周劍豐,孟征兵,彭其春,徐 歡,張 波

(1.湖南華菱漣源鋼鐵公司210轉(zhuǎn)爐廠,湖南婁底,417009; 2.武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢,430081)

漣鋼KR法脫硫過(guò)程鐵水溫度變化規(guī)律研究

周劍豐1,孟征兵1,彭其春2,徐 歡2,張 波2

(1.湖南華菱漣源鋼鐵公司210轉(zhuǎn)爐廠,湖南婁底,417009; 2.武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢,430081)

采用多元線性回歸方法建立了漣鋼KR法鐵水預(yù)處理過(guò)程中鐵水溫度的變化模型,并利用此模型對(duì)漣鋼 KR法處理過(guò)程中鐵水溫度變化規(guī)律和影響脫硫過(guò)程溫降的主要因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明,導(dǎo)致鐵水溫降的主要因素依次是攪拌時(shí)間、脫硫劑量、脫后扒渣時(shí)間和鐵水等待時(shí)間;采用 KR法處理過(guò)程中,鐵水溫降為24～53℃,允許KR處理最低溫度約為1 210℃;通過(guò)合理確定脫硫劑加入量及攪拌強(qiáng)度、提高扒渣速度和縮短鐵水等待時(shí)間可減少過(guò)程溫降,降低處理成本。

鐵水溫度;多元線性回歸;KR脫硫

隨著煉鋼工藝和煉鋼過(guò)程控制水平的不斷提高,不僅對(duì)鐵水的化學(xué)成分要求越來(lái)越高,而且對(duì)鐵水熱性能的要求也不斷提高,需要精確掌握進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前及脫硫、脫磷預(yù)處理[1-2]過(guò)程中鐵水的溫度。轉(zhuǎn)爐冶煉的熱量基本來(lái)源于鐵水的物理熱和化學(xué)熱,在化學(xué)熱一定的情況下,鐵水的物理熱是決定冶煉能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素[3]。鐵水溫度低會(huì)造成轉(zhuǎn)爐吹損大、鋼鐵料消耗高、鋼水質(zhì)量無(wú)保障、爐齡下降等后果。脫硫站是鐵水進(jìn)轉(zhuǎn)爐的前一站,研究預(yù)處理脫硫過(guò)程溫降對(duì)于整個(gè)流程的溫度控制具有重要意義。

210轉(zhuǎn)爐廠是湖南華菱漣源鋼鐵公司(簡(jiǎn)稱漣鋼)投入的一條全新生產(chǎn)線,其脫硫站采用 KR法脫硫技術(shù)。由于投產(chǎn)時(shí)間短,對(duì) KR脫硫過(guò)程中鐵水溫降的規(guī)律還不甚了解。筆者通過(guò)對(duì)脫硫站數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,建立了多元線性回歸數(shù)學(xué)模型,并利用此模型分析了該廠KR法處理過(guò)程中鐵水溫度變化規(guī)律,研究影響脫硫過(guò)程中鐵水溫降的主要因素及其變化范圍,以期為優(yōu)化該廠 KR脫硫處理過(guò)程中的操作提供理論依據(jù)。

1 脫硫過(guò)程鐵水溫降影響因素及其統(tǒng)計(jì)

鐵水預(yù)處理階段溫度的降低由爐外處理的諸多因素造成。根據(jù)溫度因素優(yōu)選原則及文獻(xiàn)[3]～文獻(xiàn)[6],在 KR脫硫處理過(guò)程中選取影響鐵水溫降的主要因素為:扒渣時(shí)間、脫硫劑加入量、攪拌時(shí)間、總處理時(shí)間。本文隨機(jī)選取漣鋼 KR脫硫站生產(chǎn)中一百多爐次的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

