李林洋 楊越 穆冀里 李陽 高輝峰
轉(zhuǎn)爐是煉鋼生產(chǎn)的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度是煉鋼工藝的重要控制指標(biāo)。煉鋼生產(chǎn)過程以連鑄為中心，轉(zhuǎn)爐煉鋼為基礎(chǔ)，通過 PES 系統(tǒng)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐裝鐵時間，協(xié)調(diào)組織資源，最終實現(xiàn)多快好省的目標(biāo)，即實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化。同時，也要兼顧產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。
鋼水中氧的溶解度與溫度的關(guān)系可 以 用 公 示 表 達 為：log[%O] =-6320/ T+2.734。轉(zhuǎn)爐終點溫度高會提高鋼中的氧含量，并增加消耗脫氧劑的總量，導(dǎo)致脫氧產(chǎn)物增多，產(chǎn)生很多夾雜物。出鋼溫度升高還會侵蝕轉(zhuǎn)爐工作層的鎂碳磚，致使耐材夾雜物流入鋼水。以上兩點均會影響鋼水質(zhì)量，造成后續(xù)的質(zhì)量缺陷。因此，生產(chǎn)組織水平的高低關(guān)系著轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。本文將重點從生產(chǎn)組織角度闡述如何降低出鋼溫度。
一、減小出鋼溫度的重要性
（一）出鋼溫度高的弊端
出鋼溫度太高，會增加冶鋼過程中耗費的能量，且澆筑及出鋼時，鋼水更可能對氣體加以吸收，導(dǎo)致鋼再次被氧化，還會導(dǎo)致侵蝕澆鑄鋼包系統(tǒng)的耐火材料，進而產(chǎn)生更多的外來雜質(zhì)，引起質(zhì)量缺陷。出鋼溫度升高，則精煉時需要加廢鋼，增加精煉周期，進一步增加了鋼水的氧化時間，造成能源、物資的浪費，不利于企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，最終還會影響企業(yè)的效益和口碑。
（二）生產(chǎn)制造過程
首鋼京唐公司按照“四個一流”的建廠目標(biāo)進行籌建，在海邊建設(shè)大型鋼鐵公司，具有靠港臨海、設(shè)備大型化、流程緊湊、循環(huán)經(jīng)濟等優(yōu)勢。自籌備伊始便受到中國乃至世界的關(guān)注，多項自主集成、自主研發(fā)的技術(shù)得到成功應(yīng)用，煉鋼部采用“全三脫”的全新工藝?yán)砟钤O(shè)計，通過全體煉鋼部員工的努力和多年的生產(chǎn)實踐，高效、低成本的潔凈鋼平臺已經(jīng)初步建成，各項技術(shù)指標(biāo)已全面達到設(shè)計要求。
京唐公司煉鋼作業(yè)部門應(yīng)用的主要裝置為 5 座達到 300t 的轉(zhuǎn)爐（包含 1 座專門冶煉半鋼的脫磷爐）、4 座 KR、2座RH 精煉站、1座CAS 精煉站、1 座LF爐、4臺高效板坯連鑄機。
（三）降低出鋼溫度的研究
在以“連鑄為中心”的生產(chǎn)組織模式下，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度最終由冶煉鋼種的液相線溫度及中包過熱度決定，同時也受出鋼溫降、等待（吊包）過程溫降及精煉處理過程溫降的影響。影響鋼水過程溫降大小的因素有：鋼水輻射散熱、對流傳熱、耐材等接觸性吸熱以及時間過程的長短。根據(jù)影響出鋼溫度的各項因素，可以通過降低轉(zhuǎn)爐冶煉過程溫度損失、鋼包溫降、 精煉處理過程溫降及澆鑄過程溫度損失，外加合理的生產(chǎn)組織，最終達到降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的目的。
二、轉(zhuǎn)爐冶煉時損失的溫度
（一）確定轉(zhuǎn)爐出鋼溫度
