齊 凱

技術(shù)人員通過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼包的溫降速度與紅包出鋼率、鋼包的空置時(shí)間以及鋼包的周轉(zhuǎn)速度有著密切關(guān)系，因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合鋼包的這一特點(diǎn)，制訂一套科學(xué)系統(tǒng)的鋼包控溫措施，在推進(jìn)煉鋼生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，為鋼產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

1 鋼包種類與煉鋼溫降階段

1.1 鋼包種類

鋼包作為鋼水的轉(zhuǎn)運(yùn)容器，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到煉鋼質(zhì)量，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了便于區(qū)分每一種鋼包的不同特性，通常將鋼包劃分為異常包與無異常包兩大種類，其中，無異常包以周轉(zhuǎn)包為主，而異常包則包括新包、小修包、烤包、超時(shí)包、粘鋼包、涼包。新包是在大修與中修后經(jīng)過烘烤的前五次包齡的鋼水包，小修包是經(jīng)過小修后烘烤前三次包齡的鋼水包，烤包是指周轉(zhuǎn)包在熱修超時(shí)、包數(shù)減少的情況下停止使用，而在烘烤器中經(jīng)過烘烤完成的鋼水包，超時(shí)包是空置時(shí)間大于等于50min，小于等于80min 的周轉(zhuǎn)包，粘鋼包是指鋼包底部存在粘鋼，粘鋼重量小于等于8t 的周轉(zhuǎn)包，而涼包則是指空置時(shí)間達(dá)到80min 以上，或者臥包后包口溫度小于200℃、包殼溫度小于80℃的鋼水包。如果在煉鋼生產(chǎn)中，出現(xiàn)上述異常包，現(xiàn)場操作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行上述的標(biāo)準(zhǔn)名稱，以免影響煉鋼進(jìn)度與質(zhì)量。

1.2 煉鋼溫降階段

轉(zhuǎn)爐煉鋼溫度下降主要集中在三個(gè)階段，即：鋼包運(yùn)輸鋼水階段、出鋼階段以及澆鑄階段。鋼包的主要功能和作用是用來盛裝鋼水，在轉(zhuǎn)爐出鋼一直到鋼水澆鑄，這一系列生產(chǎn)工序均在鋼包內(nèi)完成，因此，鋼包的狀態(tài)參數(shù)與煉鋼溫度降低有著密不可分關(guān)系。尤其在鋼包運(yùn)輸鋼水過程中，由于包裹鋼包的外襯極易產(chǎn)生熱損失，進(jìn)而使鋼包內(nèi)部溫度快速下降，為了有效抑制溫度下降速度，技術(shù)人員通常采用減少鋼包空等周期，或者延長鋼包在線烘烤時(shí)間等方法。在出鋼階段，鋼水本身自帶熱輻射，而且也會(huì)產(chǎn)生對流散熱，在這種情況下，鋼水溫度也將快速下降，另外，由于整個(gè)出鋼過程將極易出現(xiàn)脫氧合金化現(xiàn)象，這對鋼水溫度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。目前，在應(yīng)對出鋼階段溫度下降的問題時(shí)，技術(shù)人員多采用提高出鋼前鋼包溫度以及烘烤合金的方法，來降低出鋼溫度。在澆鑄階段，鋼水溫降不穩(wěn)定的因素主要包括澆鑄時(shí)間、中包溫度狀態(tài)以及保護(hù)澆鑄等。在應(yīng)對澆鑄階段溫降時(shí)，通常采取增加中間包保溫層的方法，來減緩熱量散失速度，選用的鋼包保溫層材料一般以微孔絕熱納米板為主，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.06W/m·k（300℃）、而中間包保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.08W/m·m（600℃）?；蛘卟捎萌埸c(diǎn)為1250℃，導(dǎo)熱系數(shù)為0.62W/（m·K），鋪展性良好并且不結(jié)過殼的中包覆蓋劑，應(yīng)用這種方法能夠大幅減少中間包的熱損失。

2 澆注溫度與出鋼溫度的確定方法

2.1 確定澆注溫度

澆注溫度實(shí)際是中間包內(nèi)部的鋼水溫度，一部分是鋼水本身的凝固溫度，也稱為液相線溫度，另一部分是鋼水的過熱度，即超過凝固溫度的溫度值。澆注溫度的數(shù)學(xué)計(jì)算式為：Tc=TL+ΔT，其中Tc 表示鋼水的澆注溫度，TL 表示鋼水的液相線溫度，ΔT 則表示鋼水的過熱度。影響液相線溫度的因素主要是鋼水當(dāng)中各種元素的含量多少與性質(zhì)。在計(jì)算液相線溫度時(shí)，一般采用下面這一計(jì)算式：

