韓偉剛1， 酈秀萍1， 劉建華2， 張春霞1， 周繼程1， 石鑫越1
（1. 鋼鐵研究總院先進鋼鐵流程及材料國家重點實驗室，北京100081； 2. 首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司制造部，河北唐山063200）
摘 要：為了研究大型高爐出鐵過程鐵水溫降規律，對首鋼京唐5500m3高爐出鐵過程中鐵水溝和爐下鐵水罐內的鐵水溫度進行了現場實測。結果表明，高爐鐵水溝中鐵水溫度呈周期性波動，堵口過程中鐵水溝殘鐵溫度以0.92℃/min 的速率逐漸降低，鐵口打開后鐵水溝溫度需40min 逐漸回升并穩定在1475℃左右。尾罐是影響鐵水罐受鐵結束時罐內鐵水溫度的關鍵因素，尾罐比普通罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度低25℃。尾罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度與第一次受鐵量有關，將尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐受鐵有利于提高罐內鐵水平均溫度。
關 鍵 詞：高爐出鐵；鐵水溝；鐵水罐；尾罐；鐵水溫度
當前中國鋼鐵生產仍以高爐—轉爐生產長流程為主，鐵水作為轉爐煉鋼的主要原材料占煉鋼金屬料消耗的70%～100%。鐵水溫度是鋼鐵制造流程高爐—轉爐區段中的重要參數[1-2]，鐵水溫度的高低直接決定著鐵水預處理的處理周期、熔劑消耗量和預處理效果，以及轉爐冶煉的廢鋼加入量、氧氣消耗量、渣量等一系列技術經濟指標[3-5]。因此，減少高爐—轉爐區段鐵水溫降，提高KR進站和轉爐兌鐵的鐵水溫度，對于鋼鐵企業穩定生產、節能減排和降本增效具有重要意義。
高爐—轉爐區段的鐵水總溫降主要由高爐出鐵、鐵水轉運和鐵水預處理等過程溫降組成。目前對鐵水轉運和鐵水預處理過程鐵水溫降的研究較多[6-9]，而對高爐出鐵過程鐵水溫降較少關注。本文以首鋼京唐5500m3高爐出鐵過程為例，對鐵水溝和爐下鐵水罐內鐵水溫度進行現場實測，研究高爐出鐵過程鐵水溫降及其影響因素，研究結果對其他鋼鐵企業的生產具有一定的借鑒意義。
1 測溫方案
（1）測溫點。現場測溫選擇在首鋼京唐2號高爐進行。鐵水溝測溫在4號鐵水溝撇渣器后鐵水小坑最遠端，爐下鐵水罐鐵水測溫在5號鐵水運輸線旁建設專用測溫平臺。
（2）測溫裝置。鐵水測溫采用接觸式鉑銠熱電偶，配備有“三燈一響”裝置及顯示儀表，測溫范圍為0～1600℃，誤差為±1.5℃。由于鐵水測溫平臺距離鐵水罐距離較遠，采用了焊接方式將測溫槍的長度延長至8m。
（3）測溫過程。鐵水溝測溫在高爐出鐵過程中及鐵口堵口后均正常進行，每隔10min 測量一次鐵水溝中鐵水溫度。高爐下鐵水罐測溫在鐵水罐裝滿鐵水后由機車將鐵水罐從受鐵位拉至測溫平臺處進行測溫。
（4）生產組織。首鋼京唐2號高爐4號鐵口下對應5號和6號鐵水運輸線。平時正常生產時，兩條鐵水運輸線上的鐵水罐在裝滿鐵水后就立即由機車運往煉鋼。測溫期間為在短期內獲得盡量多的樣本量，5號鐵水罐出滿后，由機車運離高爐過程中在途徑測溫平臺時停留2min供鐵水罐鐵水測溫；6號鐵水罐出滿由機車拉出至鐵道岔口后，再倒車將鐵水罐推至測溫平臺處進行測溫，測溫結束后再運去煉鋼。
2 測溫結果
2. 1 鐵水溝鐵水測溫結果
首鋼京唐2號高爐4號鐵水溝測溫結果如圖1所示。
從圖1中可以看出，鐵水溝鐵水溫度在生產過程中隨著高爐堵口和開口出鐵呈現出周期性波動。高爐堵口后，鐵水溝中的殘鐵溫度隨著堵口時間的延長而逐漸降低；隨著鐵口的重新打開，高爐爐缸高溫鐵水不斷流入鐵水溝，與鐵水溝內的殘鐵混合換熱并逐漸排出小坑，從而使測得的鐵水溝內鐵水溫度逐漸升高；當出鐵達到一段時間后，鐵水溫度逐漸穩定。
2. 2 鐵水罐鐵水測溫結果
對高爐爐下43罐剛裝滿的鐵水進行測溫，測溫結果如圖2所示。
從圖2中可以看出，鐵水罐裝滿鐵水時，鐵水罐內鐵水溫度波動較大。現場測得鐵水罐內鐵水溫度最低為1373℃，最高為1461℃，計算得鐵水罐裝滿鐵水時罐內平均鐵水溫度為1412℃。
3 結果分析
3. 1 高爐鐵口堵口過程中鐵水溝殘鐵溫度變化
截取圖1 中高爐堵口期間鐵水溝殘鐵溫度變化曲線，結果如圖3所示。
從圖3中可以看出，高爐堵口后鐵水溝殘鐵溫度隨堵口時間的延長而逐漸降低。當堵口時間為90min時，鐵水罐殘鐵溫度從約1470左右降低至約1370℃左右，計算得高爐鐵口堵口后鐵水溝中殘鐵平均降溫速率為0.92℃/min。
3. 2 高爐出鐵過程中鐵水溝鐵水溫度變化
同理，截取圖1中高爐出鐵過程中的鐵水溫度變化曲線，結果如圖4所示。