澆鑄過程需要的過熱度、鋼的液相液溫度以及出鋼、澆鑄時鋼液溫度降低，都會影響出鋼溫度，即T出 = Δt過熱 +t熔 +Δt降。
（二）減小轉(zhuǎn)爐冶煉時間
通常， 轉(zhuǎn)爐冶煉工序的周期為39min，相較鑄機澆鑄周期顯著增加。因此，為了保障爐機匹配，需要將該周期控制在 37min 之內(nèi)，采取的措施包括：其一，做好日常轉(zhuǎn)爐二級模型的維護工作，提高命中終點概率，且在不測TSO 的前提下直接出鋼，將生產(chǎn)周期減少 2min。其二，和某高校共同進行技術(shù)研究，使?fàn)t內(nèi)鋼水的攪拌狀態(tài)達到最佳，減少常規(guī)轉(zhuǎn)爐終渣的 TFe 總量，使其保持在17% 范圍內(nèi)。在其含量較低的情況下，應(yīng)采用濺渣操作予以改善，優(yōu)化爐渣性能，提升熔點，進而提高耐腐蝕性，降低出鋼溫度，減少爐渣總量，將濺渣和倒渣時間減少 0.5 ～ 1min。其三， 升級優(yōu)化出鋼口， 逐步使用大口徑出鋼口，縮短轉(zhuǎn)爐出鋼時間0.5 ～ 1min。
（三）提高轉(zhuǎn)爐脫磷煉成率，縮短等樣耗時
在實際的生產(chǎn)制造過程中，一些爐次在完成 TSO 測量后到出鋼的時間相對較長，且其中約有 76.3% 是由于終點磷較高后采取補救措施導(dǎo)致的轉(zhuǎn)爐冶煉周期增加，不利于生產(chǎn)制造的穩(wěn)定性。
（四）減少爐內(nèi)待鋼時間
在進料過程中需要以吹煉模型為依據(jù)，充分、精準(zhǔn)掌握爐內(nèi)原料的情況。同時，要求及時下料，必須一次就達到出鋼溫度及化學(xué)成分提出的要求，盡可能防止鋼水溫度出現(xiàn)較大變化。
煉鋼工人需要充分把控?zé)掍摴?jié)奏，避免出現(xiàn)問題對生產(chǎn)形成干擾，其中包括采集爐前溫度樣本、交叉裝鐵等。
采取樣本的操作要求標(biāo)準(zhǔn)化，減少因樣品缺陷影響出鋼等待時間，且送樣速度要快，減少等樣時間。
如果冶煉爐數(shù)總量較少，可選擇封爐的方式，降低轉(zhuǎn)爐的空閑時間，進而減小轉(zhuǎn)爐降溫。
三、鋼包及鋼包倒運過程溫降
（一）鋼包加蓋
鋼包是煉鋼廠生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵因素，分別從三個方面降低鋼包內(nèi)鋼液的溫度：首先，將熱量從表面散發(fā)，該方式損失的熱量大致占 29% ～ 32%；其次，從外殼實現(xiàn)熱量的散發(fā)，該方式損失的熱量大致占 24% ～ 29%；最后，由鋼包內(nèi)襯吸收一部分熱量，損失的熱量占 40% ～ 47%。通過鋼包加蓋的方式能夠發(fā)揮保溫效果，暫時降低鋼渣面的熱量。
（二）在生產(chǎn)制造時降低投入鋼包的總量
在周轉(zhuǎn)鋼包的過程中，正常狀態(tài)下需要控制鋼包周轉(zhuǎn)總數(shù)，提高其周轉(zhuǎn)效率，縮短整體時間，降低閑置鋼包的時間，增加內(nèi)襯的溫度。
要求精細化統(tǒng)籌管理鋼包周轉(zhuǎn)，盡可能控制處于正常工作狀態(tài)下的三臺鑄機投用的鋼包數(shù)量，使其低于 12 個。如果存在雙聯(lián)鋼種的情況，應(yīng)低于 13 個。提高鋼包周轉(zhuǎn)速度，縮短周轉(zhuǎn)耗時，減少 21.6 ～ 181.4min，為增加鑄機的生產(chǎn)速度奠定基礎(chǔ)。
（三）建立高效的鋼包跟蹤系統(tǒng)
煉鋼部的鋼包跟蹤系統(tǒng)即將投入使用，投入后能更好地掌控鐵包的位置和狀態(tài)，有效管控、減少運輸時間，降低轉(zhuǎn)錄的出鋼溫度。
以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過視頻包號識別技術(shù)、RFID 技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)、信息管理等多項現(xiàn)代化技術(shù)，實現(xiàn)對煉鋼部所有的鋼包、鐵包、天車、鋼水車、 廢鋼斗等的動態(tài)跟蹤，實時顯示其生產(chǎn)作業(yè)情況，并通過網(wǎng)絡(luò)遠程查看煉鋼部的生產(chǎn)情況。