TL=1537-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%]，以q235 合金化后的鋼包內(nèi)鋼水成分為例，其中：C 的含量0.15%、Si 的含量0.25%、Mn 的含量0.45%、P 的含量0.025%、S 的含量0.02%，如果將這些已知條件代入到上面的計(jì)算式中，能夠計(jì)算出鋼水的液相線溫度為1518℃，這一溫度也是液態(tài)鋼與固態(tài)鋼的臨界溫度。而鋼水過熱度主要由澆注的鋼種、鑄坯斷面以及實(shí)際生產(chǎn)條件決定，取值范圍通常介于5℃～40℃之間，在鋼水性能優(yōu)越、溫降小、鑄坯斷面大的情況下，一般取下限值，反之，則取上限值。比如對于中厚板材來說，為了避免出現(xiàn)內(nèi)部裂紋或者偏析現(xiàn)象，過熱度取值以接近下限值為宜，一般在10℃～15℃之間。

2.2 確定出鋼溫度

在確保正常澆注、正常出鑄坯與出鋼錠的前提下，出鋼溫度的數(shù)學(xué)計(jì)算式為：T 出=TL+Δtl+Δt2，在計(jì)算式中，TL 代表澆注鋼種的液相線溫度，Δtl 代表澆注過程中鋼水的溫降，Δt2 代表從出鋼、鋼水精煉到鋼水澆注時(shí)的鋼水溫降。其中，鋼種的液相線溫度與鋼液的組成成分有關(guān)，鋼種不同，液相線溫度也存在明顯差異。Δtl 是鋼水澆注工序開始以后，需要保持一定的過熱溫度，這與生產(chǎn)條件以及澆注質(zhì)量有著密切關(guān)系。對于模柱來說，鋼水過熱度介于50℃～100℃之間，而對于連鑄工序來說，鋼水的過熱度一般在5℃～30℃之間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鋼水過熱度偏低，產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量較好，鋼水過熱度偏高，產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好。而Δt2 的數(shù)值變化則與出鋼時(shí)間、鋼包容積、鋼水流動(dòng)狀態(tài)、鋼包內(nèi)襯溫度以及加入鐵合金的多少有關(guān)，一般情況下，取值范圍在30℃～80℃之間，而在連鑄生產(chǎn)中，受到中間包熱損失的影響，模鑄溫度往往比鋼水溫度低20℃～50℃。

2.3 鋼水溫度對煉鋼工藝產(chǎn)生的不良影響

鋼水溫度一般是指平均澆鑄溫度，即在煉鋼生產(chǎn)過程中，需要對鋼水的澆鑄溫度測量三次，然后再取三次的平均值，第一次測量在澆鑄開始以后的5min 進(jìn)行，第二次在澆鑄中期進(jìn)行，第三次則在澆鑄結(jié)束前5min 進(jìn)行。如果三次測量的平均值過度，那么對煉鋼工藝將產(chǎn)生以下不良影響：即出結(jié)晶器坯殼薄，易漏鋼；耐火材料侵蝕速度加快，易導(dǎo)致鑄流失控，降低澆鑄安全性；增加非金屬夾雜，影響板坯內(nèi)在質(zhì)量；鑄坯柱狀晶發(fā)達(dá)；中心偏析加重，易產(chǎn)生中心線裂紋。如果三次測量的平均值過低，則容易對煉鋼工藝產(chǎn)生以下不良影響：即容易發(fā)生水口堵塞，澆鑄中斷；連鑄表面容易產(chǎn)生結(jié)皰、夾渣、裂紋等缺陷；非金屬夾雜不易上浮，影響鑄坯內(nèi)在質(zhì)量。由此可以看出，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，合理控制鋼水溫度，對改善產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化煉鋼工藝流程均將起到積極的促進(jìn)作用。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，控制鋼水溫度過高的方法主要包括攪拌法以及攪拌+冷廢鋼的方法。攪拌法主要是利用氬槍從鋼包頂部或底部吹入氬氣，對鋼水進(jìn)行攪拌，通過這種方法，能夠均衡鋼包內(nèi)上下部鋼水的溫度。攪拌+冷廢鋼的方法主要是在吹氣攪拌過程中，向鋼水當(dāng)中加入一些輕型的清潔廢鋼，然后通過廢鋼的吸熱過程來達(dá)到降低鋼水溫度的目的。而控制鋼溫度過低的方法主要包括電弧加熱法、感應(yīng)加熱法以及等離子加熱法，其中，電弧加熱法主要是利用電墨電極產(chǎn)生出的高溫電弧對鋼水進(jìn)行加熱，電弧的加熱溫度可以達(dá)到4000℃以上，采用這種升溫方法時(shí)，鋼包容量越大，加熱效率則越高。比如20t 鋼包的加熱效率約為30%，而250t 的鋼包的加熱效率將達(dá)到75%以上。感應(yīng)加熱法主要是利用線圈產(chǎn)生的交流磁場在鋼水當(dāng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢對鋼水進(jìn)行加熱處理，這種方法的加熱效率能夠達(dá)到70%以上，升溫速度可以達(dá)到每分鐘2.5℃。而等離子加熱法則是對氬、氮等氣體進(jìn)行加熱，使其轉(zhuǎn)變成為等離子狀態(tài)，然后利用高溫等離子體對鋼水進(jìn)行加熱處理，這種加熱方法的升溫速度能夠達(dá)到每分鐘5℃以上，加熱效率最高可以達(dá)到80%。

