降低LF精煉爐電耗的生產(chǎn)實(shí)踐

王學(xué)林， 宋小偉

（新余鋼鐵公司第一煉鋼廠， 江西 新余 338001）

降低LF精煉爐電耗的生產(chǎn)實(shí)踐

王學(xué)林， 宋小偉

（新余鋼鐵公司第一煉鋼廠， 江西 新余 338001）

針對(duì)新鋼公司第一煉鋼廠LF爐電耗、生產(chǎn)成本偏高等問(wèn)題，分析了影響LF電耗的因素，并通過(guò)采取優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝、提高到站溫度、穩(wěn)定LF爐到站成分、改進(jìn)LF爐操作模式以及縮短等待時(shí)間等措施，最終達(dá)到降低LF爐精煉電耗，節(jié)約成本的目的。實(shí)踐證明：2016年到站溫度比2015年提高9.92℃。等待時(shí)間縮短19.1 min，平均電耗降低 9.95 kW·h/t。

到站溫度 等待時(shí)間 精煉電耗

1 電耗現(xiàn)狀

目前新鋼第一煉鋼廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)一鋼廠）有3座LF爐，處理鋼水量均為110～115 t，平均升溫速度為4℃/min，分別與兩臺(tái)板坯連鑄機(jī)和兩臺(tái)方坯連鑄機(jī)相匹配。由于廠房設(shè)計(jì)有缺陷，一些工藝布置不盡合理，因此無(wú)論是“轉(zhuǎn)爐—1號(hào)LF爐—1號(hào)板坯連鑄機(jī)”工藝路線，還是“轉(zhuǎn)爐—1號(hào)LF/3號(hào)LF爐—3號(hào)方坯連鑄機(jī)”或“轉(zhuǎn)爐—2號(hào)LF/3號(hào)LF爐—4號(hào)板坯連鑄”工藝路線，都存在干擾因素多、轉(zhuǎn)爐爐后組織困難、時(shí)序匹配不好等諸多問(wèn)題，使電耗、生產(chǎn)成本偏高。其中精煉爐電耗是能源消耗的重要組成部分，其中精煉電耗占總電耗的45%左右。一鋼廠現(xiàn)行工藝路線LF爐比例為56%以上，精煉電耗占全場(chǎng)電耗的50%。2015年噸鋼電耗平均52.54 kW·h，電耗較外廠偏高[1-2]。

2 影響LF電耗因素

LF爐精煉能量輸入主要包括鋼水到站溫度、電弧加熱的能量和合金反應(yīng)的化學(xué)熱。能量散失主要包括化渣熱、合金熔化熱、包襯熱損失和渣面熱損失。合理控制鋼水到站溫度、包襯熱損失和渣面熱損失，有助于降低LF電能消耗。

2.1 鋼水到站溫度

鋼水到站溫度低，加熱時(shí)間長(zhǎng)，不僅造成電耗增加，而且造成時(shí)序不協(xié)調(diào)和一系列問(wèn)題，例如：合金不易完全熔化，增加成分控制難度，頂渣不化，易結(jié)塊、成團(tuán)等。影響鋼水到站溫度的主要因素有：轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度、鋼包溫降、出鋼等待時(shí)間、頂渣料加入控制等。在眾多的影響因素中，轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)的溫度控制至關(guān)重要[3-4]。

結(jié)合一鋼廠LF爐實(shí)際跟蹤數(shù)據(jù)，設(shè)定電流29 000 A、8檔電壓220 V，通電1 min消耗電能220 kW·h，鋼水升溫4℃，每爐處理鋼水量按114 t計(jì)算，則噸鋼升溫1℃時(shí)電耗為：220÷4÷114=0.48 kW·h/（t·℃），即鋼水到站溫度每提高1℃，降低電耗0.48 kW·h/t。

對(duì)典型鋼種C36/32系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤54爐數(shù)據(jù)，等待時(shí)間80～90 min（等待時(shí)間=連鑄開(kāi)澆時(shí)間-轉(zhuǎn)爐放鋼結(jié)束時(shí)間）。通過(guò)利用Minitab對(duì)到站溫度和噸鋼電耗進(jìn)行回歸擬合，計(jì)算結(jié)果表明到站溫度每提高1℃，電耗降低0.112 2 kW·h/t。

2.2 鋼包熱損失

鋼包熱損失主要包括包襯熱損失和渣面熱損失。從傳熱的角度上看，鋼包傳熱是非穩(wěn)定態(tài)的復(fù)雜傳熱過(guò)程。其復(fù)雜性在于內(nèi)表面的邊界條件在熱循環(huán)過(guò)程中的各個(gè)工序之間差異較大。鋼包外表面的傳熱方式在熱循環(huán)過(guò)程中基本保持不變，由自然對(duì)流換熱和輻射散熱構(gòu)成綜合換熱過(guò)程。