同時，當(dāng)鋼包、鐵包盛載液態(tài)金屬時，可實現(xiàn)自動采集各位置以達到作業(yè)時間點，為鋼包的熱態(tài)周轉(zhuǎn)提供依據(jù)；采集各位置的溫度情況，為降低鋼水溫度、穩(wěn)定降低出鋼溫度等提供依據(jù)；采集各位置的重量數(shù)據(jù)，為精細化煉鋼、成分微調(diào)等提供依據(jù)；動態(tài)跟蹤包周轉(zhuǎn)情況，為合理組織生產(chǎn)、提高作業(yè)效率等提供技術(shù)支撐；系統(tǒng)根據(jù)鋼包周轉(zhuǎn)時間，計算鋼包情況，并根據(jù)作業(yè)時間點，結(jié)合鋼包的狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)出鋼溫度，自動計算此爐鋼水對應(yīng)此鋼包的出鋼溫度。
四、精煉處理過程溫降
（一）精煉站溫降
京唐煉鋼部精煉站由 2 座 RH 精煉站、2 座 CAS 精煉站、1 座 LF 爐構(gòu)成。其中，LF 爐有 2 個升溫功能，1#CAS 正常情況下封站，2#CAS 因功能原因生產(chǎn)鋼種較少，煉鋼部的 2 座 RH 精煉站的產(chǎn)能占 70% 左右，這里主要討論的是 2 座RH 精煉站的溫降。
（二）RH 溫降的控制
爐外精煉以國內(nèi)自主設(shè)計、自主制造、開放式自主創(chuàng)新的 300t 高效雙工位高效 RH 真空精煉裝置為主，可以滿足對高強度深沖強度及超深沖的汽車板、高強度管線鋼和結(jié)構(gòu)鋼等高品質(zhì)、高技術(shù)含量、高附加值板材產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。RH采用 4 套真空槽臺車，6 個工位（4 個待機位，2 個處理位）、2 套多功能頂槍、共用 1 套真空泵系統(tǒng)雙工位布置，真空泵抽氣能力（20℃，67Pa）為 1250kg/h，浸漬管內(nèi)徑 750mm，最大鋼水循環(huán)流量250t/min。該裝置具有高效、快速冶煉超低碳鋼（C 含量≤ 15ppm）的能力，最短處理周期為 20min，是高效潔凈鋼生產(chǎn)平臺中的重要環(huán)節(jié)。
京唐的 RH 是雙工位，一個工位處于冶煉過程中，另一個工位接受鋼水等待處理。
從生產(chǎn)組織方面控制 RH 溫降，主要措施是組織 RH 單工位生產(chǎn)。目前，京唐鑄機高效化組織情況較好，以汽車板精煉周期抽真空最短為 20min，絕大部分鋼種均可走單工位生產(chǎn)。
（三）精煉工序減少工序生產(chǎn)時間
1.RH 環(huán)節(jié)
繼續(xù)推進 RH-SVDC 工藝開發(fā)。通過吹氧脫碳，提高脫碳速率，縮短脫碳時間，C ≤ 30ppm 鋼種脫碳 10 ～ 12min，C ≤ 20ppm 鋼種脫碳 11 ～ 14min?？s短純循環(huán)時間。通過取樣分析研究純循環(huán)階段夾雜物的去除規(guī)律，可縮短純循環(huán)時間1 ～ 2min。
高 磷 IF 鋼通過將 P 鐵加入時機提前至脫碳處理前期，可縮短合金化時間2 ～ 3min。
2.LF 環(huán)節(jié)
提高進站鋼水中鋁含量至 0.02%，降低頂渣 TFe，縮短 LF 造白渣時間2 ～ 3min。
3.CAS 環(huán)節(jié)
通過提高進站鋼水中鋁含量至 0.02% 以上，減少 CAS 頂渣改質(zhì)，縮短處理周期 2 ～ 3min。實現(xiàn)成分一次調(diào)整命中，縮短處理時間 2 ～ 3min。
精煉生產(chǎn)過程也是溫度損失的過程，通過縮短各工序周期，可進一步降低轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度。
