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降低转炉出钢温度的实践

吕凯辉

( 福建三安钢铁有限公司 炼钢厂 综合科，福建 泉州 362411)

摘 要: 福建三安钢铁公司炼钢厂通过优化入炉原料结构、改进冶炼工艺、减少炉内待钢时间和钢包周转个数( 加快热修包速度、加强钢包烘烤) 、提高连铸拉速等措施，HRB335E 钢的转炉出钢温度由 1 680 ℃降至1 655 ℃，连铸钢水收得率由97． 91%提高到98． 86%，铸坯合格率达到99． 96%，平均日产钢量大幅提高。

关 键 词: 转炉; 出钢温度; 实践

1 前言

评价转炉生产操作水平的主要标志是出钢温度，出钢温度是否合理直接影响钢的产量、质量和钢铁料消耗等经济技术指标。福建三安钢铁有限公司炼钢厂( 下简称“三安炼钢厂”) 年产粗钢 200 万 t，现有2 座在线倒灌站、1 座600 t 混铁炉、3 座50 t 氧气顶底复吹转炉( 目前装入量 55 t，出钢量为近 51t) 、R6m 弧 160 mm × 160 mm 四机四流连铸机 3台、椭圆形 50t 渣线加高钢包 30 多个，主要冶炼HRB 系 列 ( HRB500、 HRB400E、 HRB400、HRB335E、HRB335 等抗震热轧带肋钢筋) 普碳钢及Q235、Q300 等低碳钢为主。

2 转炉出钢温度的确定

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和浇铸过程中钢液的温度降低值，即:

T出= t熔+ Δt过热+ Δt降

2． 1 钢的熔点的确定

t熔= 1 538 － ΣTi× i%

式中，i———钢水中的某一化学成分含量。

2． 2 钢液过热度的确定

钢液的过热度应高于其熔点一定数值，即应具有一定的过热度，以保证浇铸操作能够顺利进行，同时获得良好的铸坯质量。钢液的过热度 Δt过热主要根据浇铸的钢种和铸坯的断面来决定。铸坯断面大时，散热慢，过热度可取低些。

在相同的浇铸条件下，操作水平高者可在较小的过热度下浇出合格的钢坯，这对降低生产中的热能消耗、提高炉衬寿命、提高铸机拉速、降低生产成本大有益处。

2． 3 出钢及浇铸过程中的温降

出钢及浇铸过程中钢液的温度降低 Δt降，随生产流程和工艺过程的不同而变化，一般由以下几方面组成。

( 1) 出钢过程中的降温。生产经验数据表明，大容量钢包出钢过程中的温降为 20 ～40 ℃。

( 2) 转运过程中的降温。从出钢完毕到精炼开始前，在运转和等待过程中钢液的温度也会降低。该过程中的温降主要是钢包内衬的继续吸热和通过渣层散热。因此，钢液在转运过程中的温降与钢包容量、转运时间及液面覆盖情况有关。

( 3) 精炼过程中的温降。钢液在精炼过程中的温降，取决于具体的精炼方式及精炼的时间等因素。

( 4) 精炼结束至开烧前的温降。从出钢到精炼这段时间，钢包内衬已充分吸收热量，它与钢液间的温差很小，几乎达到平衡。因此，该过程中的温降主要是钢包向环境散热，温降速度随钢包容量的不同为 0． 2 ～1． 2 ℃ /min 范围内，等待时间越长，温度降低越多。

( 5) 浇铸过程中的温降。钢液从钢包注入中间罐的过程中与出钢过程相似。该过程的温降与铸流的散热、中间罐内衬的吸热及液面的散热有关，其中液面散热是主要因素。

生产实践证明，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。所以，三安钢铁厂通过长期的生产实践，从以下几个方面来降低出钢温度。

3 降低出钢温度的措施

3． 1 提高炉前一倒双命中率

3． 1． 1 吹炼温度控制

吹炼过程枪位控制的基本原则是: 继续化好渣、化透渣、快速脱碳、不喷溅、熔池均匀升温。

( 1) 保证前期温度不能过低。前期操作枪位控制要低，造渣料分批加入，使 C － O 反应正常进行，温度快速平稳上升。

( 2) 中、后期温度不宜过高，保证 C － O 反应不过分剧烈而消耗太多 FeO，致使炉渣返干。碳火焰出现时，枪位可控制得高些，氧压调低些，减缓 C －O 反应速度，使炉渣保持一定的 FeO 含量。可从碳花活跃程度判断炉内渣况，再通过调整枪位来调整炉渣，控制 C － O 反应速度，使温度稳步上升。但软吹时间不能过长，避免出现波浪式的温度变化。

