1、降低出钢温度 实现低过热度连铸倪满森摘 要 通过对钢水过程温度变化及盛钢容器的热损失分析后提出，加强对钢包和中间罐的管理和采取有关措施，可使出温度降至16601680。采用钢水加热措施对普通钢连铸并不适宜，不仅增加钢的生产成本，而且不利于组织多炉连浇。关键词 出钢温度 温降 过热度Reducing Tapping Temperature to Realize Continuous Castingat Low Overheating TemperatureNi Mansen(Central Iron & Steel Research Institute)Abstract Having analy
2、zed both changes in temperatures of liquid steel in process and heat loss in ladles and tundish, it is suggested that tapping temperature can be reduced from 1660 to 1680 by taking furthur control on ladle and tundish and adopting some relative measurements. Simple heating liquid steel is not a appr
3、opriate way for common steel continuous casting, because it would not only increase cost for steelmaking but also is not good to organize sequence casting.Keywrods tapping temperature temperature drop overheating temperature1 概况进入 90 年代连铸技术在我国发展非常迅速，至今已建成连铸 300台左右，连铸比达 67.4%(1998 年)，连铸机建设速度高，连铸工艺技术及
4、管理也随之进步。从 1989 年冶金部提出炼钢连铸生产要“以连铸为中心、炼钢为基础、设备为保证”的方针以后，使炼钢、连铸的互相依存关系清楚，连铸生产几年来跨过了几个台阶，从连铸机达产、工厂实现全连铸，到连铸向高效率发展，至今已有 20 多台连铸机实现了高效改造，取得良好效果。从实现高效连铸中体会到为连铸提供的钢水质量水平对连铸工艺的重要性，是实现高拉速和生产无缺陷坯的主要条件。2 提高钢水质量水平供连铸的钢水质量水平包含钢水成分稳定、有害杂质(S、P、Sn、Sb、Pb)含量低、钢中气体含量尽可能低、更重要一条是钢水温度稳定并能在低过热度条件下浇注、低过热度浇注不仅可以实现高拉速、减少溢漏事故，
5、而且可以提高铸坯内部质量、消除中心缩孔、减轻中心偏析，同时对炼钢也有益，可以降低出钢温度，从而提高炉衬使用寿命，降低钢中气体含量。然而目前仍有一些钢厂，特别是小容量炼钢炉与小方坯连铸相配合，钢水温度的控制仍然是一大难题，由于出钢量小，钢包、中间罐蓄热散热量大，浇铸过程中钢水前后期温度波动大，从出钢到浇铸后期，钢水温度差(出钢温度减中间罐内钢水温度)达 180，为了适应浇铸要求，不得不提高出钢温度，一些工厂将出钢温度提高到 1700以上，由于出钢温度过高，也使钢水在高的过热度条件下浇铸，导致某些情况下浇铸时钢水过热度高达 80 1 ，以致浇铸事故增多、拉速降低、铸坯质量差。3 钢水的过程温降例举
6、某钢厂连铸过程的温降状况A 厂：出钢温度 1720吹氩站 1640连铸平台 1580中间罐内 1540如何降低出钢温度并保持在平稳的低过热度条件下浇铸，有二种办法：钢水加热或减少过程热量损失。4 钢水加热措施4.1 钢包内钢水加热提高钢包中钢水温度的措施有 LF(钢包炉)、CASOB、IRUT(铝氧化法)。上述措施均能加热钢水，提高钢包内的钢水温度，但不适于小容量钢包(3040t 以下)，由于钢包直径小，LF 炉上电极难以分布，电极要保持最小的极心圆尺寸，钢包内径小，则电极离包衬太近，钢包衬很易损坏。铝氧化法在钢包上面有罩，钢包直径小，则罩难放下或离钢包壁太近，不便操作。所以小容量钢包很难用这
7、类加热措施。使用 LF，钢包内要尽可能减少钢渣，如果出钢时挡渣不好，大量钢渣进入钢包，在加热处理过程中，渣中硫、磷等有害元素将必转移到钢中，引起回磷回硫现象。LF 处理时间较长，其升温速度 23/min，每吨钢耗电 1020kWh，电极 0.40.8kg,氩气 0.05Nm3，处理时间与所需升温度多少有关，如果升温 40，约需 30min 或更多 2 。因此其处理时，如果在转炉车间，其工作节奏不易于连铸、炼钢、LF 的三者协调配合，组织多炉连浇便有一定难度。铝氧化法有处理时间短，钢水升温快的优点，但是升温用铝量不少，而且产生大量 Al2O3夹杂将大部分留在钢中。如果钢水升温 510/min，每
