鋼包循環熱狀態的研究

陳躍峰 王雨

【摘 要】本文以攀鋼鋼包的生產周轉過程為研究對象，運用鋼包傳熱模型，對循環過程中鋼包的熱行為進行模擬，并通過模擬結果分析各因素對鋼包熱狀態及盛鋼過程鋼水溫度變化的影響，得出空包時間和加蓋與否對鋼水溫度的影響最為明顯，鋼包烘烤時間其次，渣層和包襯工作層厚度對鋼水溫度的影響不大。本研究為減少鋼液溫降、降低出鋼溫度、合理制定鋼包溫度制度提供了必要的理論支持。

【關鍵詞】鋼包熱狀態 鋼水 溫度

1 前言

本文通過對攀鋼生產過程中鋼包、鋼水溫度變化的實測得到包襯吸熱的經驗數據[1]，運用鋼包傳熱模型，結合理論分析獲得系統規律，研究了不同鋼包狀態對鋼水溫度變化的影響，為LF爐智能控制技術提供理論支撐。

2 鋼包熱行為試驗分析

收集攀鋼鋼包周轉過程的相關數據，統計出各工序的耗時和相應的鋼水溫度變化參數，作為鋼包傳熱模型的初始條件。

2.1鋼包周轉流程

攀鋼鋼包周轉流程如圖1所示。不同鋼種對應有不同的生產流程。

2.2 鋼包周轉過程工序耗時

由表1可見，鋼包周轉過程中空罐、進站等待、澆鑄等待 等工序耗時波動較大進而影響鋼包周轉耗時。

表1 鋼包周轉過程工序耗時（min）

Table 1 The process time distribution during the ladle cycle heating cycle process（min）

工序 空罐時間 烘烤時間 出鋼耗時 爐后吹氬 運至轉盤 進站等待

平均值 94.38 14.73 6.47 9.10 30.92 15.33

范圍 25～349 0～48 4～11 4～15 5～76 3～144

工序 LF工位 澆注

等待 澆注耗時 周轉總耗時

吹氬 電加熱 總耗時

平均值 6.00 19.22 10.23 30.61 220.87

范圍 2～21 3～138 1～74 20～55 142～453

2.3 溫降統計

從表2來看，出鋼過程中鋼水溫降速度最大，吹氬和鋼包運送過程其次；LF工位溫升速度最大。

表2 出鋼到LF爐加熱后的鋼液溫變

Table 2 The steel temperature change from tapping to LF heating

工序 出鋼過程 爐后吹氬

溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1 溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1

平均值 41.8 6.70 13.8 1.90

范圍 17～76 2.4～13.2 0～45 0～6.75

工序 運至LF工位 電加熱

溫降/℃ 溫降速度/℃·min-1 溫升/℃ 溫升速度/℃·min-1

平均值 38.6 0.97 18.1 2.87

范圍 9～119 0.18～2.83 1～78 0.33～7.33

3模擬結果與分析

運用鋼包傳熱模擬程序，以表1中平均值作為程序中各工序的運行時間，對鋼包周轉過程鋼包及鋼液溫度場進行模擬計算，分析各因素對鋼包及鋼液溫度變化的影響。

3.1 鋼包熱狀態的影響

圖2可知，鋼包不同初始狀態對盛鋼過程鋼水溫降的影響很大。通過模型可以計算出鋼包周轉過程的溫降，確定LF爐的溫度補償，以免鋼液開澆溫度過低堵塞水口。

3.2 空包時間的影響

空包時間對鋼包內表面和鋼水溫度的影響見圖3、圖4。模擬計算中，盛鋼時間取110min，空包45min、90min、135min、180min時的鋼水溫度相應分別降低12℃、10℃和6℃。由此可知，澆鋼完畢后鋼包空包等待時間越長對于后續盛鋼過程引起的鋼水溫降越大。生產中應該盡可能加快鋼包的熱周轉，縮短空包等待時間。

3.3 鋼包烘烤時間的影響

相同條件下，烘烤時間對鋼包內襯溫度分布的影響見圖5。可以看出，烘烤時間越長，靠近鋼包內表面一層的溫度越高，但距離內表面一定厚度后，溫度則有所降低，這是因為鋼包在烘烤升溫的同時也進行著熱傳導的結果，當烘烤時間低于某臨界值時，吸熱速度小于放熱速度，使得其溫度下降。有研究認為烘烤階段鋼包都有此現象發生，稱為“熱潭”[2]。模

擬結果表明，烘烤時間保證在15min以上為宜。

不同烘烤時間對出鋼畢包襯溫度分布的影響如圖6所示。不同烘烤時間造成鋼包內表面的溫度差異，在出鋼過程迅速從鋼水中吸取熱量，已基本消失，所以出鋼前對鋼包充分進行烘烤，可以大大減少出鋼過程的鋼水溫降。

3.4 鋼包加蓋的影響

鋼包加蓋與否對鋼包內鋼水溫度的影響見圖7。從圖可知，相同條件下，全程加蓋比現有工藝加蓋開澆時鋼水溫度高出26℃，比不加蓋高出35℃。這是因為鋼包加蓋可以大幅度降低空包期間內表面對外的輻射散熱，進而減少在出鋼和盛鋼期鋼包內襯對鋼水溫度的蓄熱。

3.5 渣層厚度的影響

鋼液上表面的渣層厚度對鋼包內鋼水溫度變化的影響如圖8。模擬結果顯示，鋼水溫降在渣層厚度從20mm增加到60mm時顯著降低，超過60mm后，渣層厚度對鋼水溫降的影響很小。李晶的研究指出[3]：渣層厚度小于50mm時，厚度越小，通過渣層上表面的散熱量損失越大；渣層厚度大于50mm時，渣層厚度對通過渣層上表面的散熱損失已不明顯。

4 結語

（1）進行了鋼包熱行為實驗研究，為鋼包傳熱模型確定了初始條件。

（2）鋼包傳熱模擬計算表明：空包時間和加蓋與否對鋼包及鋼水溫度變化的作用最為顯著，生產中應加快鋼包熱周轉，縮短空包時間和進行全程加蓋；其次出鋼前對鋼包進行充分烘烤，保證15min鐘以上，可有效降低出鋼過程的鋼水溫降；渣層和包襯工作層厚度對鋼水溫降的影響不大。

參考文獻：

[1] 李里.鋼包熱循環過程熱狀態的數學模擬.重慶大學：重慶大學碩士論文，2001.

[2] P.R.Austin， S.L.ORourke， et al. Thermal Modeling of Steel Ladles. Steelmaking Conference Proceeding，1992：317～323.

[3] 李晶，傅杰.渣對鋼液溫度的影響.鋼鐵研究，1998，105（6）：19～21，56.

作者簡介：陳躍峰（1981—），男，山西人，2007年研究生畢業于重慶大學材料科學與工程學院冶金工程專業，工程師，從事連鑄技術、鋼水爐外精煉方面的研究。