降低转炉出钢温度工艺实践

2021-12-10李伟东曹祥王金辉何海龙乔冠男

鞍钢技术 2021年6期

李伟东，曹祥，王金辉，何海龙，乔冠男

（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁鞍山 114021）

“十三”五期间，鞍钢进行了大量的工艺装备升级改造，对拓展品种和提高质量起到了重要作用。但因绝大部分改造仅在原有钢铁生产流程上局部进行，无法兼顾钢铁厂的平面布置改造和生产组织的网络化改造，导致物质流、能量流网络不合理，限制了生产效率的提高。鞍钢股份有限公司炼钢总厂三分厂（以下简称“三分厂”）经过技术改造后，产线内部各工序、装置之间的空间位置、时间节奏和能力匹配发生了较大变化，为保证生产的顺行、降低原材料消耗和能耗、提高铸坯质量，钢水的过程温度管控至关重要，进一步降低转炉出钢温度势在必行。

1 工艺现状

三分厂现有2座180 t顶底复吹转炉，1座LF精炼炉，1座双工位CAS精炼炉，2座RH精炼炉，2台双流板坯连铸机。其中，RH炉钢种生产比率为50%，以汽车板钢和硅钢为主；LF炉钢种生产比率为20%，以汽车结构钢为主；CAS炉钢种生产比率为30%，以冷轧低碳钢为主。钢包从转炉至精炼采用火车运输。

2 出钢温度的影响因素

转炉出钢温度T与钢种的液相线温度T、中间包过热度ΔT、过程温降ΔT有关。对于三分厂工艺流程而言，过程温降主要包括转炉出钢温降ΔT、氩站处理温降ΔT、钢包从氩站运输至二次精炼位的过程温降ΔT、钢包在精炼处理过程温降ΔT、钢包运输至中间包处的过程温降ΔT和钢水在中间包内的温降ΔT。

液相线温度T取决于合金和伴生元素的含量，与钢种成分和连铸机类型有关，无法通过技术攻关进行优化改进。因此降低出钢温度主要是降低过程温降ΔT和降低中间包过热度ΔT。而降低过程温降的关键是减少钢包和中间包的热损失，从而降低钢水在运输和浇注过程中的温降，其次是依靠工艺优化和精细化管理进一步降低钢水在工艺处理过程中的温降。

3 采取的措施

3.1 降低钢包热损失

有关测试研究指出，钢水在钢包内的热损失包括包衬蓄热（包衬接受钢水后升温所需热量）占钢水在钢包中总热损失的45%～50%；包壁散热占20%；钢水表面辐射散热占20%～30%。如果减少钢包的热损失，钢水在钢包内的温降完全可以降低至最小值。

3.1.1 减少包衬蓄热

（1）改进钢包烘烤工艺。采用蓄热式或富氧式烘烤装置，可将离线钢包加热到1 000℃左右。

（2）采用高寿命内装式透气砖代替外装式透气砖。钢包透气砖寿命提高了10次以上，从而缩短了在线钢包的整备时间，同时实施钢包带盖整备，减少了空包散热。

（3）优化生产组织，自主开发钢包定位管理系统。提高钢包到达各个工序的准点率，缩短了钢包空罐和重罐的运行时间，减少了钢包周转数量近30%，钢包的日周转频次提高了0.8次/罐，缩短了空包的等待时间近25 min。实施上述措施后，出钢前空包内壁温度提高了200℃以上。

3.1.2 减少包壁散热

对钢包砌筑工艺进行改进，重点是提高保温层厚度，并在钢包底部自主开发保温层砌筑工艺，保持“保温层+永久衬浇注层”总体厚度不变。经过工业试验，将现有罐壁保温层的纳米微孔隔热毡厚度增加了3 mm，同时改进永久衬浇注工艺、工作衬砌筑工艺，保证了永久衬和工作衬使用寿命不受影响。实施后，重罐钢包外壳表面温度降低了14℃，钢包运输过程温降速率降低了0.16℃/min，显著降低了包壁和包底的散热。