( 3) 防止过程温度突然下降。第二批渣料要分批加入，吹炼中期切忌一次加入大量造渣料或冷却剂，使炉内局部温度急剧下降，C － O 反应突然受到抑制。

3． 1． 2 高拉碳控制

( 1) 要有相对稳定原料条件，包括成分温度等物化指标。

( 2) 副炉长的基础操作要到位，保证适宜的温度和良好的终渣，减少补吹处理和后期大幅调整。

( 3) 根据对炉型的把握，控制好出钢口更换的倾角。综合考虑各种因素，终渣成分尽量控制在: R= 2． 5 ～ 3． 2，MgO = 7% ～ 10% 。保持炉底稳定，防止炉底大起大落及炉口严重结渣。减少喷溅和后期补吹次数，可有效地降低钢水、炉渣的氧化性，降低钢水、炉渣对出钢口的侵蚀，为提高出钢口寿命创造了条件。

3． 1． 3 改进效果

出钢口内径由 2004 年的 110 cm、出钢时间为 7min、出钢温度为 1 740 ℃ ，改进到 2010 年的出钢口内径为 135 cm、出钢时间为 4． 3 min、出钢温度为1 670 ℃ 。2011 ～ 2012 年对内径为 135 cm 的出钢口又做了改进，进一步提高操作水平、降低出钢温度，使出钢口寿命由 150 炉提高到 200 炉，终点碳含量由 0． 11%提高到 0． 13%。

3． 2 缩短冶炼时间

3． 2． 1 缩短冶炼周期

缩短转炉冶炼周期的途径有: 增加铁水预处理环节，分担部分冶炼功能( 目前没有) 。对转炉冶炼过程的各工序的耗时进行优化，将 50 t 转炉冶炼周期缩短到 24 min( 2012 年 12 月 9 日班产 20 炉) ，包括: 加废钢时间 108 s，兑铁水时间 61s，吹氧时间664 s，倒炉测温取样时间 35 s，等成分补吹出钢时间162 s，放钢时间 130 s，堵住钢口时间 32 s，护炉时间164 s，倒渣时间 90 s，共耗时 1451s; 空炉等待、摇炉间隔等时间为130 s，一炉钢操作时间为1 581 s。每个操作工序耗时优化后，总的转炉冶炼周期可以缩短到 24 min，考虑到转炉周期波动范围 2 min。所以，转炉的冶炼周期取26 ～28 min，可以与连铸机生产节奏匹配。扩大氧枪喉口( 喉口直径30 ㎜的氧枪喷头) 提高供氧强度，缩短冶炼时间，为连铸机提高拉速奠定了基础。

3． 2． 2 缩短炉内待钢时间

1) 缩短待钢时间。氧气转炉炼钢由多个操作工序组成，每个工序的操作时间都是固定的。因此各工序操作必须妥善安排，以求提高炼钢生产率。在转炉生产中，加快生产节奏，缩短不必要的等待时间，可以改善转炉的经济指标、降低钢水温度。

①炉长在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，做到一倒补吹出钢，尽量避免钢水温度大幅波动。

②炉长控制好冶炼节奏，减少因各种因素影响生产，如生铁废钢入炉、炉前测温取样、炉前等成分和出钢等钢包等。

③炉前下枪吹炼时，要先观察连铸浇铸时间，避免因下枪时间过早，在吹炼结束后等时间出钢。冶炼周期控制在 26 min 左右时，建议在连铸浇铸 12min 左右开始下枪吹炼( 连铸周期为 27 min) 。

④炉前工一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。

( 2) 顶底复合吹炼技术。顶底复合吹氧气或惰性气体，促进炉内钢水和钢渣之间平衡，减少喷溅，提高金属收得率，改善钢水成分和温度的均匀性，热效率可提高 7%左右。

( 3) 转炉吹氧采用静态、动态和计算机控制。根据钢种需要实现一次拉碳到位，既可以降低钢铁料和合金料消耗、提高炉龄、降低吨钢成本，又可以避免补吹、过氧化、减少废品生成和钢中夹杂。