3 鋼包溫度的有效控制措施

3.1 砌筑絕熱層

鋼包運(yùn)行的優(yōu)化涉及到鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)過程所牽扯的各個(gè)環(huán)節(jié)：鋼包的維修、轉(zhuǎn)爐冶煉和連鑄澆鋼，特別是天車的作業(yè)等，需要用整體的觀念對鋼包運(yùn)行實(shí)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化。對鋼包傳擱過程中無效占用天車時(shí)間較長的環(huán)節(jié)，如滿包從轉(zhuǎn)爐到精煉站，從精煉站到連鑄機(jī)，空包從連鑄機(jī)到鋼包維修站以及修畢鋼包從維修站至轉(zhuǎn)爐爐后鋼包車等，均應(yīng)優(yōu)化作業(yè)，提高天車的作業(yè)效率。砌筑鋼包絕熱層是有效控制鋼包溫度的一種簡單易行的方法，過去，絕熱層材料一般以硅酸鋁纖維為主，但是，這種材料的絕熱效果相對較差。因此，近年來，隨著納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些利用納米材料研制開發(fā)出來的新型絕熱材料與絕熱機(jī)構(gòu)，被普遍應(yīng)用于鋼包絕熱層當(dāng)中，并且收到了較為理想的絕熱效果。下面以國內(nèi)某鋼廠盛滿120t 鋼水的鋼包為例，其中1#、3#、5#鋼包未砌筑絕熱層，2#、4#、6#鋼包砌筑了絕熱層，然后對包殼溫度、澆注中后期溫降、澆注中后期平均溫降等參數(shù)進(jìn)行比對。

從對比數(shù)據(jù)可以看出，未砌筑微孔絕熱納米板的1#、3#、5#鋼包，比砌筑微孔絕熱納米板的2#、4#、6#鋼包的包殼溫度要高出50℃～70℃，而澆注中后期的溫降值相差2℃左右，平均溫降則相差3℃左右，由此可以得出結(jié)論，在鋼包表面砌筑微孔絕熱納米板能夠有起到保溫作用，進(jìn)而使溫降速度得到有效緩解。

3.2 提高紅包出鋼率

所謂紅包出鋼主要是指出鋼之前將鋼包內(nèi)襯烤至發(fā)紅，使內(nèi)襯溫度達(dá)到800℃～1000℃，如果提升紅包出鋼率，那么在鋼包處于空置狀態(tài)時(shí)，內(nèi)襯的溫度損失將大幅減少。比如鋼包的溫降速率為4.11℃/min，那么在鋼包空置時(shí)間保持在50min 時(shí)，鋼包內(nèi)襯的溫度依然在900℃以上，如果鋼包的空置時(shí)間達(dá)到70℃以上時(shí)，在鋼包內(nèi)襯未經(jīng)烘烤的情況下，則無法實(shí)現(xiàn)紅包出鋼。而在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，一般會(huì)出現(xiàn)超時(shí)時(shí)間超過20min 的超時(shí)包，這種類型的鋼包對各個(gè)階段的溫度影響較大，因此，鋼廠應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，合理制訂生產(chǎn)計(jì)劃，以加快推進(jìn)各道工序的生產(chǎn)進(jìn)度，這樣可以有效避免超時(shí)包的出現(xiàn)。以300t 的鋼水包為例，如果該鋼包的內(nèi)襯經(jīng)過烘烤，并且達(dá)到了紅包出鋼的條件，那么出鋼的平均溫降值能夠保持在15℃左右，在這種情況下，生產(chǎn)出的成品鋼其外觀質(zhì)量與內(nèi)部質(zhì)量均能夠滿足用戶需求。另外，為了保證紅包出鋼，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)掌握與合理控制鋼包上線之前的烘烤時(shí)間。

