韓偉剛¹， 酈秀萍¹， 劉建華²， 張春霞¹， 周繼程¹， 石鑫越¹

（1. 鋼鐵研究總院先進(jìn)鋼鐵流程及材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081； 2. 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司制造部，河北唐山063200）

摘 要：為了研究大型高爐出鐵過程鐵水溫降規(guī)律，對(duì)首鋼京唐5500m³高爐出鐵過程中鐵水溝和爐下鐵水罐內(nèi)的鐵水溫度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。結(jié)果表明，高爐鐵水溝中鐵水溫度呈周期性波動(dòng)，堵口過程中鐵水溝殘鐵溫度以0.92℃/min 的速率逐漸降低，鐵口打開后鐵水溝溫度需40min 逐漸回升并穩(wěn)定在1475℃左右。尾罐是影響鐵水罐受鐵結(jié)束時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度的關(guān)鍵因素，尾罐比普通罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度低25℃。尾罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度與第一次受鐵量有關(guān)，將尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐受鐵有利于提高罐內(nèi)鐵水平均溫度。

關(guān) 鍵 詞：高爐出鐵；鐵水溝；鐵水罐；尾罐；鐵水溫度

當(dāng)前中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)仍以高爐—轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)長(zhǎng)流程為主，鐵水作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原材料占煉鋼金屬料消耗的70%～100%。鐵水溫度是鋼鐵制造流程高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段中的重要參數(shù)^[1-2]，鐵水溫度的高低直接決定著鐵水預(yù)處理的處理周期、熔劑消耗量和預(yù)處理效果，以及轉(zhuǎn)爐冶煉的廢鋼加入量、氧氣消耗量、渣量等一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)^[3-5]。因此，減少高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段鐵水溫降，提高KR進(jìn)站和轉(zhuǎn)爐兌鐵的鐵水溫度，對(duì)于鋼鐵企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能減排和降本增效具有重要意義。

高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段的鐵水總溫降主要由高爐出鐵、鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)和鐵水預(yù)處理等過程溫降組成。目前對(duì)鐵水轉(zhuǎn)運(yùn)和鐵水預(yù)處理過程鐵水溫降的研究較多^[6-9]，而對(duì)高爐出鐵過程鐵水溫降較少關(guān)注。本文以首鋼京唐5500m³高爐出鐵過程為例，對(duì)鐵水溝和爐下鐵水罐內(nèi)鐵水溫度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，研究高爐出鐵過程鐵水溫降及其影響因素，研究結(jié)果對(duì)其他鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)具有一定的借鑒意義。

1  測(cè)溫方案

（1）測(cè)溫點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫選擇在首鋼京唐2號(hào)高爐進(jìn)行。鐵水溝測(cè)溫在4號(hào)鐵水溝撇渣器后鐵水小坑最遠(yuǎn)端，爐下鐵水罐鐵水測(cè)溫在5號(hào)鐵水運(yùn)輸線旁建設(shè)專用測(cè)溫平臺(tái)。

（2）測(cè)溫裝置。鐵水測(cè)溫采用接觸式鉑銠熱電偶，配備有“三燈一響”裝置及顯示儀表，測(cè)溫范圍為0～1600℃，誤差為±1.5℃。由于鐵水測(cè)溫平臺(tái)距離鐵水罐距離較遠(yuǎn)，采用了焊接方式將測(cè)溫槍的長(zhǎng)度延長(zhǎng)至8m。

（3）測(cè)溫過程。鐵水溝測(cè)溫在高爐出鐵過程中及鐵口堵口后均正常進(jìn)行，每隔10min 測(cè)量一次鐵水溝中鐵水溫度。高爐下鐵水罐測(cè)溫在鐵水罐裝滿鐵水后由機(jī)車將鐵水罐從受鐵位拉至測(cè)溫平臺(tái)處進(jìn)行測(cè)溫。

