摘要：本文通过对韶钢炼钢厂转炉合金在线烘烤装置的构成及性能特点进行剖析，对系统运行情况进行跟踪分析，阐明了转炉合金在线烘烤技术对于炼钢生产的有利因素。
关键词：转炉；合金：在线烘烤；温降
1 前言
宝武集团广东韶钢松山股份有限公司（以下简称韶钢）位于广东省韶关市南郊14公里处，南依燕山，北靠莲花山，西邻曲江区马坝镇，东临麻顶山，座落在梅花河的河谷小平原上。韶钢所处地区属亚热带季风气候，常年气候潮湿，在转炉炼钢工艺流程中，加入钢水中的各类合金在存储、运转过程容易吸潮。合金中吸附的游离水以及结晶水在高温状态下分解产生氢和氧，溶入钢水中会造成氢、氧夹杂物含量高，从而使铸坯产生气泡或性能缺陷，影响铸坯质量。从更广泛的方面来说，未经烘烤的合金如果直接加入钢包，将导致出钢温降增大，因此必须提高出钢温度，增加成本且不利于稳定钢水质量及护炉。
目前国内钢厂广泛采用加热设备，将要加入钢水中的硅铁、锰铁、铬铁、钒铁等合金炉料进行预先加热，再投放到钢包中。合金加热总体上有离线和在线两种方式，离线烘烤存在占地大、投资高、合金温度损耗大等不利因素，因此韶钢炼钢厂一工序改造采用的是合金在线烘烤技术。
2 技术方案
2.1 烘烤装置布置方案
韶钢转炉合金在线加热烘烤装置系统整体放置在炼钢厂9.1m平台上的转炉加料口附近，通过对原有的料仓和加料管进行适应性改动，在不改变原有上料方式的基础上，实现合金在线烘烤。其装置结构示意图如图1。
图1 合金在线加热烘烤装置
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2.2 烘烤装置技术参数
韶钢合金在线加热烘烤装置基本技术参数如表1。其中，对于合金料粒度要求在30-70mm。
表1 合金在线加热烘烤装置基本技术参数
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3 系统功能及构成
3.1 烘烤系统功能特点
● 具有烘烤炉内氛围温度自动测量功能，烘烤炉有一套独立的温度检测系统。
● 燃烧工况实施监测，发现燃气泄露、发生故障能够产生声光报警，并同时关闭煤气快切阀。
● 具有自动和手动两种加热模式。
● 具有自动显示加热曲线升温动态功能。
● 具有自动点火功能，防止在使用过程中脱火、断火。
3.2 烘烤系统主要部件
韶钢转炉合金在线烘烤系统的主要构成部分如下。
（1）钢结构机架：机架采用型钢焊接而成框型结构架而成；考虑到生产过程中的称重工艺需求，在现场制作称重平台，把合金烘烤装置整体制作为称重料斗，来满足现场的称重工艺需求。
（2）燃烧系统：燃烧器选用节能、低耗、高效旋转层流内混式燃烧器；产生还原性火焰，有效避免合金在加热过程中的氧化问题。
（3）助燃空气供给与控制系统：由高压风机、柔型联接、手动调节阀（带刻度盘）、电动调节阀（带反馈信号）等组成。根据风机的特性和阀类的调节，以满足烘烤的需要。
（4）燃气供给与控制系统：由手动调节阀、气动快速切断阀、电动调节阀等组成。也是烘烤装置实现温度控制和安全运行的必要硬件设备。气动快速切断阀具有燃气泄漏、电网掉线、燃气压力波动范围大等意外情况快速切断燃气的保护功能。
（5）自动点火装置：由燃气管路、压缩空气管路、调节阀、燃烧器、点火变压器等组成。
（6）温度检测与显示系统：由热电偶、补偿导线组成，能全过程动态测控烘烤炉内的温度。热电偶埋设在烘烤炉内部。
（7）燃气管路排水系统：由于燃气在回收过程中常带有水蒸气，经输气管路凝结成水存留在输气管路中阻碍燃气输送。在烘烤设备燃气管路上设置排水系统，及时将水排除。
（8）废气管路排放系统：由分布在每个仓位上端的排烟灶通过管路排放系统排出。
（9）燃气泄漏检测报警系统：当设备周围空气一氧化碳含量达到30 ppm/m3时发出报警通知，提示检修。（《工业企业天然气安全规程》规定：作业环境一氧化碳浓度最高为30 ppm/m3）
（10）电气、仪表、机械动力控制柜：配置仪表所需的交、直流电源，保证电气、仪表、机械的正常工作；通过现场一次仪表采集及反馈信号，由电控柜实施对烘烤状态的控制，达到预期烘烤目的。
（11）设备控制系统：由PLC、自动烘烤系统、安全保护系统等组成。
（12） 配料系统：连续给料可通过控制程序根据放料时间要求设置合理的下料节奏来实现。
