長鋼“一罐到底”鐵-鋼界面工藝優化實踐

張存旺，馬力紅，解彥波，樊杰龍

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治046000）

首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠現有8號（1080 m3）、9號（1 080 m3）共2座高爐，設計年產鐵水270萬t，8號高爐采用固定溜槽出鐵方式，9號高爐采用擺動溜槽出鐵方式，每座高爐有南、北兩個出鐵口，每個出鐵口有四個出鐵罐位；煉鋼廠有1座900 t混鐵爐、3座80 t氧氣頂吹轉爐、1臺四機四流異型坯連鑄機、1臺五機五流小方坯連鑄機、2臺六機六流小方坯連鑄機，設計年產粗鋼330萬t。高爐-轉爐區段的工藝技術界面是鋼鐵生產過程中連接煉鐵與煉鋼兩大工序的重要區段，起到了承上啟下的作用，也是關系到鋼鐵生產流程整體優化的關鍵區段。實施“一罐到底”工藝對簡化工序功能，提升效益有諸多好處。“一罐到底”模式具有更好的界面連續性，降低鐵鋼界面能耗和運行周期，是“鐵鋼”界面節能模式的發展方向[1]。

1 鐵鋼工藝界面的優化

由轉爐冶煉工藝可知，轉爐冶煉的熱量基本來源于鐵水的物理熱和化學熱；在化學熱一定的情況下，鐵水的物理熱是決定冶煉能否順行的關鍵因素，特別是公司當前正處于低成本戰略的關鍵時期，如果不同高爐出鐵成分、鐵水溫度波動大，鐵水帶渣量大，使轉爐爐前批料攝入量不準確，造成終點溫度過低或過高，導致鋼水后吹嚴重，吹損大，鋼鐵料消耗高、成本高，鋼水質量無保障，爐齡下降，并危及安全生產等嚴重后果。實施“一罐到底”工藝如何適應鐵水溫度、成分相對波動大是其工藝控制和操作的技術難點[2]。

1.1 鐵水準確計量和控制

1）9號高爐采用高爐鐵水液位計管理軟件，實現對鐵水重量的準確控制和實時稱重。高爐鐵水液位計管理軟件亮點在于，無需任何開關量信號的輔助，能自動判斷受鐵車入線、出鐵中、出鐵結束和受鐵車出線等運行狀態。采用值班室電腦監控和出鐵場高清大屏幕顯示毛重、凈重信息監控，聲光報警提示鐵水重量超限等先進手段，將鐵水實時出鐵計量傳輸到高爐值班室，實現了鐵水準確計量和控制。

2）8號高爐采用無線稱重系統，實現對鐵水重量的準確控制和實時稱重。無線稱重管理系統可以自動識別車輛編號，自動將實時稱重數據傳輸至管理主機，實現重量信息的實時顯示及記錄，方便現場操作人員及時控制出鐵量，能夠自動計算出每個鐵水罐的鐵水重量，同時還可以長久記錄及導出所有的重量信息、時間信息等，方便數據的集中管理，實現了鐵水重量的準確控制和實時稱重。

3）高爐根據煉鋼預約出鐵量，通過鐵水液面計和無線稱重系統計量，將鐵水預約重量（質量）準確控制在±1 t范圍內。

1.2 穩定的鐵水成分、溫度

1）高爐操作將穩定鐵水質量作為核心，操作過程中穩定料批，工藝調整確保爐況長期穩定，9號高爐含硅量（質量分數）按照0.25%~0.45%控制，8號高爐按照0.3%~0.45%控制，鐵水物理熱1 480~1 500℃，硫含量按照低于0.040%控制，磷按照低于0.135%控制。

2）保證燒結用熔劑質量，動態調整熔劑配比，穩定燒結礦堿度，促進高爐爐渣堿度的穩定，實現鐵水穩硫操作。

3）加強焦炭質量跟蹤，有混焦或者表觀質量變差時，及時調整高爐操作制度，確保鐵水爐溫可控，鐵水質量穩定。

4）根據鐵水P實際水平，動態調整鋼渣中鐵和磁選鐵配加量，實現鐵水P的相對穩定可控。

5）根據8號高爐護爐需要，動態調整鐵水Ti水平（正常生產w（Ti）<0.06%,護爐冶煉生產w（Ti）按照0.06%~0.11%動態調整）。

6）給鐵水蓋罐加蓋，減少鐵水熱量損失，盡可能給鋼廠提高鐵水物理熱，同時穩定鐵水溫度。

7）冶煉品種鋼，按照質量要求為準，提前測算，調整用料結構和高爐操作參數，將鐵水成分控制到要求范圍之內。特殊爐況或者休復風作業，優化操作，盡快恢復生產，及時應對。

1.3 帶渣量的控制

1）調度優化鐵水罐調度管理，減少鐵水罐中間停留時間，減少鐵水溫降，減少鐵水罐結殼。

2）高爐對出鐵溝、撇渣器定期檢查維護，保證出鐵小壕不過渣；出鐵小壕暢通，不結渣鐵殼。

3）加強對爐前小壕工管理，定量投放保溫劑，杜絕干渣料等雜物進入小壕和鐵水罐。

4）嚴把保溫劑、鐵溝料的入廠質量，根據其使用效果，發現問題反饋。

5）嚴把保溫劑、鐵溝料的質量，出現問題及時協調解決，保證耐材質量。

6）調度不定期到高爐爐臺檢查高爐出鐵情況一次，監督好鐵水罐運行和高爐出鐵情況，發現問題及時協調處理。

7）“一罐到底”鐵水罐加揭蓋運行后，對保溫劑進行減半，根據鐵水罐運行情況，調整保溫劑用量[3]。

8）加強聯系協助，提高鐵水罐管理，及時處理結渣、結殼鐵水罐，避免將結殼、結渣鐵水罐二次出鐵，造成鐵水帶渣。

1.4 實施效果

2015年到2016年4月鐵水w（Si）月均值最高0.741%，最低0.451%，差值0.29%；鐵水物理熱月均值最高1 492.55℃，最低1 466.22℃，差值26.33℃。