2.2.1 包襯熱損失

從出鋼至澆注結(jié)束過(guò)程中，鋼包在各階段的熱狀態(tài)不盡相同，因此各階段傳熱方程的初始條件和邊界條件有所不同，但各階段爐襯傳熱的主導(dǎo)方程是一致的，即

式中：T為爐襯溫度，K；α為爐襯導(dǎo)熱系數(shù)，m2/s。

鋼包內(nèi)壁邊界條件：

式中：kr為爐襯導(dǎo)熱系數(shù)，J/（s·m·K）；Vs為爐襯體積，m3；ds為爐襯密度，kg/m3；Cs為爐襯比熱，J/K；Ar為被鋼水浸沒(méi)的爐襯面積，m2。

鋼包外壁邊界條件：

式中：h為耐火材料與空氣的換熱系數(shù)，J/（s·m2·K）；Tr為環(huán)境溫度，K。鋼水散熱包括包襯蓄熱、包壁傳熱和表面散熱，其中包襯蓄熱和蓄熱時(shí)間是鋼水散熱的主要原因[5]。

2.2.2 渣面熱損失

對(duì)LF精煉過(guò)程進(jìn)行全程底吹氬，隨著底吹氬量的增加，鋼水的流動(dòng)變得越來(lái)越劇烈，當(dāng)達(dá)到一定氬量時(shí)，覆蓋在鋼水上表面的渣層被吹開(kāi)，在鋼渣上表面形成渣圈，且渣圈的面積隨氬量的增加而增大。由于輻射散熱量與鋼水溫度成四次方關(guān)系，且鋼水溫度較高，以至于即使裸露面積較小，對(duì)鋼水溫降影響較大。

輻射散熱量QLW為：

式中：QLW為單位時(shí)間渣表面的散熱量，J/min；A為有效輻射面積，m2；hs為渣表面對(duì)流系數(shù)，J/（m2·s·℃），取hs=15.57 J/（m2·s·℃）；Ti為i時(shí)刻渣表面溫度，℃；Ta為大氣溫度，℃，取25℃；σ為斯忒藩-波爾茨曼常數(shù)，W/（m2·K4），σ=5.67×10-8；ε 為渣表面黑度，取0.6。

在LF爐軟吹實(shí)際跟蹤發(fā)現(xiàn)鋼水完全不裸露時(shí)溫降為0.2～0.3℃/min，鋼水裸露時(shí)溫降為0.9～1.0℃/min。所以控制鋼水裸漏時(shí)間和裸漏面積有利于降低鋼水溫降。

降低包襯熱損失和降低渣面熱損失，都涉及到縮短等待時(shí)間。對(duì)典型鋼種C36/32系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤79爐數(shù)據(jù)，到站溫度1 550～1 570℃，對(duì)等待時(shí)間和噸鋼電耗通過(guò)Minitab軟件進(jìn)行回歸擬合，得出等待時(shí)間每縮短1min，電耗降低0.4082kW·h/t。

3 工藝優(yōu)化

3.1 提高到站溫度

通過(guò)統(tǒng)計(jì)，2015年平均到站溫度為1 564.6℃，對(duì)出鋼溫度、鋼水氧化性、合金化情況、鋼包的烘烤情況等進(jìn)行分析，影響比例分別為78.86%、13.99%、3.32%、2.3%，可以清楚地看到出鋼溫度是到站溫度的主要原因。

具體操作包括通過(guò)改進(jìn)操作方法，杜絕低溫低磷的操作模式。逐步推行高溫低磷的操作模式和模擬副槍的操作，提高終點(diǎn)的命中率；冶煉前先了解鐵水的成分，根據(jù)鐵水的硅、溫度來(lái)加石灰石或礦石的量，保證過(guò)程均勻升溫；冶煉時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常及時(shí)調(diào)整鐵水和廢鋼的搭配比例，使終點(diǎn)溫度達(dá)到工藝要求。

措施實(shí)施后，轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度命中率從應(yīng)用前的50%上升至目前的75%，終點(diǎn)P命中率從應(yīng)用前的55%上升至目前的78%，轉(zhuǎn)爐一倒出鋼率由應(yīng)用前的45%上升至目前的60%，轉(zhuǎn)爐的碳溫命中率提高達(dá)到65%。2016年平均到站溫度比2015年提高9.92℃。