（13）碳粉加料系统：由输送皮带进入合金加料斗，在合金加料斗下方安装气动三通翻板阀，通过三通翻板阀分流到碳粉称重料斗称重，经过平板阀，新增管道加入钢包。
4 系统性能特点
4.1 重要机械部件性能特点
（1）机架、称重平台部分:合金炉机架、称重平台承受压力较大，通过对合金炉机架和称重平台受力进行合理分析，对机架和称重平台立柱应进行强度、抗弯模量、最大压应力、弯矩、最大压应力等力学性能校核，最终保证机架和称重平台的强度能完全满足使用要求。
（2）合金烘烤装置炉体组成：炉体采用整体铸造而成,炉体壁厚不低于150mm，有效耐温1000℃，可有效解决耐材脱落造成炉体寿命的降低，炉体使用寿命不低于3年。
（3）合金烘烤装置炉体燃烧室：在卸料口上方设置高度700mm高的加热室，加热室采用整体浇注而成，方便检修更换。其中燃烧器沿炉体四周呈切线对称分布，使高温气流在加热室上部分沿切线对合金进行加热，使一次直接加热合金量达到6t，能充分满足使用工艺要求。
4.2 电气控制系统性能特点
根据电气、机械和仪表用电，对线路分级进行短路和过载保护，保证电气、机械、仪表的正常工作。其电气控制系统性能特点如下。
（1）烘烤控制模式：具有手动/自动两种控制模式，其中在自动控制模式下，当启动自动控制模式后，火焰能够实现大、小火自动转换，大火可根据现场实际情况调节烘烤时间，有效防止合金烧结。手动控制模式是当自动控制出现问题时，可通过手动控制实现大小火转换。
（2）温度检测与显示：通过测温装置，控制柜能全过程动态测控合金炉内的温度变化。
（3）数据处理：现场PLC预留对外通讯接口,可以根据实际需要采集数据远传到DCS系统进行处理,生成相应的实行曲线,便于优化工艺,故障查找。
4 系统运行的效果
韶钢炼钢厂一工序2号转炉合金在线烘烤装置于2019年7月改造完成投入运行，经过一段时间的使用跟踪并与同期未烘烤炉次的出钢温度情况进行比较，烘烤炉次全部有大火烘烤记录炉次（5-12min）；钢种为过氩站螺400系列纹钢，过程温度比较见表2。
表2 合金在线烘烤投运过程温度
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由表2可知，在烘烤炉次在平均大火烘烤时间为9.52min，且钢包内壁平均温度较未烘烤炉次平均低60.3℃的条件下，出钢过程温降低3.01℃。如果去除钢包温度低影响，并将大火烘烤时间延长至10-15min，预计可降低出温度5-8℃。
实施改造后，板坯探伤不合格率由0.3％降低至0.15％，方坯PC钢棒的氢致脆断由目前约100吨/月降至40 吨/月，大幅度改善了产品质量。
2号转炉合金烘烤投入使用后，按平均降低出钢温度5℃计，降低转炉出钢温度效益按0.2元/吨计，则可降低1.0元/吨效益，按月产钢11.75万吨计，则每月节约成本11.75万元。
在此基础上，扣除增加的混合煤气消耗：(15min/60min/h) ×350（Nm3/h）×955（炉/月）×2200 （Kcal/Nm3)×4.2（kJ）÷1000000×73.23（元/GJ) =56542万=5.6542万元。计算出每月节约成本为：11.75-5.6542=6.0958万元。因此，实施转炉合金在线烘烤技术后，每座转炉年经济效益为：6.0958（万元）×12（月）=73.1496万元。不包含板坯探伤不合格降级处理节约的成本以及减少方坯PC钢棒的氢致脆断事故损失节约的成本。
5 结语
韶钢炼钢厂通过转炉合金在线烘烤技术的应用，起到了降低出钢温度、稳定铸坯质量、降低生产成本的良好效果，能够适应特钢生产的要求。在系统运行过程中，也出现了合金加热不均匀、存在板结现象等问题。但是从总体来说，经过韶钢炼钢厂生产现场是实际应用经验得出，该技术值得大范围推广使用。
宝武集团广东韶关钢铁有限公司
参考文献：
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[3] 张强. 吉林建龙合金烘烤装置的应用[J]. 一重技术,2007(2):60.
论文作者:陈贝,莫李云,黄纯旭
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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