3.1.3 减少钢水表面辐射散热

（1）实施钢包全程加盖，仅在转炉出钢和精炼处理过程中摘盖。跟踪分析得出，空包内表面温度可提高600℃以上，钢水传搁过程温降速率可降低0.2℃/min以上。

（2）改进钢包保温工艺，根据不同钢种顶渣要求制定保温措施。LF炉处理钢种实施造渣工艺前置至转炉工序，控制出钢后渣层厚度不小于80 mm；对于RH处理钢种，转炉工序进行顶渣充分改质，控制渣层厚度不小于80 mm，实践证明钢包渣层厚度控制在80～100 mm时，既不影响精炼工序处理，又能起到较好的顶渣改质和保温效果；针对CAS处理钢种可在顶渣必要改质前提下，根据出钢后温度情况投入一定量的酸性覆盖剂或碳化稻壳加强保温。通过顶渣改质和保温剂加入工艺的优化改进，钢水表面辐射散热情况得到有效控制。

3.2 降低过程温降ΔT总

3.2.1 减少转炉出钢温降（ΔT）

（1）提高转炉不倒炉出钢比率，以减少倒炉温降。三分厂主要生产低磷汽车板钢、低合金钢，这类钢种需要倒炉确认转炉化渣情况，部分炉次需要等样出钢。转炉倒炉、等样过程的温度损失在20℃左右。通过不断优化转炉自动化炼钢模型，提高冶炼终点碳温命中率，逐步取消了低磷钢的倒炉操作，目前已经实现100%不倒炉出钢。

（2）转炉使用大出钢口，缩短出钢时间，从而显著降低出钢过程温降。对出钢前后挡渣工艺进行了改进，采用自主研发的软质挡渣塞进行前挡渣，对下渣检测的灵敏度进行了优化调整，强化后挡渣。随着转炉下渣检测装置配合挡渣塞挡渣技术的不断完善，转炉出钢下渣控制能力得到加强，为大出钢口的应用提供了保障。转炉出钢口直径扩大了20 mm，平均出钢时间缩短了2 min。改进前后RH处理钢种的钢包渣厚统计结果显示，渣厚的均值由92 mm降至87 mm，大于80 mm的比率降低了1.4%，总体看钢包渣厚没有显著的变化，说明大出钢口的应用没有影响转炉下渣量的控制。

（3）优化出钢口维护技术。优化后的出钢口里口维护技术可保证后期出钢口挡渣塞的挡渣成功率和挡渣效果，出钢口外口维护技术可保证后期出钢口出钢过程钢水不散流，减少出钢过程中钢水的辐射散热。

（4）优化转炉脱氧工艺。出钢过程钢包内的脱氧反应程度和脱氧反应的热效应直接影响出钢过程钢水温度损失，因此，要严格控制脱氧剂的加入量和加入时间。一般情况下，在出钢前期加入足够量的强脱氧剂可显著降低出钢温降，但会增加钢水中的氮含量。因此根据钢种成分和工艺特点，相应地改进了转炉终脱氧方法和钢包顶渣改质方法，有效地控制出钢过程钢包内的脱氧反应程度和脱氧反应的热效应。实施上述措施后，转炉出钢温降平均减少了8℃，其中RH处理钢种出钢温降平均减少了15℃。

3.2.2 减少氩站处理温降（ΔT）

转炉出钢后，需在炉后氩站进行预吹氩。钢水底吹氩操作是为了保证钢水温度、成分均匀，有效去除夹杂，但吹氩时间及吹氩强度对钢水温降有一定影响。为控制吹氩过程温降，对吹氩系统工艺和装备进行了改进，形成钢包自动吹氩调整系统。该系统可根据不同钢种设定不同的吹氩模式，而且吹氩过程中对氩气流量进行分段管控，即不同时间采用不同的流量，一般是在前期大气量搅拌，确保温度、成分均匀，后期小气量软吹，促进夹杂物上浮。吹氩效果改进后，相应的降低了各钢种的吹氩时间及后期的吹氩强度，减少吹氩过程温降近2℃。