五、連鑄澆鑄過程溫降
（一）高速生產(chǎn)降低澆鑄過程溫降
煉鋼部小斷面低碳鋼澆次常態(tài)化拉速為 1.7min，鋼包恢復(fù)裝入量后，拉速下周期可低于 38min。2# 鑄機倒角結(jié)晶器最高拉速 1.4m/min，需在倒角結(jié)晶器提速上開展工作。包晶鋼目前常態(tài)化拉速 1.4m/min，部分鋼種可提速至 1.5m/min，小斷面包晶鋼在最高拉速下周期仍無法達到 40min。SPA-H 鋼種最高拉速1.5m/min。通過提高拉速可有效減少澆鑄 過程溫降。
（二）合理的鎮(zhèn)靜時間
目前，煉鋼部鋼種在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，對鎮(zhèn)靜時間是有一定要求的。低碳鋼大于 10min，汽車板大于 18min，拉煉汽車板大于 25min，馬口鐵大于25min，應(yīng)對生產(chǎn)的嚴(yán)密組織，從而盡量滿足并減少鎮(zhèn)靜時間。
（三）其他保溫措施
合理的中間包烘烤制度；大包到中間包的長水口優(yōu)化密封和密封保護澆鑄。大包和中間均加蓋、中間包加覆蓋劑，確保澆鑄過程最小的溫降損失。
六、嚴(yán)密的生產(chǎn)組織降低出鋼溫度
為了保證煉鋼廠生產(chǎn)制造過程中整個流程的流暢度，在進行生產(chǎn)制造時，需要遵循的原則包括：
1. 一一對應(yīng)原則
一一對應(yīng)原則包括：針對鋼包周轉(zhuǎn)代表的是轉(zhuǎn)爐和鋼包，鋼種和鋼包之間的對應(yīng)；針對生產(chǎn)模式代表的是單機和單爐，定機和指定爐之間的對應(yīng)；針對生產(chǎn)組織代表的是連鑄機和轉(zhuǎn)爐之間的對應(yīng)。遵循此原則屬于煉鋼廠的系統(tǒng)調(diào)控及生產(chǎn)部門推出的相對簡單化的管理模式，在未來也會基于此實現(xiàn)智能調(diào)度管理。
2. 轉(zhuǎn)爐錯峰冶煉原則
轉(zhuǎn)爐錯峰冶煉可有效減少生產(chǎn)對廢鋼、天車、氧氣、鐵水的要求，通過人為干預(yù)，最大程度地減少生產(chǎn)瓶頸對生產(chǎn)的沖擊，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)能的最大化。
3. 盡量增加連澆爐數(shù)量的原則
連澆爐數(shù)高，能有效降低中間包熱能的損失，從而降低能源損耗。要保持物流在整個連鑄工序內(nèi)的平衡，應(yīng)充分利用各臺連鑄機的生產(chǎn)能力。
4. 避免天車交叉進站和交叉上鑄機的原則
京唐煉鋼部作為全國最大的單體煉鋼廠，物流，尤其是天車對鐵包、鋼包的調(diào)運是錯綜復(fù)雜的。轉(zhuǎn)爐 - 精煉 - 鑄機在滿足計劃品種要求的前提下，應(yīng)盡量實現(xiàn)不交叉裝鐵、不交叉出鋼、不交叉上鑄機，根據(jù)煉鋼部的布局，最優(yōu)路徑為 LF爐、1#RH 上 1#、2# 機，2#CAS、2#RH上 3#、4# 機，如此能有效減少轉(zhuǎn)爐出畢 - 鑄機開機時間 10min 以上，縮短鋼包盛鋼的時間，減少倒運過程中鋼包及鋼水溫降，進一步降低出鋼溫度，實現(xiàn)良性循環(huán)。
七、結(jié)語
一座現(xiàn)代化的煉鋼廠，應(yīng)做到以連鑄為中心、以煉鋼為基礎(chǔ)、用設(shè)備作保障，穩(wěn)定的生產(chǎn)操作是進行精細化板材生產(chǎn)的關(guān)鍵。隨著生產(chǎn)的進一步深入，鑄機逐漸向設(shè)計能力靠近，如何利用現(xiàn)有設(shè)備做到高效生產(chǎn)，是擺在生產(chǎn)組織面前的新課題。它不僅要求生產(chǎn)組織者對各個工序特點了如指掌，還要對不同鋼種的冶煉、精煉、澆鑄周期有充分的理解，才能設(shè)計出最佳的生產(chǎn)路線、最佳的時間節(jié)點，真正達到高效生產(chǎn)、降低出鋼溫度的要求。