3.2 縮短等待時(shí)間

2015年平均等待時(shí)間為108 min。理論計(jì)算LF路線等待時(shí)間：轉(zhuǎn)爐放鋼到精煉爐15 min+精煉爐處理35 min+軟吹8 min+精煉爐到大包開(kāi)澆10 min=68 min。實(shí)際2015年6～8月平均為83.6 min。主要原因：一鋼廠工藝布置設(shè)計(jì)時(shí)存在缺陷，鋼水接受跨有3座爐吹氬站、3座爐LF爐、1座RH爐、2處鋼包熱修，安排有大行車(chē)3部（可調(diào)運(yùn)鋼水），小行車(chē)2部（只能調(diào)運(yùn)空包），為保證正常工序銜接，計(jì)劃安排等待時(shí)間長(zhǎng)。轉(zhuǎn)爐到站成分偏差大，LF爐調(diào)整成分時(shí)間長(zhǎng)，平均每個(gè)成分要增加10 min時(shí)間。

3.2.1 加快接受跨鋼水調(diào)運(yùn)速度

一鋼出臺(tái)《分鋼種各工序時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)》，LF路線鋼種工序時(shí)間80min，RH路線鋼種工序時(shí)間130min。2015年10月安排12號(hào)行車(chē)更換為180 t大行車(chē)，形成了接受跨4部大行車(chē)，1部小行車(chē)的局面，加快接受跨鋼水調(diào)運(yùn)速度。

3.2.2 提高轉(zhuǎn)爐到站成分合格率

2015年到站C、Mn合格率為51.03%，2016年為66.23%，提高15.2%。加快LF爐操作節(jié)奏，改變以往的操作模式，做到成分一次配加到位，對(duì)成分進(jìn)行精準(zhǔn)控制。根據(jù)到吹氬站溫度，調(diào)整LF爐通電檔位，對(duì)第一次取樣的時(shí)間、溫度進(jìn)行規(guī)范，取樣分析結(jié)果與轉(zhuǎn)爐合金計(jì)算Mn進(jìn)行對(duì)比，確保LF1樣準(zhǔn)確。簡(jiǎn)化LF爐合金配加過(guò)程，制定合金元素配加表。

通過(guò)以上措施，2016年等待時(shí)間比2015年縮短19.1 min。

4 結(jié)論

1）通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)爐操作工藝、提高轉(zhuǎn)爐操作水平，2016年到站溫度比2015年提高9.92℃。

2）通過(guò)合理安排生產(chǎn)、提高到站成分合格率、加快LF爐冶煉速度，2016年等待時(shí)間比2015年縮短19.1 min。

3）通過(guò)提高到站溫度、縮短等待時(shí)間，2016年平均電耗為 42.59 kW·h/t，比 2015 年降低 9.95 kW·h/t。

[1] 鄭穎，喬光，趙鑫.包鋼煉鋼廠3號(hào)LF爐降低電耗及電極消耗實(shí)踐[J].包鋼科技，2004，30（4）：28-30.

[2] 吳湧濤，胡禮剛，汪寧玲，等.LF爐精煉電耗控制分析與策略[J].河南冶金，2014，22（6）：49-53.

[3] 張慧書(shū)，戰(zhàn)東平，姜周華.LF精煉過(guò)程的鋼水溫度控制[J].工業(yè)加熱，2005，34（2）：64.

[4] 肖超平，包燕平，元鵬飛，等.韶鋼120 t LF鋼水溫度預(yù)報(bào)模型的開(kāi)發(fā)[J].特殊鋼，2011,32（2）：11.

[5] 王明林，劉瀏，何平.撫鋼煉鋼廠鋼水溫降規(guī)律的研究[J].鋼鐵，2002，37（3）：14-16.

（編輯：王瑾）

Production Practice of Reducing Power Consumption of LF Refining Furnace

Wang Xuelin,Song Xiaowei
（No.1 Steelmaking Plant,Xinyu Iron&Steel Co.,Ltd.,Xinyu Jiangxi 338001）

Aiming at high power consumption and production cost of LF furnace in Xinstel No.1 steelmaking plant,this paper analyzes the influencing factors of LF power consumption.By adopting the optimization of converter smelting process,improving station temperature and stability of station components in LF furnace,and improving LF furnace operation mode,shortening the waiting time and other measures,power consumption of LF refining is reduced and energy consumption in steelmaking plant is saved.Practice has proved that the temperature in 2016 is 9.92℃higher than that in 2015.The waiting time is shortened by 19.1 min,and the average power consumption is reduced by 9.95 kW·h/t.

station temperature,waiting time,refining power consumption

TF769.2

A

1672-1152（2017）04-0110-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.41

2017-06-29

王學(xué)林（1986—），男，本科，畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)冶金工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事煉鋼工藝技術(shù)管理工作。

第二作者簡(jiǎn)介：宋小偉（1986—），男，碩士，畢業(yè)于太原科技大學(xué)鋼鐵冶金專(zhuān)業(yè)，工程師，主要從事煉鋼工藝技術(shù)管理工作。