溫度變化的臨界點(diǎn)發(fā)生在烘烤7h 的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上面，因此，在鋼包上線之前，應(yīng)當(dāng)保證烘烤時(shí)間達(dá)到7h 以上，這樣才能確保紅包出鋼。

3.3 啟動(dòng)在線烘烤模式

鋼包的周轉(zhuǎn)速度給鋼包溫度造成直接影響，而周轉(zhuǎn)速度出現(xiàn)不均衡的原因主要與轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐、鋼口更換、擋渣滑板更換、臨時(shí)性檢修、連鑄機(jī)故障等因素有關(guān)，如果鋼包周轉(zhuǎn)速度不均，那么極易出現(xiàn)內(nèi)襯變黑現(xiàn)象，這將給產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。為了避免這種情況的出現(xiàn)，在出鋼之前，技術(shù)人員可以啟動(dòng)在線烘烤模式，即利用轉(zhuǎn)爐的在線烘燒器，對鋼包進(jìn)行烘烤，使鋼包內(nèi)襯始終保持“紅亮”狀態(tài)。具體操作流程如下：從鋼包停澆至鋼包更換水口，再到投放引流砂這一系列工序所占有時(shí)間應(yīng)當(dāng)保證在25min 以內(nèi)，當(dāng)這些工序完成以后，應(yīng)將鋼包坐上轉(zhuǎn)爐在線鋼包車，將其直接開至在線烤包器下，對鋼包進(jìn)行在線烘烤。以300t 的鋼包為例，如果利用在線烘烤的模式，烘烤時(shí)間15min，鋼包內(nèi)襯的溫度能夠達(dá)到850℃以上，經(jīng)過在線烘烤處理的鋼包，溫降速度也由原來的60℃～80℃下降至40℃～60℃，這就使鋼包內(nèi)部的鋼水能夠時(shí)刻處于一種良好的保溫狀態(tài)，進(jìn)而能夠大幅提升煉鋼質(zhì)量。

3.4 提升鋼包周轉(zhuǎn)速度

排除生產(chǎn)過程中鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)受一些不確定因素的影響和必要的等待時(shí)間，在生產(chǎn)工序作業(yè)水平保持不變的前提下僅著眼于鋼包傳擱過程的系統(tǒng)調(diào)控，將鋼包運(yùn)行周期由200min 縮短至180min ～190min，即將現(xiàn)有的13 個(gè)周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量減至12 個(gè)。若煉鋼或連鑄等主要生產(chǎn)工序的作業(yè)水平進(jìn)一步提高，使得鋼包運(yùn)行過程時(shí)間繼續(xù)縮短，鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)的個(gè)數(shù)還可進(jìn)一步優(yōu)化至10 個(gè)～11 個(gè)，即鋼包運(yùn)行周期縮短至160min ～170min。鋼包使用個(gè)數(shù)的減少，可優(yōu)化生產(chǎn)流程中鋼包的配置和運(yùn)行，從根本上杜絕各工序隨意占用鋼包的現(xiàn)象。如果鋼包空置時(shí)間過長，鋼包內(nèi)襯的溫降速度也將明顯加快，因此，為了縮短鋼包的空置時(shí)間，技術(shù)人員可以采取以下兩種方法來加快鋼包的周轉(zhuǎn)速度，以最大限度的減少鋼包空置時(shí)間。第一，優(yōu)化運(yùn)行工序，加快鋼包周轉(zhuǎn)，每一道工序的銜接盡量縮短時(shí)間間隔，進(jìn)而來縮短鋼包的空置時(shí)間。第二，對生產(chǎn)工序進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，在保證出鋼質(zhì)量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量縮短每一道工序所花費(fèi)的時(shí)間，這樣，既可以加快生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)，鋼包的空置時(shí)間也得到大幅縮減。比如以3 臺(tái)連鑄機(jī)的澆鋼生產(chǎn)為例，如果鋼包的周轉(zhuǎn)數(shù)量從14 個(gè)降到12 個(gè)或者13 個(gè)，那么出鋼溫度也將降低10℃～15℃，可以看出，鋼包的周轉(zhuǎn)數(shù)量越少，出鋼溫降幅度則越小。以國內(nèi)某煉鋼廠為例，該鋼廠通過對在線鋼包數(shù)量的優(yōu)化，采取緊湊式的生產(chǎn)組織模式，在采用3 爐3 機(jī)正常的生產(chǎn)情況下，使用7 個(gè)鋼包進(jìn)行周轉(zhuǎn)，其周轉(zhuǎn)率提高到7.71 次/班左右，周轉(zhuǎn)平均周期由71.11min 縮短為62.22min，這不僅使鋼包在線時(shí)間得到提升，同時(shí)還降低了能量消耗，進(jìn)而給企業(yè)創(chuàng)造了更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 添加鋼包覆蓋劑