( 4) 加强调度管理，减少空炉时间。转炉工序操作必须均衡和紧密衔接。测试中发现，转炉出完钢之后，有时不能及时兑铁水装料。由于空炉待料造成炉膛温度由 1 528 ℃ 降到 1 283． 5 ℃，降低244． 5 ℃ ，大量热量白白散失。随着热量散失，炉衬表面温度下降，炉衬内部积存的热量就向表面传递。同时炉体表面散热及冷却水吸热增加。通过计算空炉待料散失热量损失为 13． 77 MJ/t 钢。

3． 2． 3 使用全程吹氩系统

钢包底吹氩是炉外精炼工艺的一种方式，是通过安装在钢包底部的透气砖向钢液中吹入氩气等惰性气体，使钢液在钢包内产生环流，对钢水进行充分搅拌，使添加在钢水中的合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化、分散，吸附钢液中的夹杂物，去除钢中的非金属夹杂，从而达到净化钢液、促使钢液成分和温度均匀的目的。2012 年全年底吹率为 99． 85 %。

全程底吹氩操作顺序为: 空钢包放在钢包车上→将吹氩管快速接头插上钢包→出钢时打开氩气阀门开始吹氩，并将氩气压力控制在一定范围内→吹氩站喂丝调成份、调温→钢包车开到钢水接受跨时关掉氩气阀门，拔下快速接头→上连铸浇铸

( 1) 先接吹氩管快速接头和后拔快速接头可节约 1 min 左右，安全系数高。

( 2) 出钢时就开始吹氩，一般出钢要 2 ～3 min，增加了钢水吹氩时间，有助合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化，减少结块现象。

( 3) 这种操作方式安全、灵活，还进一步缩短了钢水泡钢包时间，降低出钢温度，提高准点率，延长钢包使用寿命。

( 4) 钢水温度和成分更加均匀，避免了由于吹氩不足而引起质量事故。

3． 3 钢包

3． 3． 1 钢包保温

通过对钢包使用状况的调查，发现优化钢包保温层( 在钢包内壁贴一层纳米复合绝热板) 可降低包衬的导热系数、减轻包衬的热损失。纳米复合绝热板的应用使钢包的保温性能增强，进一步降低了转炉到连铸工序热损。

3． 3． 2 包衬结构

对于钢包外壳温度高的问题，解决方法是: 在打结永久层时增加 20 mm 厚的硬质隔热板保温层。在生产过程中，将钢包工作层由重质浇注料改为轻质浇注料，气孔率提高 20% ～ 30%、体积密度减小0． 6g / cm3以上，使钢包的保温性能明显加强，钢水静置时的温降减少约 20%。

3． 3． 3 覆盖剂

钢包覆盖剂加在钢包的钢液表面，主要是绝热保温，具有以下基本功能。

( 1) 在液态渣层上保留一层保温、绝热的粉状物层，阻止钢水向空气中传送或辐射热量。

( 2) 隔绝钢水与周围空气的接触。

( 3) 不侵蚀或少侵蚀包衬，浇铸完后不结壳，易从包衬上脱落。

3． 3． 4 钢包加盖

钢包内钢液温度的降低( 即热损失) ，大致 3 个方面: 从钢液表面散热，通过内衬从外壳散热，因内衬蓄热而产生的热损失。

根据数据计算，它们在热损失中所占的比例分别为: 钢渣面散热 29% ～ 32%，外壳散热 24% ～29% ，内衬蓄热 47% ～ 40% 。由此看出，钢包加盖后若不考虑钢渣面向大气中散热，则这部分热量中的一部分首先要被包盖吸收，一直到包盖与钢液面上部的空间达到热平衡，能起到保温作用; 达到热平衡的时间越短，保温效果越好。

3． 3． 5 钢包烘烤技术

对钢包烘烤系统进行改造，将普通式烧嘴改造为蓄热式烧嘴，规范在线烘烤技术，加强监督和检查，保证钢包上线前有 5 min 以上的烘烤时间，确保出钢时钢包包衬温度在 900 ℃以上，且转炉必须在要钢包 2 min 内出钢，以减少放钢时钢包温降。针对发现的问题，采取了以下措施。

