朱 波
(萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鋼廠, 山東萊蕪271126)
摘 要:通過采取優化轉爐出鋼口材質及尺寸、鋼包保溫、包蓋系統應用鋯質耐火纖維、合金在線高溫烘烤、連鑄系統保溫等集成技術, 降低出鋼溫度, 實現了轉爐煉鋼全系統均衡、有效地低溫度損失運行。
關鍵詞:溫度;均衡;可控
對轉爐煉鋼工藝來說, 溫度就是生命, 溫度不僅是煉鋼過程的基礎, 更是獲得良好鑄坯質量的基礎。轉爐煉鋼系統溫度控制水平的高低關系到鋼鐵料消耗、合金料消耗、耐火材料消耗等多項指標的好壞,直接決定煉鋼成本的高低。降低轉爐出鋼溫度對保障生產順行、提高產品質量、降低生產成本有著重要意義, 是各煉鋼廠重要的研究課題之一。
1 現狀分析
萊鋼煉鋼廠銀山前區主要生產45 號、40Cr 、20CrMnTi 等優質鋼, 比例在50 %以上, 優鋼品種全部進行精煉處理, 高效快節奏的連鑄生產以及優鋼產品的高質量要求對轉爐煉鋼系統溫度控制提出了更高的要求。銀山前區自2005 年建成投產以來, 出鋼溫度平均在1 680 ℃左右, 致使第一個爐役在使用13 000 爐時就出現兌鐵位發紅的險情, 整個爐役爐齡也僅僅為14 500 爐, 出鋼溫度過高且不均衡成為制約生產順行與降低成本的瓶頸。
2 降低轉爐出鋼溫度的綜合措施
2 .1 優化轉爐出鋼口的材質及尺寸
煉鋼廠銀山前區轉爐原用出鋼口內徑為160 mm , 材質為瀝青鎂砂, 出鋼口平均出鋼時間約為3min 20 s , 出鋼時間長, 出鋼過程鋼流散熱多, 出鋼過程溫降大。
1)通過與廠家合作對出鋼口材質進行改進, 將原先采用的瀝青鎂砂調整為鎂碳磚MT14A , 以增加出鋼口耐材的密實度和耐侵蝕性。
2)將出鋼口內徑由160 mm 擴大到目前的168 mm , 以縮短放鋼時間, 減少放鋼溫降。
3)制定出鋼口后期維護制度。針對出鋼口后期侵蝕嚴重, 出鋼口不圓整、鋼流散、出鋼過程溫降大的現狀, 制定出鋼口后期維護制度, 及時修補出鋼口, 保證出鋼過程鋼流圓整, 減少鋼流散熱。
通過調整出鋼口材質及內徑、制定出鋼口后期維護制度后, 現階段煉鋼廠銀山前區出鋼口壽命基本穩定在400 爐以上, 新出鋼口出鋼時間比原來縮短40 s , 降低了出鋼過程溫降, 有效地降低了轉爐出鋼溫度。
2 .2 鋼包保溫改造
鋼包屬于間歇式短期運行的金屬液體容器, 熱損失影響因素比較復雜。隨著現代煉鋼技術的發展, 鋼包已經不再是一個簡單的液態金屬運輸容器。由于爐外精煉和連鑄技術的出現, 鋼包裝載鋼水的時間更長且鋼包容量不斷擴大, 隨之帶來2 個方面的問題:一是鋼水熱損失進一步加劇, 鋼水溫降進一步加快, 容易出現低溫鋼, 為了保證連鑄生產的順利進行, 一般采用提高轉爐出鋼溫度或通過精煉提溫進行補償, 勢必造成冶煉時間延長以及能源原料的大量消耗;二是包襯系統高熱通量, 導致鋼包外殼溫度過高, 包殼強度和抗蠕變性降低。
2 .2 .1 新型硬質隔熱板保溫材料的應用
新型硬質隔熱板保溫材料是用低渣球含量的棉, 以復合結合劑結合, 采用真空成型工藝, 經干燥和機加工精制而成, 該硬質隔熱板具有:①良好的保溫效果;②優良的化學穩定性;③優良的熱穩定性及耐壓強度, 高溫高壓不易粉化;④低熱容量、低熱導率;⑤安全性高, 施工方便等特點。其主要理化指標見表1 。
2 .2 .2 包襯結構的創新設計
目前, 大多數鋼廠鋼包僅有永久層及工作層, 此種鋼包內襯結構形式的保溫效果不太理想, 因此, 對鋼包進行了保溫改造, 在包襯最外圈增加硬質隔熱板保溫層。硬質隔熱板形狀見圖1 。
