鋼包循環(huán)熱狀態(tài)的研究

陳躍峰　王雨（. 中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 0076；.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400044）

鋼包循環(huán)熱狀態(tài)的研究

陳躍峰1王雨2
（1. 中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400044）

本文以攀鋼鋼包的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過程為研究對象，運(yùn)用鋼包傳熱模型，對循環(huán)過程中鋼包的熱行為進(jìn)行模擬，并通過模擬結(jié)果分析各因素對鋼包熱狀態(tài)及盛鋼過程鋼水溫度變化的影響，得出空包時(shí)間和加蓋與否對鋼水溫度的影響最為明顯，鋼包烘烤時(shí)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。

鋼包熱狀態(tài) 鋼水 溫度

1　前言

本文通過對攀鋼生產(chǎn)過程中鋼包、鋼水溫度變化的實(shí)測得到包襯吸熱的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)［1］，運(yùn)用鋼包傳熱模型，結(jié)合理論分析獲得系統(tǒng)規(guī)律，研究了不同鋼包狀態(tài)對鋼水溫度變化的影響，為LF爐智能控制技術(shù)提供理論支撐。

2　鋼包熱行為試驗(yàn)分析

收集攀鋼鋼包周轉(zhuǎn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出各工序的耗時(shí)和相應(yīng)的鋼水溫度變化參數(shù)，作為鋼包傳熱模型的初始條件。

2.1鋼包周轉(zhuǎn)流程

攀鋼鋼包周轉(zhuǎn)流程如圖1所示。不同鋼種對應(yīng)有不同的生產(chǎn)流程。

2.2鋼包周轉(zhuǎn)過程工序耗時(shí)

由表1可見，鋼包周轉(zhuǎn)過程中空罐、進(jìn)站等待、澆鑄等待 等工序耗時(shí)波動(dòng)較大進(jìn)而影響鋼包周轉(zhuǎn)耗時(shí)。

2.3溫降統(tǒng)計(jì)

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

3　模擬結(jié)果與分析

運(yùn)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(yùn)行時(shí)間，對鋼包周轉(zhuǎn)過程鋼包及鋼液溫度場進(jìn)行模擬計(jì)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(tài)的影響

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

3.2空包時(shí)間的影響

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

3.3鋼包烘烤時(shí)間的影響

相同條件下，烘烤時(shí)間對鋼包內(nèi)襯溫度分布的影響見圖5。可以看出，烘烤時(shí)間越長，靠近鋼包內(nèi)表面一層的溫度越高，但距離內(nèi)表面一定厚度后，溫度則有所降低，這是因?yàn)殇摪诤婵旧郎氐耐瑫r(shí)也進(jìn)行著熱傳導(dǎo)的結(jié)果，當(dāng)烘烤時(shí)間低于某臨界值時(shí)，吸熱速度小于放熱速度，使得其溫度下降。有研究認(rèn)為烘烤階段鋼包都有此現(xiàn)象發(fā)生，稱為“熱潭”［2］。模擬結(jié)果表明，烘烤時(shí)間保證在15min以上為宜。

不同烘烤時(shí)間對出鋼畢包襯溫度分布的影響如圖6所示。不同烘烤時(shí)間造成鋼包內(nèi)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(jìn)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

表1　鋼包周轉(zhuǎn)過程工序耗時(shí)（min）Table 1 The process time distribution during the ladle cycle heating cycle process（min）

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

鋼包加蓋與否對鋼包內(nèi)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(xiàn)有工藝加蓋開澆時(shí)鋼水溫度高出26℃，比不加蓋高出35℃。這是因?yàn)殇摪由w可以大幅度降低空包期間內(nèi)表面對外的輻射散熱，進(jìn)而減少在出鋼和盛鋼期鋼包內(nèi)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(nèi)鋼水溫度變化的影響如圖8。模擬結(jié)果顯示，鋼水溫降在渣層厚度從20mm增加到60mm時(shí)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(shí)，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(shí)，渣層厚度對通過渣層上表面的散熱損失已不明顯。

4　結(jié)語

（1）進(jìn)行了鋼包熱行為實(shí)驗(yàn)研究，為鋼包傳熱模型確定了初始條件。

（2）鋼包傳熱模擬計(jì)算表明：空包時(shí)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(chǎn)中應(yīng)加快鋼包熱周轉(zhuǎn)，縮短空包時(shí)間和進(jìn)行全程加蓋；其次出鋼前對鋼包進(jìn)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。

［1］李里.鋼包熱循環(huán)過程熱狀態(tài)的數(shù)學(xué)模擬.重慶大學(xué)：重慶大學(xué)碩士論文，2001.

［2］P.R.Austin，S.L.O'Rourke，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.

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