D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.04.012 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 实现铁水包多功能技术的研究 张龙强)田乃媛) 徐安军) 张锦)姜晓东)陆志新 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)宝山钢铁股份有限公司炼钢厂，上海201900 摘要为了实现“一包到底”钢铁厂新型铁/钢界面模式，铁水包必需兼备铁水的承载与运输、重量对应、铁水脱硫、成分对 应及铁水缓冲等多项功能·本文对铁水包的各项功能做了分析，并进行了相应温降数据测定的现场实验·结果表明，采用铁 水包与鱼雷罐运输铁水温降差距不大，缓冲能力相当：指出实现上述铁水包多功能存在的问题，探讨了相应的解决方案，得出 实现铁水包多功能技术可行性的结论 关键词铁水包：多功能；铁/钢界面：生产物流 分类号TF087:F203 随着资源、能源、环境等因素的制约，钢铁企业 不仅要承担钢铁产品的制造功能，还应该且必须承 1铁水承载与运输 担起能源转换及社会部分大宗废弃物的处理、消纳 图1为新型铁/钢界面模式铁水物流示意图. 功能叮，这就要求改建尤其是新建的钢厂能耗小、 高炉铁水要兑入转炉必然需要承载运输容器，早期 占地少、环境友好.结合现代钢铁生产工艺要求，高 的钢铁厂均使用铁水包（罐）作为铁水承载运输的容 炉铁水在兑入转炉前应进行全量或部分铁水预处 器，但随着高炉大型化、特别是操作工艺的日趋完善 理，不同的铁水预处理模式对应着不同的炼铁/炼 和进步，铁水产量大幅度提高，这使得铁水的运输及 钢界面技术形式[]，它是指炼铁与炼钢主体工序 存储限制了钢厂的发展，基于制造技术及运输、机 之间的衔接一匹配、协调缓冲技术及相应的装置 车、硬件匹配、平面布置等方面的原因，单个铁水包 (设备) 的容量无法大幅度扩大：而靠增加铁水包个数不但 铁/钢界面技术形式多样，其中“一包到底”模式 受到场地限制，也使物流不畅、温降大、能源浪费、效 最值得探讨与研究（本文暂将此种界面形式定义为 率低下，因此，日本、德国等国家相继采用了鱼雷 新型铁/钢界面模式)：高炉铁水注入铁水包后在包 罐，它不但容量大、缓冲时间长，而且还有保温效果 上加盖保温，由机车运至脱硫站，卸盖扒渣后在包内 好、高度低、场地改造小等优点，逐渐被多数大型高 进行脱硫处理，再次扒渣后兑入脱磷转炉进行脱磷， 炉采用，鱼雷罐还可以作为反应容器，为日后铁水 然后倒入兑铁包，最后兑入脱碳升温转炉进行冶炼 预处理工艺的发展起到推动作用 (快速脱碳、快速升温)，这一模式的脱硫热力学条 件更好，并可加盖保温，时间节奏快，温降小，同时 用铁水包代替鱼雷罐车和混铁炉，减少了一个工位， 相应的设备投资及岗位编制均可以取消，有利于节 铁水包受铁 能、改善环境以及减少投资等，综合来看，此种界面 形式优于其他形式，FE公司东日本制铁所采用了 与此相似的界面形式，从高炉到装入脱磷转炉的输 送过程所引起的铁水温降约减少52℃[6们.要实现 脱碳升温转炉 兑铁包 脱硅脱酶转炉 这一界面技术，铁水包不仅负责铁水的承载及运输 图1新型铁/钢界面模式的铁水“流” 功能，还应承担重量对应、铁水脱硫、成分对应及铁 Fig.1 Hot metal flow of a new iron/steel interface mode 水缓冲等多项功能， 但鱼雷罐存在运输占地面积大、投资大、倒包能 收稿日期：2005-11-14修回日期：2006-08-30 耗、二次污染及维护困难等缺点；随着铁水预处理技 作者简介：张龙强(1975一)，男，博士研究生：田乃媛(1940-)，女， 教授，博士生导师 术的发展，铁水承载容器必须还要作为反应容器，鱼
