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沙钢铁钢界面铁水包多功能化技术运行分析

王卫东

（江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港２１５６２５）

摘　要：通过对沙钢铁钢界面铁水包多功能化技术的铁水出准率、铁水包周转系数、铁水温降、尾包等生产数据的分析，研究了目前沙钢铁水包多功能化技术的运行特点和效果，讨论了铁水温降速率、铁水包保温性能、铁水包烘烤、尾包管理等概念性问题，提出了提高铁水包多功能化技术运行水平的途径，以体现该技术更加明显的优势。

关 键 词：多功能铁水包；铁水包周转；铁水温度；效果

铁水包多功能化作为一项创新的钢铁界面技术，于２００４年３月首次在沙钢６５０万ｔ钢板工程中研发应用。实践证明，该技术在节能减排、环境保护、节约用地、节省投资、降低运行成本等方面对企业产生了显著的经济效益，对社会具有良好的环保效益。

１　铁水包多功能化技术简介

铁钢界面铁水包多功能化技术就是采用集铁水承接、运输、缓冲、预处理、转炉兑铁多功能于一体的铁水包，从高炉接铁水运到炼钢，不倒包直接进行预处理后兑入转炉。采用多功能铁水包取消了鱼雷罐车、罐口清理站、铁钢之间的称量、铁水倒包站和除尘设施，铁钢区域布置紧凑，输送线路短、物流顺畅、工序界面简捷，生产高度衔接。铁钢界面铁水包多功能化工艺流程见图１。

２　沙钢铁钢界面采用铁水包多功能化

技术的工艺设备配置　　沙钢铁钢界面采用铁水包多功能化技术的工艺设备配置由３座２　５００ｍ３高炉、１座５　８００ｍ３高炉、２个各配置３座１８０ｔ转炉的炼钢车间组成（实际运行６吹５）。高炉承接铁水采用１８０ｔ铁水包，与转炉容量匹配，实现质量对应。采用准轨铁路运输铁水，运输距离近端３３０ｍ，远端１　５００ｍ。

３　铁水出准率

采用铁水包多功能化技术决定了必须在铁水包受铁时实现铁水准确装入，后续工序环节难以改变铁水包装载量，因此，高炉出铁场受铁工位铁水称重既要满足铁水安全装入、生产统计需要，又要达到转炉冶炼所需的恒质量精度要求，是铁水包多功能化的关键技术之一。沙钢采用无基坑、不断轨、连续称重轨道衡，运用整体台面和准确的定位技术，实现了转炉炼钢要求铁水计量误差控制在±１ｔ以内的需求。实际重包铁水装入量控制在 ±１ｔ以内的占９８．８９％。图２为重包铁水装入量偏差分布图，可以看出，称重数据完全符合１６５ｔ控制要求的比例占７．４７％，偏差从０．１ｔ至１．０ｔ的比例逐渐减小，偏差在０．５ｔ之内的占７１．４４％，偏差超过１ｔ的比例为１．１１％。

４　铁水包周转系数

传统工艺流程（鱼雷罐）一般设计周转系数为２．５，鱼雷罐周转时间为５７６ｍｉｎ。沙钢铁水包多功能化工艺流程，设计周转系数为６，铁水包周转时间为２４０ｍｉｎ，各时段分配见表１。

采用铁水包多功能化技术，简化了铁钢界面工艺流程，铁钢区域布置紧凑，输送线路短、物流顺畅、生产高效衔接，为铁水包快速周转提供了硬件保障，但真正实现铁水包快速周转还需要技术和管理等软件支撑。

１）铁水包在线快速编组技术：取消机车编组站。由于铁水包与承载车辆可以灵活搭配，利用兑铁行车，并且不增加行车吊运次数就能实现铁水包在线编组，炼钢能够实现铁水包“先进先出”。

２）铁水包在线运行调度技术：建立公司和分厂“两位一体”集中调度的原则，开发了铁水包在线运行的调度模型，实时在线监控铁水包的运行状况，实施铁水包在线清理，炼铁延续炼钢实行“先到先出”，重包“一包一送”，尾包及时补满，可有效减少铁水包数量，加快铁水包周转，空包时间控制在１８０ｍｉｎ以内，实际周转时间平均为２２８ｍｉｎ。

