢水温度大幅波动。

2）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、炉前等成分和出钢前等钢包等。

3）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。

4）冶炼炉数较少时，可以采取封炉措施。有效减少转炉空置时间，从而降低炉温下降。

3.4 合理控制钢包周转数量

钢包周转时，在满足正常生产的情况下必须严格控制钢包的周转数量，提高钢包周转效率，降低钢包周转时间，提高钢包内衬温度。

按每班12 h，钢包周转时间为t，钢包周转个数可由公式（3）计算得出：

式中：N为钢包使用个数；Xmax为每班冶炼最大炉数，炉；60代表将小时换算为分钟。

由式（3）可确定钢包使用个数、每班冶炼炉数与钢包运行周时间的关系[6-8]。

加强钢包周转的统筹安排和精细化管理，钢包周转数量，1台铸机浇钢周转4～5个钢包，2台铸机浇钢周转8～9个钢包，3台铸机浇钢周转12～13个钢包。

根据京唐公司品种结构及产量的安排，3台铸机生产时钢包的投用数量控制在13个以内，双联钢种冶炼时控制在14个以内。通过以上措施的实施，钢包周转的节奏明显加快，钢包周转时间降低21.6 min至190.0 min，为提高铸机拉速，加快生产节奏提供了有效支撑。

3.5 严密生产组织控制

为保证炼钢-连铸生产过程物流的畅通与顺行，炼钢-连铸生产流程中的物流调控应遵循以下原则[9]：

1）一炉对一机原则。对生产模式是指定炉对定机，一炉对一机；对钢包周转是指钢包与转炉对应，钢包与钢种对应；对生产组织是指转炉与连铸机对应。这一原则为炼钢厂生产组织与系统调控提出了一种简便的管理模式，体现了以连铸为中心进行生产的指导思想，是运用计算机实施调度管理的基础。

2）钢水温降最小原则。钢包作为钢水运行的载体，钢包周转过程钢水的温降占炼钢厂生产过程钢水温降的一大部分，通过缩短钢包周转过程中的“柔性时间”，加快钢包的周转，降低钢包周转过程的钢水温降，可有效地降低过程温降，进而降低转炉出钢温度。

3）铸机最大连浇炉数原则。在保证连浇的基础上，铸机连浇炉数越多越经济。最大连浇炉数与中间包的使用寿命、转炉的最长连续生产时间有关。重点考虑炉机匹配、中间包的寿命、设备检修计划等约束条件下，通过相应的算法，确定经济、合理的最大连浇炉数。

4）铸机尽可能连浇原则。通过经济性测算，计算出最小的连浇炉数，在大于此炉数的前提下组织生产。实际生产过程中严格避免为了追求单一连铸机的最大连浇炉数，而破坏其他连铸机的连续生产。最大连浇炉数要在各台连铸机尽可能连浇、物流运行合理的前提下实现，充分利用各台连铸机的生产能力，保持物流在整个连铸工序内的平衡。

5）铸机专线化生产。超低碳钢生产线：1号铸机配有铸坯火焰清理设备，满足汽车板产品高拉速、高表面质量的要求。双联品种（如X70-X80）生产线：精炼（LF+RH）双联品种多为高合金包晶钢，对铸坯质量提出较高要求，目前2号铸机具有倒角结晶器，对改善此类钢种铸坯质量有很好的效果，可满足生产高级别管线钢、车轮钢、防爆钢的质量要求。LCAK钢（含低碳马口铁）生产线：3号、4号铸机相对断面小，主要以生产低碳钢为主，满足家电板、镀锡等低碳高端产品高拉速、高表面质量的要求。

4 炼钢部专线化生产组织

铸机工装原则的目的是根据铸机设备功能差异，充分发挥不同设备功能优势。在产线原则和铸机断面原则的基础上，充分利用好铸机工装原则。目前1号、3号铸机配备电磁制动结晶器，2号铸机配备倒角结晶器，1号、2号铸机具备在线火焰清理条件。在具体浇次安排时，按如下要求安排生产：

1）3号铸机安装了结晶器流场电磁控制，满足家电板等低碳高端产品高拉速、高表面质量的要求。目前这些钢的生产任务充足，2号RH专门生产SPHC、SDC01、SDC03等低碳品种，工人的操作水平越来越高，生产节奏越来越快。因此，围绕3号铸机和2号RH精炼，可形成“低碳钢高效化兼顾小断面品种生产线”。

2）2号铸机装备倒角结晶器，满足生产Q550D、J55、510L、SS400B等易裂钢种的要求。同时X70、X80等高端产品的铸坯断面一般比较大，拉速不高，约1.1 m/min，没有必要使用结晶器流场电磁控制，而且铸坯表面质量要求较高，需经铸坯火焰清理。因此，选择2号铸机，可形成“热轧易裂、高端产品生产线”。

3）1号铸机配备有电场制动结晶器，而且后面配有铸坯火焰清理装置。完全满足汽车板等低碳高端产品高拉速、高表面质量的要求。因此，选择1号铸机，围绕1号RH精炼形成“汽车板专业生产线”。

4）4号铸机作为一台机动铸机，以生产CAS精炼处理的品种为主，当然也可以生产2号RH精炼处理的品种。生产组织以1号连铸机、2号连铸机、3号连铸机为主，4号连铸机辅助生产。