3.2.3 减少钢包从氩站运输至二次精炼位的过程温降（ΔT）

针对生产组织进行优化，完善炼钢生产组织的工序时刻表,依托自主开发的钢包定位管理系统，实现钢包周转的动态管理，提高钢包运行的准点率，进一步压缩各工序的生产组织时间，以降低钢水罐运输时间为重点，缩短出钢结束至开浇时间，从而减少钢水运输过程温降。工艺实施后，转炉出钢结束至连铸钢包开浇平均间隔时间缩短了9 min。

3.2.4 减少钢包在精炼处理过程温降（ΔT）

精炼处理时间是影响钢水温降的重要因素，其决定了钢水进站的温度。为降低精炼过程钢水温降，首先通过工艺实践不断完善精炼处理的静态模型，随钢包热损失的降低，模型调整的重点是下调精炼的标准升温幅度，缩短升温时间。二是降低精炼合金化时间，将部分精炼合金化任务转移到转炉，并对转炉合金化及氩站吹氩制度进行改进，提高了钢水进精炼的初始成分含量及合格率，这项措施降低了CAS钢种平均处理时间约1.5 min，同时部分RH钢种平均精炼处理时间缩短3.5 min。三是精炼一键式自动化炼钢工艺的开发应用，RH精炼实施一键式炼钢，减少人为干预，精炼处理时间准确率进一步提高。

3.2.5 减少钢包运输至中间包处的过程温降（ΔT）

减少钢包运输至中间包处的过程温降重点是缩短钢水精炼出站至开浇的等待时间。根据各精炼位、连铸机的空间位置，实施专线化生产，RH钢种主供1铸机生产，LF炉钢种主供2铸机生产，CAS精炼对应两台连铸机中间位置，可为两台铸机交叉供钢，从而有效地提高了吊车运行效率，缩短了钢包在精炼跨的运行时间。同时依托钢包定位管理系统，提高钢包到达各个工序的准点率，提高了重罐钢包的运行效率。实施后，精炼出站至开浇的平均等待时间缩短了5.4 min。

3.2.6 减少钢水在中间包内的温降（ΔT）

随着出钢温度的降低，转炉废钢比逐步提高，转炉产能得到进一步释放，为连铸机高速、恒速浇注创造了条件，各类型连铸机的作业率和平均拉速显著提高，单罐浇注时间进一步缩短，降低了钢水在中间包内的总温降。加强中间包密封保护，采用陶瓷纤维毡将中间包盖与中间包上沿之间、中间包各盖之间以及中间包溢流槽、中间包盖上的浇注孔和取样孔密封，并在外部采用中间包喷补料对结合处进行密封，以减少中间包内部的空气流动以及外部的空气进入，减少钢水表面辐射散热。在中间包顶渣上实施了覆盖剂加碳化稻壳的双层保温工艺，减少中间包钢水表面辐射散热，更有利于中间包温度的稳定控制。优化中间包烘烤工艺，采用蓄热式烘烤装置，可在待机位将中间包空包温度加热到1 100℃，空包温度提高了近150℃，减少了包壁对钢水热量的吸收。

3.3 降低中间包过热度（ΔT过）

随着钢包热损失的减少，尤其是中间包内钢水温降的减少，中间包浇注过程钢水温度波动可控制在±5℃内，为中间包低过热度浇注奠定了基础。根据钢种的不同，将中间包目标过热度标准降低了5～10℃，同时通过生产组织的优化，可准确控制中间包目标温度，大幅度减少了中间包温度高的比率，可进一步降低钢水精炼出站温度，从而为降低转炉出钢温度和精炼升温幅度奠定了基础。

4 取得的效果

采取上述措施后，稳定了生产节奏，降低了中间包和钢包的温降速率，改善了中间包保温效果，为实施中间包低过热度浇注创造了条件，中间包过热度随之降低了5～10℃，转炉出钢温度由1 676℃降至1 662℃,降低了14℃，精炼平均升温幅度降低了6℃，从而实现了转炉低温出钢。而且，转炉技术经济指标得到明显提高，其中冶炼终点碳氧积由0.002 3降低至0.001 8，石灰单耗由38.02 kg/t降至35.18 kg/t。产线效率指标得到提高，钢包日平均周转频次由4.6次/罐提高至5.4次/罐，转炉出钢后至开浇平均间隔时间由103 min缩短至94 min，缩短了9 min。