３）炼钢主导铁水包“全生命周期管理”：传统流程铁水包（或鱼雷罐）管理并不由炼钢负责，上线铁水包数量以满足高炉出铁安全、方便为主要考虑因素。沙钢首创炼钢主导铁水包“全生命周期管理”，则在保证高炉安全性的前提下，尽最大可能地追求满足炼钢生产节奏和对铁水温度的要求，大大减少了铁水包投入数量。开发了铁水包全生命周期计算机管理系统，实现铁水包上线、下线、清理、维修和烘烤的全过程管理。

５　铁水温降比较

传统工艺流程（鱼雷罐）：高炉—鱼雷罐—兑铁包—铁水预处理—转炉。铁水包多功能化工艺流程：高炉—铁水包—铁水预处理—转炉。

由上述工艺流程对比可见，高炉出铁至铁水预处理前的温度差能代表２种不同流程温降，避免了铁水预处理工艺不同对流程温降比较的影响。沙钢铁水包多功能化工艺流程，经实测统计，平均周转时间为２２８ｍｉｎ，从高炉出铁１　４９７℃至铁水预处理前１　４０４℃，在铁水包不加盖的情况下平均温降为９３℃。

分析国内某钢铁厂传统工艺流程（２５００ｍ３高炉－２６０ｔ鱼雷罐－１８０ｔ转炉）生产运行资料，平均周转时间为４５５ｍｉｎ，对应的平均温降为１４９℃ 。由于减少一次倒包，并且铁水包周转加快，沙钢铁水包多功能化工艺流程比传统工艺流程（鱼雷罐）减少温降约５６℃。

６　铁水温降速率

根据一般原理，影响铁水温降的因素可归纳为温降速率与时间。按前述温降对比方法（高炉－铁水预处理），铁水包多功能化工艺流程温降分析可分解为受铁、等待、运输、等待、铁水预处理等过程。受铁过程铁水温降，主要为铁水入罐前的空冷和至装满铁水前铁水在罐中的散热，大体可认为铁水表面与空气接触部分的散热和铁水与内衬接触部分的散热。上部散热同时存在辐射和对流换热，对应一定的温降速率，与装入时间有关；内衬接触部分的散热主要为对流换热，取决于内衬温度和对流换热系数，与空包时间和铁水包保温性能有关。因此，受铁过程温降主要取决于装入时间、空包时间和铁水包保温性能。

等待和运输过程铁水温降，由于罐内的铁水质量和换热面均不再发生变化，内衬热容量也可认为达到饱和，等待和运输过程的铁水温降基本相似，只是对流换热系数不同，分别为自然对流和强制对流，对应不同的温降速率，与等待和运输时间及铁水包保温性能有关。

由此可见，铁水包多功能化工艺流程影响铁水温降的因素（高炉－铁水预处理）：①装入时间，装入时间与出铁流量和铁水装入量有关，高炉与转炉容量确定后，铁水包平均装入时间基本固定。②空包时间与重包时间，即铁水包周转时间。③铁水包保温性能。其中②和③对应了影响铁水温降的２个基本因素。

７　铁水包保温性能

沙钢多功能铁水包采用无动力铁水包车，柴油动力机车牵引，准轨铁路运输，设计未考虑铁水包加盖。生产运行结果表明，铁水包不加盖，其铁水温降速率高于鱼雷罐，铁水包加盖对减少铁水温降的预期效果比较大。沙钢１８０ｔ铁水包温降见图３。

根据鞍钢相关资料，铁水包装满铁水，其损失热量分 布 为：铁 水 表 面 热 辐 射 和 对 流 损 失２０％ ～３０％，包壳综合散热２０％，内衬蓄热损失４５％ ～５０％。内衬蓄热损失占的比重最大。内衬蓄热损失主要是空包空冷造成。铁水包加盖对减少内衬热损失效果明显，同时对减少铁水表面热辐射损失也有较好效果。

铁水包加盖，其温降速率如视为与鱼雷罐相同，按沙钢已达到的铁水包周转系数，理论上可再减少温降１０～１５℃。通过检测还发现，目前各钢厂普遍使用的铁水包或鱼雷罐重包时的外壳温度为２００℃左右，超出设计值，保温效果不佳。如改进内衬结构和尺寸，选择合适的内衬材料，以及将平底铁水包改为球形底，可提高铁水包保温性能。