( 1) 加快钢包热修速度，热修完后尽快吊至转炉钢包车上接管、投砂、烘烤、开出放钢。

( 2) 加强钢包周转的统筹安排和精细化管理，钢包周转个数( 2 台连铸机 5 个钢包、3 台连铸机 8个钢包) 的原则，科学详尽地制订各工序停留时间和操作，缩短各工序内的钢包停留时间。

( 3) 为了增加钢包在线烘烤时间，在连铸转包时及时吊出修理，采用滑动水口多连滑技术，保证在钢包红热下出钢。

( 4) 对钢包绝热层进行改造，推广使用新型纳米隔热材料，减少钢水温降。

通过以上措施，钢包的周转和钢水出钢温降有了明显改善，如表 1 所示。

3． 4 减少待浇时间

实行低过热度、低温快拉的浇铸技术。通过加强工序衔接，强化调度指挥协调，减少大包在连铸的待浇时间，平均待浇时间由原来的 9 ～15 min 降为4～ 8 min; 中间包钢水过热度由 20 ～ 30 ℃ 调整为 14～ 19 ℃ ，降低了转炉终点出钢温度，减少了钢水中夹杂物和转炉等连铸的待钢时间，改善了钢水质量，进一步提高了连铸拉速，保证了连铸全流浇铸。

3． 5 二冷配水优化

三安炼钢厂还对二冷动态配水量进行了优化，降低已浇铸钢水的过热度，加快冷却速度，使铸机拉速大大提高，降低了钢水的停留时间，减少过程温度损失。根据各钢种的窄成分目标中限值，对其液相线温度进行测算，缩短钢包运行时间，减少过程温度损失，对钢包运行路线进行优化。改进后，中间包过热度降至 14 ～19 ℃，出钢温度再次降低 15 ℃。

3． 6 强化过程管理

炼钢厂以“走动式管理、连带式考核、军事化上岗、标准化作业”，“全员参与、全面开展”为主题，强调要坚持和贯彻“以连铸为中心，转炉为基础、设备为保证、温度是灵魂、钢包是关键( 周转个数与时间) 、强化检修力量、减少铸坯质量缺陷”的方针，坚持“高产、稳产、低耗、均衡”的生产组织原则，做到安全第一、质量优先、工序协调、均衡稳定生产为主题的现场操作模式。主要措施有以下几点:

( 1) 提高专职点检员的点检水平和工作责任心，完善各种设备的维修台账，强化维护职工的“主动维护”意识和岗位操作人员的“自主维修”理念。

( 2) 每周设备科组织各车间人员对行车设备进行巡、点、检、加油、润滑检查 1、2 次，对需要整改维修的通报评比和限期整改，使岗位点检和专职点检的职责得到了进一步强化。

( 3) 完善了 3 炉 3 机及主要吊车和环保设备的《计划检修》模式并配合外部条件，作系统优化，形成了以连铸机为中心的主要生产设备定修模式。在实施过程中，强调“项目、时间、质量”三兑现，平衡好产能和检修的双重矛盾。

( 4) 重新下发了《生产组织计划及相关管理考核规定》，抓主要生产设备的定检修管理、备品备件保供工作、设备事故和重点故障管理、液压润滑管理，对发生的设备事故研究处理方案和预防对策，对重复出现的故障及时分析处理，加大奖惩力度。将每一项检修任务落实到人，做到检修与生产互创条件，为生产顺行提供了强有力的支撑。

3． 7 优化效果

采取以上措施后，经过两年的运行，转炉全炉役一拉率达到 88． 9%，高温高氧炉次降低到 2． 4%，终点平均出钢氧含量 621 ppm( 表 2) 。

4 结语

对转炉系统优化后，HRE335E 钢转炉出钢温度由 1 680 ℃降到目前的 1 655 ℃，铸坯合格率提到99． 96 % ，连铸方坯拉坯速度平均提高 30% ，连铸钢水收得率由 97． 91 % 提高到 98． 86 %，平均日产钢量也由2011 年12 月份的3 939． 68 t 提高到2012 年12 月份的 6 920． 2 t。为进一步降低转炉出钢温度，三安 炼 钢 厂 将 改 进 合 金 烘 烤 方 向，力 争 实 现HRB335E 钢出钢温度由 1 655 ℃ 降到 1 635 ℃以下。