（4）生產(chǎn)組織。首鋼京唐2號(hào)高爐4號(hào)鐵口下對(duì)應(yīng)5號(hào)和6號(hào)鐵水運(yùn)輸線。平時(shí)正常生產(chǎn)時(shí)，兩條鐵水運(yùn)輸線上的鐵水罐在裝滿鐵水后就立即由機(jī)車運(yùn)往煉鋼。測(cè)溫期間為在短期內(nèi)獲得盡量多的樣本量，5號(hào)鐵水罐出滿后，由機(jī)車運(yùn)離高爐過程中在途徑測(cè)溫平臺(tái)時(shí)停留2min供鐵水罐鐵水測(cè)溫；6號(hào)鐵水罐出滿由機(jī)車?yán)鲋凌F道岔口后，再倒車將鐵水罐推至測(cè)溫平臺(tái)處進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)溫結(jié)束后再運(yùn)去煉鋼。

2  測(cè)溫結(jié)果

2. 1  鐵水溝鐵水測(cè)溫結(jié)果

首鋼京唐2號(hào)高爐4號(hào)鐵水溝測(cè)溫結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，鐵水溝鐵水溫度在生產(chǎn)過程中隨著高爐堵口和開口出鐵呈現(xiàn)出周期性波動(dòng)。高爐堵口后，鐵水溝中的殘鐵溫度隨著堵口時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低；隨著鐵口的重新打開，高爐爐缸高溫鐵水不斷流入鐵水溝，與鐵水溝內(nèi)的殘鐵混合換熱并逐漸排出小坑，從而使測(cè)得的鐵水溝內(nèi)鐵水溫度逐漸升高；當(dāng)出鐵達(dá)到一段時(shí)間后，鐵水溫度逐漸穩(wěn)定。

2. 2  鐵水罐鐵水測(cè)溫結(jié)果

對(duì)高爐爐下43罐剛裝滿的鐵水進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)溫結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，鐵水罐裝滿鐵水時(shí)，鐵水罐內(nèi)鐵水溫度波動(dòng)較大。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得鐵水罐內(nèi)鐵水溫度最低為1373℃，最高為1461℃，計(jì)算得鐵水罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)平均鐵水溫度為1412℃。

3  結(jié)果分析

3. 1  高爐鐵口堵口過程中鐵水溝殘鐵溫度變化

截取圖1 中高爐堵口期間鐵水溝殘鐵溫度變化曲線，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，高爐堵口后鐵水溝殘鐵溫度隨堵口時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。當(dāng)堵口時(shí)間為90min時(shí)，鐵水罐殘鐵溫度從約1470左右降低至約1370℃左右，計(jì)算得高爐鐵口堵口后鐵水溝中殘鐵平均降溫速率為0.92℃/min。

3. 2  高爐出鐵過程中鐵水溝鐵水溫度變化

同理，截取圖1中高爐出鐵過程中的鐵水溫度變化曲線，結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，高爐出鐵初期鐵水溫度較低，而隨著出鐵的進(jìn)行，鐵水溫度隨之回升并逐漸穩(wěn)定在1475℃左右，鐵水溝鐵水溫度回升大約用時(shí)40min。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)記錄，高爐出鐵過程累計(jì)出鐵量隨出鐵時(shí)間變化，出鐵過程前40min高爐的累計(jì)出鐵量平均為151t。

3. 3  尾罐對(duì)鐵水罐內(nèi)鐵水溫度的影響

首鋼京唐高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段采用了“一罐到底”的界面技術(shù)，鐵水罐內(nèi)鐵水量必須達(dá)到轉(zhuǎn)爐的裝入量要求才能送往煉鋼，而高爐每次出鐵基本不可能正好出滿整數(shù)罐鐵水，對(duì)于每次出鐵最后一個(gè)未受滿鐵水的鐵水罐（稱為尾罐），需要在下次出鐵時(shí)裝滿鐵水才能送往煉鋼。分別對(duì)首鋼京唐測(cè)溫期間的12個(gè)尾罐和31個(gè)普通罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖5所示。

從圖5 中可以看出，尾罐裝滿鐵水時(shí)，罐內(nèi)鐵水溫度普遍較低，一般不超過1400℃，高于1400℃的僅占尾罐總數(shù)的33%；而普通罐鐵水溫度普遍較高，普通罐鐵水溫度高于1400℃的占普通罐總數(shù)的84%。經(jīng)計(jì)算，尾罐裝滿鐵水罐內(nèi)平均鐵水溫度為1394℃，普通罐平均鐵水溫度為1419℃，兩者相差25℃。