(1)鐵水進(jìn)站溫度。對(duì)鐵水進(jìn) KR攪拌站溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖1所示。由圖1中可見,鐵水進(jìn)站溫度主要集中分布在1 300～1 390℃之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的81%,溫度波動(dòng)達(dá)90℃。這主要是因?yàn)樾赂郀t與210轉(zhuǎn)爐均處于磨合期,生產(chǎn)調(diào)度上關(guān)系未完全理順。在高爐跟不上轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)鐵水直接從高爐進(jìn)入KR脫硫站的情況,此時(shí)鐵水溫度一般可以達(dá)到1 400℃左右;在轉(zhuǎn)爐跟不上高爐冶煉節(jié)奏時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)鐵水在混鐵爐長(zhǎng)時(shí)間等待后才進(jìn)入 KR脫硫站,此時(shí)鐵水溫度一般在1 300℃以下;而正常從混鐵爐出來(lái)的鐵水平均溫度在1 360℃左右。

圖1 鐵水進(jìn)站溫度頻率分布Fig.1 Frequency distribution of inlet tem perature of molten iron in KR

(2)脫硫劑加入量。對(duì) KR處理過(guò)程中脫硫劑加入量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖2所示。由圖2中可見,脫硫劑加入量的分布范圍主要集中在1 100～1 700 kg,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的70.5%。脫硫劑加入量與不同鋼種對(duì)終點(diǎn)S含量的要求有關(guān)。

圖2 脫硫劑加入量頻率分布Fig.2 Frequency distribution of addition of desulfurizer

(3)脫前扒渣時(shí)間。對(duì) KR處理過(guò)程中的脫前扒渣時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖3所示。由圖3中可知,脫前扒渣時(shí)間主要集中分布于2～5 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的75%。脫前扒渣時(shí)間與鐵水表面殘?jiān)?、殘?jiān)ざ燃吧a(chǎn)節(jié)奏等因素有關(guān)。

圖3 脫前扒渣時(shí)間頻率分布Fig.3 Time-frequency distribution for the slag skimm ing before desulfurization

(4)脫后扒渣時(shí)間。對(duì) KR處理過(guò)程中脫后扒渣時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖4所示。由圖4中可知,脫后扒渣時(shí)間主要集中分布于4～8 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的88%。終渣的黏度較合適,易于被扒除,但由于渣量一般較大,所以脫后扒渣時(shí)間比脫前扒渣時(shí)間稍長(zhǎng)。脫后扒渣時(shí)間主要與渣量和進(jìn)度要求有關(guān)。

圖4 脫后扒渣時(shí)間頻率分布Fig.4 Time-frequency distribution for the slag skimm ing after desulfurization

(5)處理時(shí)間。將脫硫過(guò)程中前后兩次測(cè)溫時(shí)間間隔定為處理時(shí)間。對(duì)KR處理過(guò)程中的處理時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖5所示。由圖5中可知,KR處理時(shí)間主要集中分布在20～26 m in之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的71%。而總處理時(shí)間(鐵水進(jìn)站測(cè)溫到出站吊包的這一段時(shí)間,包括等待吊包時(shí)間等)約為35 min。

圖5 處理時(shí)間頻率分布Fig.5 Time-frequency distribution during the processing

(6)攪拌時(shí)間。對(duì) KR處理過(guò)程中的攪拌時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖6所示。由圖6中可知,攪拌時(shí)間主要集中分布在6～12 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的91.5%。攪拌時(shí)間要根據(jù)進(jìn)站成分和鋼種對(duì)成分的要求來(lái)定。

圖6 攪拌時(shí)間頻率分布Fig.6 Time-frequency distribution for the stirring

2 鐵水溫度變化預(yù)測(cè)模型

根據(jù)上述工藝數(shù)據(jù)分析結(jié)果選擇合理的參數(shù),經(jīng)多元線性回歸得到 KR脫硫過(guò)程中鐵水溫度隨各個(gè)因素變化的公式如下:

式中:ΔTKR為 KR脫硫過(guò)程中鐵水的溫降,℃; T初始為鐵水進(jìn)站時(shí)的溫度,℃;T結(jié)束為鐵水處理結(jié)束的溫度,℃;x1為脫硫劑加入量,kg;x2為攪拌時(shí)間,min;x3為脫后扒渣時(shí)間,min;x4為扒渣完鐵水等待時(shí)間,min。

該模型是建立在前后兩次測(cè)溫區(qū)間內(nèi)的,而KR測(cè)量的處理前溫度是在脫前扒渣后進(jìn)行的,所以模型中未出現(xiàn)過(guò)程溫降與脫前扒渣時(shí)間的關(guān)系,而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析,脫前扒渣與脫后扒渣過(guò)程中鐵水溫降基本相同。