北科大与宝钢的研究报告认为，鱼雷罐增设３ｍｍ隔热板，铁水温降相对减少５．６６６℃，增设１２ｍｍ 隔热板，铁水温降相对减少１６．４５℃。该报告还表明，铁水包容量也与铁水温降速率有关。根据宝钢对鱼雷罐运输过程中铁水温降的测定，铁水量每增加１０ｔ，铁水温降平均减小３．９４℃。日本川崎制铁千叶厂为了减少铁水在运输、脱磷过程中的温度损失，对混铁车车体进行了扩大容量的改造，使其铁水装入量从２５０ｔ提高到３４０ｔ，结果其铁水运输过程中的温降平均减少了２５℃。

８　铁水包烘烤

相关文献表明，冷包烘烤２ｈ，内衬温度可达到１　０００℃以上，上下温差小于５０℃ ，主线周转包烘烤８～２０ｍｉｎ，烘包温度可从４００℃升到１　０００℃，甚至更高，提高铁水温度２０℃以上。

为降低铁水包空包温降，沙钢在高炉出铁工位前设置了铁水包烘烤器，见图４。

沙钢１８０ｔ铁水包自然空冷曲线见图５。

　铁水包经过出铁前的烘烤，能解决内衬热损失，减少铁水温降，但需要消耗一定能源。实际生产中，由于沙钢强调铁水包快速周转，对空包时间进行管理，高炉出铁实行“一包一送”，图４所示２～４工位没有空铁水包等待，烘烤器只在高炉休风时使用，防止空包时间长引发铁水包穿包。

关于热备用铁水包烘烤。沙钢铁水包多功能化流程中，热备用铁水包为离线烘烤，上线要经过“停止烘烤－揭盖－吊运－过跨－吊运”等环节。鉴于热备用铁水包上线不便，铁水包周转系数设计留有余量，具有一定缓冲功能，保证高炉与转炉生产节奏的合理衔接。如将烘烤位设置在靠近高炉的运输铁路线非正常运行段，并将热备用铁水包放到包车上进行在线烘烤，可实现热备用铁水包快速投包，铁水包周转系数设计留有的余量可进一步压缩，减少在线铁水包数量，缩短铁水包周转时间，提高系统运行水平。

９　尾包管理

高炉稳定、连续的生产过程是指它的冶炼过程。而对于炉前作业而言，高炉出铁是间歇性的，高炉的每个铁次做不到出铁质量恒定，每个铁次所排出的铁水量存在一定波动，这个波动值远不能满足多功能铁水包流程中炼钢对铁水装入量≤±１ｔ的要求，每次出铁操作的最后一个铁水包的装入量达不到其目标值的称为尾包。尾包率主要取决于高炉容积与铁水包容量的比值，比值与尾包率成反比。高炉容积与铁水包容量确定后，尾包率与日出铁炉数成正比。沙钢５　８００ｍ３高炉与２　５００ｍ３高炉尾包分布见表２和表３。

采用多功能铁水包，尾包去炼钢难以处理，因此只能选择在高炉等待补缺成为常规处理手段。尾包对加快铁水包周转不利，增加了铁水温降。在没有实行有效管理时，尾包等待时间比正常重包增加１２０ｍｉｎ，其等待时间主要为静置温降，其温降损失折合流程温降增加３～５℃。采用多功能铁水包，要求高炉生产管理对尾包尽快 予 以 补 足，尾 包 等 待 时 间 可 以 控 制 在２０～５０ｍｉｎ，这样，高炉尾包对流程增加温降可控制在２℃以内。

１０　结语

１）铁水包多功能化技术立足钢铁制造节能减排，以优化炼铁－炼钢界面技术为选题，通过理念创新、设计创新和生产管理创新，形成了具有自主知识产权的“沙钢高炉炼铁－转炉炼钢铁水包多功能化技术系统”，成功实现了工程应用。

２）通过对沙钢铁水包多功能化技术的运行分析，表明该系统优化的可能性，以进一步降低铁钢界面工序的铁水温降幅度。

参 考 文 献：

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