3. 4  尾罐裝滿鐵水罐內(nèi)鐵水溫度與尾罐第一次受鐵量的關(guān)系

由于尾罐需要兩次受鐵才能裝滿，因此尾罐裝滿鐵水時(shí)，罐內(nèi)鐵水溫度與前后兩次受鐵的受鐵量有著直接關(guān)系。對(duì)首鋼京唐尾罐受滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度與第一次受鐵量的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖6所示。

從圖6中可以看出，當(dāng)尾罐鐵水量較小或較大時(shí)，裝滿鐵水后的鐵水溫度均較高；而在第一次受鐵量為150t左右時(shí)，裝滿鐵水后的鐵水溫度取得最小值。這主要是由于當(dāng)尾罐第一次受鐵量較小時(shí)，第二次受鐵除了裝入高爐出鐵初期的低溫鐵水外，還可以裝入部分高爐出鐵中期的高溫鐵水；當(dāng)尾罐第一次受鐵量較大時(shí)，第二次受鐵僅裝入少量高爐出鐵初期的低溫鐵水量。因此，這兩種情況下尾罐裝滿時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度均較高。而當(dāng)尾罐第一次受鐵量為150t左右時(shí)，第二次受鐵基本全部裝入了高爐出鐵初期的低溫鐵水，導(dǎo)致最終尾罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度最低。

3. 5  尾罐裝滿鐵水罐內(nèi)鐵水溫度與尾罐處理方式的關(guān)系

目前，首鋼京唐尾罐的處理是在原鐵口下等待下次出鐵時(shí)放在第一罐受鐵，統(tǒng)計(jì)測(cè)溫過程中8次完整出鐵過程中鐵水罐內(nèi)鐵水溫度與受鐵次序的關(guān)系，結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，當(dāng)尾罐放在下次出鐵的第一罐受鐵時(shí)，裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)平均鐵水溫度一般不超過1400℃，平均鐵水溫度為1391℃，而位于第二罐和第三罐受鐵的普通罐罐內(nèi)平均鐵水溫度均為1400℃以上，平均鐵水溫度分別為1419和1423℃，3罐鐵水的平均鐵水溫度為1411℃。這主要是由于尾罐內(nèi)存有的第一次裝入的鐵水在等待第二次受鐵的過程中溫降不斷降低，而第二次受鐵繼續(xù)裝入的又是高爐出鐵初期的低溫鐵水，兩方面綜合作用從而導(dǎo)致尾罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度較低。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐進(jìn)行受鐵時(shí)（即第二次受鐵裝入出鐵過程中后期的高溫鐵水）鐵水罐內(nèi)鐵水溫度與受鐵次序的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果如圖8所示。

從圖8中可以看出，當(dāng)尾罐放在下次出鐵的第二罐受鐵時(shí)，裝滿鐵水時(shí)雖然尾罐鐵水溫度仍是最低的，但3罐鐵水溫度均已超過了1400℃，分別為1411、1402和1437℃，3罐鐵水的平均鐵水溫度為1417℃，比尾罐第一罐受鐵時(shí)提高了6℃。由此可見，首鋼京唐尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐受鐵，有利于提高鐵水罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水平均溫度。

4  結(jié)論

（1）鐵水溝鐵水溫度在生產(chǎn)過程中隨著高爐堵口和開口出鐵呈現(xiàn)出周期性波動(dòng)。高爐鐵口堵口后，鐵水溝中的殘鐵溫度隨著堵口時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，平均降溫速率為0.92℃/min；鐵口打開后的40min 時(shí)間內(nèi)，鐵水溝內(nèi)鐵水溫度升高并逐漸穩(wěn)定在1475℃左右。

（2）首鋼京唐鐵水罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)平均鐵水溫度為1412℃，其中尾罐平均鐵水溫度為1394℃，普通罐平均鐵水溫度為1419℃，兩者相差25℃。

（3）首鋼京唐尾罐裝滿鐵水時(shí)罐內(nèi)鐵水溫度與第一次受鐵量有關(guān)。尾罐第一次受鐵量較小或較大時(shí)，裝滿鐵水后的鐵水溫度較高，而尾罐第一次受鐵量為150t左右時(shí)，裝滿鐵水后的鐵水溫度取得最小值。

（4）首鋼京唐尾罐在原鐵口下等待高爐下次出鐵時(shí)，可以放在出鐵的第二罐進(jìn)行受鐵，有助于提高鐵水受鐵結(jié)束罐內(nèi)鐵水平均溫度。

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