分析各因素對(duì)脫硫過(guò)程中鐵水溫降的影響如下:

(1)加入脫硫劑的影響。鐵水在進(jìn)行 KR脫硫時(shí)要加入一定量的脫硫劑,一方面脫硫劑熔化要從鐵水中吸收熱量,另一方面脫硫劑與鐵水反應(yīng)也會(huì)吸取部分熱量,這些都將導(dǎo)致鐵水溫度的降低。從式(1)中可知,脫硫劑加入量的增加會(huì)增大鐵水處理過(guò)程的溫降,這與文獻(xiàn)[6]研究結(jié)果相符。每1 kg脫硫劑能使鐵水降溫約0.007℃。鐵水在攪拌過(guò)程中加入脫硫劑1 300～1 700 kg,由此引起的鐵水溫降約為9～12℃。

(2)攪拌時(shí)間的影響。在 KR脫硫過(guò)程中需要對(duì)鐵水進(jìn)行攪拌,以提高脫硫效率,在攪拌過(guò)程中鐵水由于沒(méi)有熱量來(lái)源,溫度會(huì)持續(xù)降低。在這個(gè)過(guò)程中溫降的大小主要跟攪拌時(shí)間、攪拌強(qiáng)度等因素有關(guān)。從式(1)中可以看出,隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),鐵水溫降會(huì)增大,每分鐘由攪拌引起的溫降約為1.8℃。鐵水在脫硫站攪拌時(shí)間一般為6～12 min,則由攪拌引起的溫降約為10.8～21.6℃。與脫硫劑對(duì)鐵水溫降的影響相比,攪拌時(shí)間對(duì)鐵水溫降的影響要稍大。

(3)脫后扒渣時(shí)間的影響。鐵水?dāng)嚢韬鬄榉乐够亓虮仨毎浅F水表面的渣,扒渣過(guò)程中鐵水表面波動(dòng)且直接裸露在大氣中,必定加快其散熱而導(dǎo)致降溫,由于攪拌后的渣量較大,故脫后扒渣時(shí)間比脫前扒渣時(shí)間要長(zhǎng)一些,為4～8 min。由回歸公式可知,每分鐘由扒渣引起的溫降為0.9℃,脫后扒渣過(guò)程引起的溫降范圍為3.6～7.2℃。

(4)鐵水等待時(shí)間的影響。鐵水處理后到測(cè)溫這段時(shí)間較短,鐵水也處于鎮(zhèn)靜狀態(tài),平均每分鐘溫降為0.6℃,而整個(gè)等待時(shí)間不超過(guò)1 min,所以相對(duì)于其他因素而言,本階段鐵水等待時(shí)間的影響可忽略不計(jì),但這個(gè)系數(shù)可用于計(jì)算鐵水測(cè)溫后直到送到轉(zhuǎn)爐這段時(shí)間的溫降。鐵水從吊包到轉(zhuǎn)爐一般約需2 min,在轉(zhuǎn)爐等待時(shí)間為0～18 min,所以這段時(shí)間引起的溫降約為1～12℃。

綜上所述,在預(yù)處理過(guò)程中,導(dǎo)致鐵水降溫的主要因素依次為攪拌時(shí)間、脫硫劑量、脫后扒渣時(shí)間、鐵水等待時(shí)間。KR處理過(guò)程中總溫降約為24～53℃,高爐鐵水熔點(diǎn)約為1 148℃,所以允許進(jìn)行 KR處理的最低溫度約為1 210℃。

3 鐵水溫降的控制

攪拌時(shí)間是根據(jù)鋼種成分來(lái)定,沒(méi)有多大的優(yōu)化空間,因此,根據(jù)對(duì)回歸方程分析的結(jié)果,減少 KR脫硫過(guò)程溫降的主要措施有如下幾條:

(1)根據(jù)不同鋼種對(duì)硫含量的要求,確定合理的加入脫硫劑量及攪拌強(qiáng)度。漣鋼210轉(zhuǎn)爐廠使用的脫硫劑為CaO-CaF2系脫硫劑,從設(shè)備的使用情況來(lái)看,由于下料管未對(duì)準(zhǔn),且脫硫劑為粉狀,在攪拌過(guò)程中脫硫劑的流失比較嚴(yán)重,而且從上面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看脫硫劑用量還有降低的空間。