2019年到2020年9月鐵水w（Si）月均值最高0.542%，最低0.443%，差值0.10%；鐵水物理熱月均值最高1 494℃，最低1 486℃，差值8℃。

通過幾年的標準化操作，鐵水含硅量、物理熱波動值大幅收窄，鐵水w（S）含量最高值0.058%，一級品率達95%，鐵水w（P）≤0.150%比例92.3%，基本能滿足“一罐到底”工藝要求。

2 建立鋼鐵界面鐵包全程跟蹤管控系統

合理高效地進行鐵水調度分配是生產得以順利進行的有力保證。鐵水調度工作因其工作強度異常大，所需掌控信息量繁多，業務流程復雜，生產波動性大等原因，一直是許多鋼廠信息化工作的難點。

首鋼長鋼公司鐵包跟蹤系統基于RFID和網絡通信技術集可視管理、出鐵計劃、鐵水信息、設備管理、報表管理于一體，實現對鐵包運輸過程的自動完整跟蹤，為調度人員提供管理依據，并與現有系統建立接口，打造信息共享平臺，實時反映鐵包受鐵過程和受鐵后的生產信息、途中運輸、內鐵包實時位置及空罐坐回架子等信息，有效提高鐵包周轉率減少途中運輸的溫降實現鐵包從采購入廠、砌筑、上線周轉、維修、報廢全生命周期的管理，有力支撐公司推行的“一罐到底”生產工藝順行。

表1 2015-2016年鐵水成分、溫度情況

2.1 鐵水罐跟蹤系統運行中存在問題與優化

長鋼鐵水罐跟蹤系統上線，實現了鐵水罐全程跟蹤，科學有效地銜接上、下游流程工序，提升生產節奏，為長鋼“一罐到底”新工藝落地提供信息化支撐。根據需求持續優化、改進系統功能界面，目前系統運行穩定，但是由于現場復雜環境與人為因素的影響，系統識別準確性需要進一步提高。通過對鐵水罐跟蹤系統的數據監測、現場生產環境的勘查，發現系統運行中存在一些問題，并采取了相應措施。

1）煉鋼口由于生產環境噪音影響，引發識別設備所使用的超聲波開關錯誤啟動、關閉，導致設備識別目標失敗，造成系統跟蹤鐵水罐、罐架、隔離車、機車丟失，相鄰軌道上的罐、罐架、隔離車、機車串道，罐與架的綁定關系錯誤的問題。通過優化程序邏輯，綜合罐、罐架所屬天線接收的全部數據進行邏輯判斷，提升識別概率。

表2 2019年—2020年鐵水成分、溫度情況

2）鐵水罐安裝高溫標簽，由于標簽信號衰減，經過設備未識別到標簽信號，造成丟罐、相鄰罐與架綁定順序混亂問題。通過在關鍵點位（軌道衡、A09、A10）增加識別主機，利用多個點位的采集數據，對數據進行校驗，達到補充、糾正數據的目的，從而提高準確性。

3）軌道沿線安裝識別設備，現場人員操作作業時穿越軌道，從設備前經過，導致識別設備開啟、關閉，造成系統識別錯誤。通過規范行車操作，要求車輛運輸過程中，保持勻速運動，禁止罐與罐架停留在設備正面，規避隨意停車行為。

4）運輸過程空罐架與載罐罐架混合運輸，整組罐與罐架停留在識別設備正面，造成罐與罐架的綁定關系錯誤、順序混亂；煉鋼區鐵水罐的跟蹤定位依靠煉鋼物流系統接口數據，煉鋼物流系統跟蹤定位數據異常，造成罐與罐架的解綁、綁定關系錯誤。通過完善程序邏輯，對于煉鋼物流發送的錯誤數據進行過濾，規避異常數據引發的解綁、綁定錯誤，提高系統跟蹤準確性。

2.2 實施效果

1）通過建立高爐出鐵定重控制-鐵水磅房計量-混鐵爐行車計量及鐵水調整-轉爐兌鐵的層級管理機制，保證了轉爐鐵水裝準率穩定達到95%以上。

2）9號高爐具備了軌道衡稱重及鐵水液面監測的技術手段控制鐵水罐出鐵量可實現±1 t的控制。

3）高爐鐵水成分控制趨于穩定。如2020年7月份全月來鐵3 469罐，成分合格率達到91.0%。當月受高爐停產檢修后復產影響，鐵水w（Si）超標290罐，占比8.36%，其中w（Si）大于0.80%的161罐，小于0.25%的129罐；鐵水w（S）超標94罐，占比2.71%，最高S含量達0.058%。

4）轉爐冶煉操作終點命中率保持在較高水平。2020年前半年轉爐一倒命中率穩定在72%以上，且比前年同期提高14%。

表4 2019年和2020年轉爐冶煉操作一倒命中率%

3 結論

隨著“一罐到底”工藝的推進，高爐優化操作，帶來鐵水成份、溫度、定量裝入的穩定性進一步提高，煉鐵廠成本也進一步降低。以各環節生產組織的準點率提升生產組織效率，強化生產組織各環節的高效銜接，形成協同聯動、無縫對接、互為支撐的“一盤棋”有機整體；同時，堅持推進技術革新，新工藝帶動指標新提升。鐵鋼界面高效合一的工藝技術集成，實現了鐵鋼界面無縫銜接，降低了鐵水溫降，提升了產量，降低了成本，為老廠改造提供了樣本。