8、吨钢消耗铝量为 1.0kg，耗氧 0.8kg，氢气 0.60.8kg 2 。4.2 中间罐内钢水加热4.2.1 等离子枪加热等离子枪用于中间罐内加热钢水，实现恒温浇铸在国外已有报导，等离子枪在国内也有试用。但都是用于钢质量要求严格的钢种，国内从外国引进等离子加热设备有 10 台左右，还有几个厂试用国内研制的。使用等离子加热投资大，从国外引进一套设备需 90100 万美元(FOB 价)，TRD 的阴极枪头寿命为 100h，每个价格为 500 美元，厂家难以承受。使用国产设备价格可控制在 150200 万元人民币，但是等离子设备占据平台空间较多，而且枪后带有粗的电缆，冷却水管、气体管，使用很不方便
9、，TDR 枪要求用高纯度氩(Ar 9.99%)。枪的使用维护费用高，以上种种使国内引进的和国产的等离子枪(除个别的用于高质量钢的浇注除外)，都没有在生产上使用。4.2.2 电感应加热在中间罐一侧加设电感线圈，钢水穿过感应器作次级线圈感应加热，这种办法曾有许多报导，尤其是日本报导较多，国内佛山特殊钢厂的水平连铸中间罐曾设计此种装置，但都因中间罐修砌麻烦和钢水穿过感应器时保护初级线圈的耐火材料质量要求高，而且保护耐材受钢水流动冲刷易损坏有可能引起爆炸事故而没能在连铸过程中广泛使用。5 减少过程热损失5.1 连铸过程温降分析表 1 列举几个工厂连铸过程温降状况。表 1 过程温降数据 工厂 出钢温度
10、吹氩后温度 连铸平台 中间罐内A 1720 1640 1590 15601535B 1680 1620 1600 15401530C 1660 1600 1580 15401530从以上三个厂的数据可以看到其过程温降有很大差距，钢包内钢水温降(出钢连铸平台)达 80130。同时说明出钢温度并不一定要在1700以上，降低出钢温度在 16601680范围是完全可以顺利浇铸的，其关键是要减少钢水的过程温降。5.2 连铸过程钢水温降的热损失连铸过程钢水的热损失主要有以下三大部分：(1)盛钢容器耐火材料的吸热；(2)钢水对外界的热辐射及对流传热；(3)容器外表面的对流辐射热损失。关于这些热损失的研究，国
11、内外已有详细的测试研究报告。5.2.1 钢水在钢包内的热损失有关的测试研究 3、4 指出，钢水在钢包内的热损失比例大概是：包衬蓄热(包衬接受钢水后包衬升温而所需热量)占钢水在包中总热损失的 45%50%；包壁的散热占 20%；钢水表面辐射散热(渣层温度为100120mm 时)占 20%30%。如果减少钢包的热损失，钢水在钢包内的温降完全可以降低到 100以下。有测定数据指出：钢包包衬蓄热引起钢水降温主要在最初的 6min 内，在一个小时内基本饱和 4 。对 90t 钢包，包衬温度由 400提高到 1200，钢水总温降可减少 25。所以说钢包的烘烤、烘烤温度、烘烤时间以及减少出钢前的等待时间，对
12、减少钢水降温起主要作用。钢水表面的散热，如果钢包内钢水表面加覆盖剂保温，浇铸过程中钢包加盖，将使钢水热损失减少 35%40%。比仅有钢渣覆盖的热损失减少 13.3%，对钢水终点的温降减少约 1112 5、6 。5.2.2 中间罐内的钢水热损失罐内衬的蓄热，对于非绝热板内衬的中间罐，浇注前罐衬烘烤对浇铸前期的钢水温降有重大影响，因为开浇时进入中间罐的钢包包底钢水温度低，而罐衬温度低时需大量吸热，使低温钢水急剧降温，造成开浇困难，所以罐衬烘烤非常重要，经测定计算，烘烤不良的蓄热损失比烘烤良好的钢水温降大 5 7 。罐内钢液表面的热损失，有覆盖(炭化稻壳)与无覆盖的钢水表面热损失情况见表 28 。
13、表 2 钢水表面热损失工况 钢水表面辐射散热/MJ 表面对流散热/MJ碳化稻壳覆盖(表面 500) 416.5 102.7无覆盖上表面1500 5852.5 308.2由表 2 可见，钢液表面无覆盖时降温很大，由炭化稻壳覆盖能有效地减少钢水温降。 6 防止温降的措施为使连铸浇铸顺利，保持钢水温度稳定和过热度在 2030左右是当前传统连铸所要求的。前面例举两个办法：(1)钢水加热，此方法表面上很易被人们接受，但是对于生产建筑用钢及普通钢的单位难以实施，其主要原因是投资费用高，而且生产费用高，从而提高钢的生产成本，靠后期加热的方法虽然可以减少低温回炉钢，挽救因钢温低而无法浇铸的问题，但是靠后期加热
14、钢水，势必打乱炼钢连铸的正常生产秩序，使连浇中断。所以虽然这种方法很有吸引力，但是在工厂中实现的不多。许多工厂由于浇注钢种的质量要求，采用 LF、CASOB，其主要目的是为提高钢质量。(2)如果通过加强管理，严格按规程要求操作，减少过程温降(减少热损失)，不仅可以做到稳定地在低过热度条件下顺利浇钢，还可以降低出钢温度，例如 B 厂和 C 厂，其出钢温度分别在 1680和 1660，都能使中间罐内钢水温度保持在 1540左右，浇铸过程温度稳定顺利，而且并不增加钢的生产成本。加强钢包及中间罐的管理是实现降低出钢温度，保证浇铸过程温降小，中间罐内钢水温度变化少，浇铸顺利。6.1 加强管理工作6.1.