(2)提高工人扒渣熟練度,減少扒渣時(shí)間。由于新廠部分員工未做過(guò)扒渣工作,導(dǎo)致在操作座包、搖罐和扒渣的過(guò)程中,浪費(fèi)不少時(shí)間,從而使得扒渣時(shí)間過(guò)長(zhǎng),增加了溫降。通過(guò)提高工人扒渣操作的熟練度,完全能夠減少扒渣導(dǎo)致的溫降。

(3)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度,縮短鐵水等待時(shí)間(包括鐵水處理前等待時(shí)間及處理結(jié)束后等待時(shí)間);由于操作工的熟練度不夠和脫硫站-轉(zhuǎn)爐交接的不匹配,都導(dǎo)致了鐵水等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng),部分鐵水在脫硫處理完畢后,經(jīng)半小時(shí)左右才倒入轉(zhuǎn)爐,溫降損失較大,這就需要加強(qiáng)各工位的生產(chǎn)組織協(xié)調(diào),避免出現(xiàn)“等吊車”、“等轉(zhuǎn)爐操作”的現(xiàn)象。特別要協(xié)調(diào)好各工位的天車作業(yè)。

4 結(jié)論

(1)漣鋼210轉(zhuǎn)爐廠 KR預(yù)處理中鐵水進(jìn)站溫度為1 300～1 390℃,因處于高爐與轉(zhuǎn)爐的磨合期而導(dǎo)致溫度波動(dòng)大;脫硫劑加入量為1 300～1 700 kg;脫前扒渣耗時(shí)2～5 min;脫后扒渣耗時(shí)4～8 m in;攪拌時(shí)間為6～12 m in;KR處理時(shí)間為20～24 min,總處理時(shí)間約為35 min。

(2)經(jīng)多元線性回歸得到 KR脫硫過(guò)程中溫降隨各個(gè)因素變化的預(yù)測(cè)模型為ΔTKR= 0.007 x1+1.8 x2+0.9 x3+0.6 x4。

(3)由多元回歸公式可知,導(dǎo)致鐵水降溫的主要因素依次是攪拌時(shí)間、脫硫劑量、脫后扒渣時(shí)間、鐵水等待時(shí)間。KR處理過(guò)程中鐵水溫降為24～53℃,允許KR處理最低溫度約為1 210℃?？赏ㄟ^(guò)合理確定脫硫劑加入量及攪拌強(qiáng)度、提高扒渣速度和縮短鐵水等待時(shí)間來(lái)減少 KR處理過(guò)程中鐵水的溫降,降低處理成本。

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Temperature variation in KR desulphurization process in L iangang Group

Zhou Jianfeng1,M eng Zhengbing1,Peng Qichun2,Xu H uan2,Zhang Bo2
(1.210t Converter Plant,Lianyuan Iron and Steel Corpo ration of Hunan Hualing,Loudi 417009,China; 2.Key Labo rato ry fo r Ferrous Metallurgy and Resources U tilization of M inistry of Education, Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China)

A temperature variation model was developed w ith multip le linear regression method for the ho t metal desulphurization p rocess of Liangang Group’s 210 t converter.Statistics show s that the main factors leading to the cooling of hot metal are stirring time,desulfurizer addition,post slag-off time and waiting time of hot metal.It is found that temperature drops by 24～53℃during the KR p rocess and the lowest temperature allowed by KR p rocess is about 1 210℃.It is p roposed that,by rationally determ ining the amount of desulfurizer added and stirring intensity,increasing slag-off speed and shortening waiting time of hot metal,the temperature drop and p rocessing cost should be reduced.

temperature of hot metal;multip le linear regression;KR desulphurization

TF769.9

A

1674-3644(2010)06-0570-04

[責(zé)任編輯 鄭淑芳]

2010-05-04

周劍豐(1977-),男,湖南華菱漣源鋼鐵公司技術(shù)人員,碩士.E-mail:56391369@qq.com

彭其春(1964-),男,武漢科技大學(xué)副教授,博士.E-mail:pengqichun1964@163.com