鋼包覆蓋劑是一種以絕熱保溫為主要性能的覆蓋劑，對于鋼包覆蓋劑來說，通常具備三個(gè)基本功能，第一，在液態(tài)渣層上保持一層保溫、絕熱的粉狀物層，阻止鋼水向空氣傳送或輻射熱量，保溫絕熱性能是鋼包覆蓋劑最重要的技術(shù)指標(biāo)，一方面能夠有效降低出鋼溫度，節(jié)省能量消耗，另一方面可以提高鋼產(chǎn)量。第二，能夠隔絕鋼水與周圍空氣的接觸，并且不會(huì)侵蝕包襯，澆鑄工序結(jié)束后，不會(huì)發(fā)生結(jié)殼現(xiàn)象。鋼包覆蓋劑主要包括兩大類，一類是含碳鋼包覆蓋劑，另一類是無碳鋼包覆蓋劑。

其中，含碳鋼包覆蓋劑與無碳鋼包覆蓋劑的堆比重介于0.6t/m3～0.8t/m3之間，熔點(diǎn)為1300℃±30℃，1mm ～5mm的粒度含量達(dá)到90%以上。添加鋼包覆蓋劑的主要作用是保證鋼包表面渣面不結(jié)殼、鋪展性能好，而且能夠保證溫降≤0.5℃/min。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論，當(dāng)精煉工序結(jié)束以后，如果在鋼水液面添加覆蓋劑，那么鋼包表面的結(jié)殼率將大幅下降，同時(shí)，鋼水的溫降值也下降5℃～8℃。

3.6 采用鋼包加蓋工藝

鋼包加蓋是一種新型的鋼包溫度控制工藝，其工藝原理是：當(dāng)鋼包處于直立狀態(tài)時(shí)，技術(shù)人員可以采取加蓋的方法，將鋼包蓋與鋼包連為一體，這樣，既方便摘取，而且在排渣之后，包蓋可以和鋼包靠連接爪自行鎖緊。在對鋼包進(jìn)行加蓋處理后，鋼包內(nèi)上部與下部的鋼水溫差將大大縮小，而且中間包的鋼水溫度波動(dòng)幅度也大幅降低，在這種情況下，鑄坯的表面質(zhì)量將得到有效改善。該工藝的操作流程如下：首先，技術(shù)人員需要將鋼包烘烤至800℃，并利用專業(yè)工具將鋼包蓋與鋼體相連，在出鋼之前，借助于鋼包自動(dòng)插齒的作用將鋼包蓋揭開，當(dāng)完成出鋼工序以后，鋼包蓋自行蓋緊。然后將鋼包運(yùn)至精煉爐，利用旋轉(zhuǎn)揭蓋裝置開啟鋼包蓋，當(dāng)精煉工序結(jié)束后，再將鋼包蓋蓋緊，需要注意的是，從烘烤鋼包工序開始一直到澆鋼作業(yè)完畢，鋼包全程都處于加蓋狀態(tài)。通過加蓋處理后，鋼包內(nèi)襯熱量散失將減少25%以上，這就相當(dāng)于鋼水溫降減少7℃以上，并且當(dāng)鋼包處于空置狀態(tài)時(shí)，包壁的溫度也將提升30℃以上，這就滿足了紅包出鋼的條件，同時(shí)，也能夠減少鋼包覆蓋劑的添加量，進(jìn)而為鋼廠節(jié)省了大量的生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

綜上，對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的鋼包溫度進(jìn)行有效控制，不僅可以改善和提高出鋼質(zhì)量，而且也能夠給鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在鋼材需求量逐年遞增的背景下，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)科學(xué)選擇鋼包溫度控制工藝，在保證生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，為社會(huì)各領(lǐng)域生產(chǎn)出更多的優(yōu)質(zhì)鋼材。