從圖4中可以看出，高爐出鐵初期鐵水溫度較低，而隨著出鐵的進行，鐵水溫度隨之回升并逐漸穩定在1475℃左右，鐵水溝鐵水溫度回升大約用時40min。經現場記錄，高爐出鐵過程累計出鐵量隨出鐵時間變化，出鐵過程前40min高爐的累計出鐵量平均為151t。
3. 3 尾罐對鐵水罐內鐵水溫度的影響
首鋼京唐高爐—轉爐區段采用了“一罐到底”的界面技術，鐵水罐內鐵水量必須達到轉爐的裝入量要求才能送往煉鋼，而高爐每次出鐵基本不可能正好出滿整數罐鐵水，對于每次出鐵最后一個未受滿鐵水的鐵水罐（稱為尾罐），需要在下次出鐵時裝滿鐵水才能送往煉鋼。分別對首鋼京唐測溫期間的12個尾罐和31個普通罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度分布進行統計，結果如圖5所示。
從圖5 中可以看出，尾罐裝滿鐵水時，罐內鐵水溫度普遍較低，一般不超過1400℃，高于1400℃的僅占尾罐總數的33%；而普通罐鐵水溫度普遍較高，普通罐鐵水溫度高于1400℃的占普通罐總數的84%。經計算，尾罐裝滿鐵水罐內平均鐵水溫度為1394℃，普通罐平均鐵水溫度為1419℃，兩者相差25℃。
3. 4 尾罐裝滿鐵水罐內鐵水溫度與尾罐第一次受鐵量的關系
由于尾罐需要兩次受鐵才能裝滿，因此尾罐裝滿鐵水時，罐內鐵水溫度與前后兩次受鐵的受鐵量有著直接關系。對首鋼京唐尾罐受滿鐵水時罐內鐵水溫度與第一次受鐵量的關系進行統計，結果如圖6所示。
從圖6中可以看出，當尾罐鐵水量較小或較大時，裝滿鐵水后的鐵水溫度均較高；而在第一次受鐵量為150t左右時，裝滿鐵水后的鐵水溫度取得最小值。這主要是由于當尾罐第一次受鐵量較小時，第二次受鐵除了裝入高爐出鐵初期的低溫鐵水外，還可以裝入部分高爐出鐵中期的高溫鐵水；當尾罐第一次受鐵量較大時，第二次受鐵僅裝入少量高爐出鐵初期的低溫鐵水量。因此，這兩種情況下尾罐裝滿時罐內鐵水溫度均較高。而當尾罐第一次受鐵量為150t左右時，第二次受鐵基本全部裝入了高爐出鐵初期的低溫鐵水，導致最終尾罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度最低。
3. 5 尾罐裝滿鐵水罐內鐵水溫度與尾罐處理方式的關系
目前，首鋼京唐尾罐的處理是在原鐵口下等待下次出鐵時放在第一罐受鐵，統計測溫過程中8次完整出鐵過程中鐵水罐內鐵水溫度與受鐵次序的關系，結果如圖7所示。
從圖7中可以看出，當尾罐放在下次出鐵的第一罐受鐵時，裝滿鐵水時罐內平均鐵水溫度一般不超過1400℃，平均鐵水溫度為1391℃，而位于第二罐和第三罐受鐵的普通罐罐內平均鐵水溫度均為1400℃以上，平均鐵水溫度分別為1419和1423℃，3罐鐵水的平均鐵水溫度為1411℃。這主要是由于尾罐內存有的第一次裝入的鐵水在等待第二次受鐵的過程中溫降不斷降低，而第二次受鐵繼續裝入的又是高爐出鐵初期的低溫鐵水，兩方面綜合作用從而導致尾罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度較低。
現場對尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐進行受鐵時（即第二次受鐵裝入出鐵過程中后期的高溫鐵水）鐵水罐內鐵水溫度與受鐵次序的關系進行了實測，結果如圖8所示。
從圖8中可以看出，當尾罐放在下次出鐵的第二罐受鐵時，裝滿鐵水時雖然尾罐鐵水溫度仍是最低的，但3罐鐵水溫度均已超過了1400℃，分別為1411、1402和1437℃，3罐鐵水的平均鐵水溫度為1417℃，比尾罐第一罐受鐵時提高了6℃。由此可見，首鋼京唐尾罐放在高爐下次出鐵的第二罐受鐵，有利于提高鐵水罐裝滿鐵水時罐內鐵水平均溫度。
4 結論
（1）鐵水溝鐵水溫度在生產過程中隨著高爐堵口和開口出鐵呈現出周期性波動。高爐鐵口堵口后，鐵水溝中的殘鐵溫度隨著堵口時間的延長而逐漸降低，平均降溫速率為0.92℃/min；鐵口打開后的40min 時間內，鐵水溝內鐵水溫度升高并逐漸穩定在1475℃左右。
（2）首鋼京唐鐵水罐裝滿鐵水時罐內平均鐵水溫度為1412℃，其中尾罐平均鐵水溫度為1394℃，普通罐平均鐵水溫度為1419℃，兩者相差25℃。
（3）首鋼京唐尾罐裝滿鐵水時罐內鐵水溫度與第一次受鐵量有關。尾罐第一次受鐵量較小或較大時，裝滿鐵水后的鐵水溫度較高，而尾罐第一次受鐵量為150t左右時，裝滿鐵水后的鐵水溫度取得最小值。
（4）首鋼京唐尾罐在原鐵口下等待高爐下次出鐵時，可以放在出鐵的第二罐進行受鐵，有助于提高鐵水受鐵結束罐內鐵水平均溫度。
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