15、1 钢包管理(1)新砌钢包的烘烤对鞍钢 110t 新砌钢包烘烤过程各层温度分布测定结果(图 1)可见，烘烤时间不应小于 10h。美国雀点钢厂研究认为烘烤时间应大于 9h，保温 6h9 ，以去除内部水分和提高内衬深部温度，以避免盛钢后钢水温降剧烈和可能包底结冷钢。图 1 新砌罐衬烘烤期内各层(下部)温度随时间的变化(2)钢包循环使用的间隙时间与内衬温度的关系应尽可能缩短钢包循环使用过程中的空间等待时间，从测定空包内衬温度变化情况看，钢包间隙(等待)时间应在 2040min 之内(参见图2)。否则包衬深部温度下降太多，盛钢后钢水降温多。图 2 钢水罐空罐冷却期下部温度分布曲线(曲线旁的数字为曲线间
16、隔时间，min)(3)钢包烘烤钢包烘烤应加盖用燃烧完全的喷枪并将火焰射到包底，出钢前内衬温度应在 1100以上。(4)吹氩工艺出钢后钢包应送往吹氩站进行吹气(氩、氮)处理，经测定发现钢包内中部与底部钢水温度差 30以上，如不吹氩搅拌，底部的低温钢水首先进入中间罐，将引起中间罐开浇困难，甚至因钢温低而影响浇钢正常进行。吹氩工艺最好是底部吹气，而且吹气时间不少于 3min。(5)中间罐的烘烤浇注过程中，罐衬蓄热的吸热量占整个中间罐内钢水热损失的51%52%，所以加强烘烤，尤其是非绝热板内衬的中间罐。烘烤时间很重要，经测定烘烤时间不应小于 90min。6.2 采取相应的保温措施(1)钢水表面的覆盖从
17、表 2 可知用炭化稻壳覆盖能有效阻止钢液表面的热辐射，大量节省热，降低钢水降温速度。(2)浇注过程钢包及中间罐加盖经实测数据指出，钢包加盖可使包衬吸热的蓄热损失减少 35%，相当于钢水降温减少 12。中间罐加盖也有利于减少钢水的热散失。(3)组织多炉连浇，有利于减少钢水热损失，并可降低出钢温度。(4)采用高效连铸技术，提高拉速、缩短浇铸时间，也有利于减少钢水热损失。7 结论(1)只要严格管理，采取相应措施完全可以将连铸所需钢水的出钢温度降低至 16801660，表 1 中 C 厂的实践已经证明了这个事实。(2)钢水加热措施对普钢厂并不是必须的，加热措施将会增加钢的生产成本，并不利于组织连浇。(
18、3)提高连铸的拉速，缩短浇铸时间，对减少钢水热损失，降低出钢温度有利。联系人:倪满森,高级工程师,北京市(100081)海淀区学院南路 76 号作者单位：钢铁研究总院参考文献1 李萍、朱培伦，采用等离子加热技术控制中包钢水温度，19922 吴石嶙.等离子技术及其在中间罐加热的应用，1992.93 M.A.Ometani.I & SM, 1983,104 西正明.日本钢管技报，1987:1175 张再华等.冶金能源.1987，(6)：43486 倪满森等.钢铁研究总院学报，1988，(8)，3：167 李顶宜.冶金能源，1988，Vol.7,No.1:P21268 Wiliam G.Knoerlein,国际炼钢会议论文选，1989：105