90 t 鋼包原設計80 mm 永久層, 沒有保溫層,因此導致鋼包外殼溫度一直居高不下, 平均在364 .55 ℃, 最高達到410 ℃, 遠遠高于350 ℃的下包標準, 既不利于鋼包包齡的提高, 也不利于出鋼溫度的降低。針對90 t 鋼包外殼溫度高的現狀, 在打結永久層時增加20 mm 厚的硬質隔熱板保溫層, 以降低鋼包溫降。同時根據鋼水液面能夠達到的位置, 要求保溫層與鋼包包沿距離為(500 ±10)mm ,以保證保溫效果。90 t 鋼包增加硬質隔熱板保溫層后, 外殼溫度平均在290 .43 ℃, 比沒有加保溫層的平均降低了74 .12 ℃。增加硬質隔熱板后鋼包外殼溫度效果對比見圖2 。
2 .3 鋯質耐火纖維在包蓋系統上的研究應用
2 .3 .1 新型包蓋內襯材料的研究
90 t 鋼包烘烤器以及鋼包與中間包包蓋原采用普通澆注料打結, 施工比較麻煩, 施工完畢后需養生, 烘烤2 ～ 3 d 后方可投入使用。澆注料包蓋不但自重大, 而且蓄熱量大, 浪費能源;同時內襯的熱震穩定性差, 在使用不到3 個月就會出現裂紋、脫落現象。為此, 研究應用了鋯質耐火纖維包蓋內襯新材料。鋯質耐火纖維主要理化指標見表2 。
2 .3 .2 鋯質耐火纖維內襯包蓋系統的應用優點
鋯質耐火纖維內襯包蓋系統的蓄熱量低、熱導率小, 可減少蓄熱量達50 %以上, 散熱損失也可降低至原來的1/3 , 大大提高了鋼包的熱效率;纖維制包蓋的外殼溫度比采用澆注料的包蓋外殼溫度平均降低110 ～ 130 ℃, 使用鋯質耐火纖維內襯包蓋鋼結構因熱應力而變形的程度降低50 %以上;鋯質耐火纖維制包蓋比一般澆注包蓋質量減少85 %左右, 降低依托設備的疲勞強度, 增加鋼包的有效利用率, 同時還可大大減緩由于澆注料本身自重而引起的包蓋外殼變形。外殼變形后的澆注料包蓋, 加上使用時的急冷急熱, 會引起澆注料的大面積剝落, 并且會污染鋼水;鋯質耐火纖維內襯包蓋現場施工方便、快捷, 不需配套施工設備, 也不需養護, 大大提高了包
蓋的利用率;富有彈性的耐火纖維制品緩沖效果好,有利于壽命的提高和保持好的保溫效果。鋯質耐火纖維內襯包蓋組裝圖見圖3 。
2 .4 合金在線高溫烘烤技術
煉鋼廠銀山前區原先采用冷合金料加入的合金化工藝, 冷合金料溫度低, 造成出鋼過程鋼水溫度損失大, 轉爐被迫提高出鋼溫度。為改變這一現狀, 銀山前區增加了10 座合金烘烤窯, 實施合金在線烘烤, 但在實際使用過程中, 暴露出合金烘烤溫度低的弱點, 10 座合金烘烤窯僅為單層4 個燒嘴, 合金的烘烤溫度在100 ～ 200 ℃之間波動, 難以有效提高系統溫度控制的水平。為此通過合金窯改造, 將單層4 個燒嘴改造為雙層7 個燒嘴, 同時增加配風量, 將合金烘烤溫度由200 ℃以下提高到350 ℃以上。合金烘烤窯現場圖見圖4 。
2 .5 連鑄系統保溫技術的研究與應用
為提高連鑄澆注過程的溫度控制水平, 推廣應用了中間包保溫改造、低過熱度澆注等系統保溫技術。
2 .5 .1 中間包保溫技術
原來在中間包外殼與永久層之間沒有保溫層,在澆注過程中包壁和包底溫度經常超過標準
(300 ℃), 給生產順行造成隱患。為此, 在中間包內襯上增加了保溫層。改進后的中間包包底及包壁溫度全部符合標準, 提高了中間包的保溫效果。
2 .5 .2 低過熱度澆注技術
依據各鋼種的窄成分目標中限值, 對各鋼種的液相線溫度進行重新測算, 將鋼包運行路線進行優化, 縮短鋼包運行時間, 減少過程溫度損失。同時優化電磁攪拌參數及二冷動態配水量, 降低已澆注鋼水的過熱度, 提高冷卻速度, 為鑄機提高拉速創造條件, 降低鋼水在中間包和鋼包內的停留時間, 減少過程溫度損失。
連鑄系統保溫技術的應用, 使中間包過熱度由原來的30 ℃降至目前的15 ～ 20 ℃成為現實, 使鋼包氬前、氬后溫度及出鋼溫度相應降低15 ℃得以實現。
3 結語
通過降低轉爐出鋼溫度的綜合措施, 將萊鋼煉鋼廠銀山前區轉爐平均出鋼溫度由實施前的
1 680 ℃降低到實施后的1 646 ℃。出鋼溫度的降低, 有力地促進了爐齡的提高, 實現了轉爐煉鋼全系統均衡、有效地低溫度損失運行。