实现铁水包多功能技术的研究 张龙强1） 田乃媛1） 徐安军1） 张 锦1） 姜晓东1） 陆志新2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 宝山钢铁股份有限公司炼钢厂上海201900 摘 要 为了实现“一包到底”钢铁厂新型铁／钢界面模式铁水包必需兼备铁水的承载与运输、重量对应、铁水脱硫、成分对 应及铁水缓冲等多项功能．本文对铁水包的各项功能做了分析并进行了相应温降数据测定的现场实验．结果表明采用铁 水包与鱼雷罐运输铁水温降差距不大缓冲能力相当；指出实现上述铁水包多功能存在的问题探讨了相应的解决方案得出 实现铁水包多功能技术可行性的结论． 关键词 铁水包；多功能；铁／钢界面；生产物流 分类号 TF087；F203 收稿日期：20051114 修回日期：20060830 作者简介：张龙强（1975—）男博士研究生；田乃媛（1940—）女 教授博士生导师 随着资源、能源、环境等因素的制约钢铁企业 不仅要承担钢铁产品的制造功能还应该且必须承 担起能源转换及社会部分大宗废弃物的处理、消纳 功能［1］这就要求改建尤其是新建的钢厂能耗小、 占地少、环境友好．结合现代钢铁生产工艺要求高 炉铁水在兑入转炉前应进行全量或部分铁水预处 理．不同的铁水预处理模式对应着不同的炼铁／炼 钢界面技术形式［2—5］它是指炼铁与炼钢主体工序 之间的衔接—匹配、协调—缓冲技术及相应的装置 （设备）． 铁／钢界面技术形式多样其中“一包到底”模式 最值得探讨与研究（本文暂将此种界面形式定义为 新型铁／钢界面模式）：高炉铁水注入铁水包后在包 上加盖保温由机车运至脱硫站卸盖扒渣后在包内 进行脱硫处理再次扒渣后兑入脱磷转炉进行脱磷 然后倒入兑铁包最后兑入脱碳升温转炉进行冶炼 （快速脱碳、快速升温）．这一模式的脱硫热力学条 件更好并可加盖保温时间节奏快温降小．同时 用铁水包代替鱼雷罐车和混铁炉减少了一个工位 相应的设备投资及岗位编制均可以取消有利于节 能、改善环境以及减少投资等．综合来看此种界面 形式优于其他形式．JFE 公司东日本制铁所采用了 与此相似的界面形式从高炉到装入脱磷转炉的输 送过程所引起的铁水温降约减少52℃［6］．要实现 这一界面技术铁水包不仅负责铁水的承载及运输 功能还应承担重量对应、铁水脱硫、成分对应及铁 水缓冲等多项功能． 1 铁水承载与运输 图1为新型铁／钢界面模式铁水物流示意图． 高炉铁水要兑入转炉必然需要承载运输容器．早期 的钢铁厂均使用铁水包（罐）作为铁水承载运输的容 器但随着高炉大型化、特别是操作工艺的日趋完善 和进步铁水产量大幅度提高这使得铁水的运输及 存储限制了钢厂的发展．基于制造技术及运输、机 车、硬件匹配、平面布置等方面的原因单个铁水包 的容量无法大幅度扩大；而靠增加铁水包个数不但 受到场地限制也使物流不畅、温降大、能源浪费、效 率低下．因此日本、德国等国家相继采用了鱼雷 罐它不但容量大、缓冲时间长而且还有保温效果 好、高度低、场地改造小等优点逐渐被多数大型高 炉采用．鱼雷罐还可以作为反应容器为日后铁水 预处理工艺的发展起到推动作用． 图1 新型铁／钢界面模式的铁水“流” Fig．1 Hot metal flow of a new iron／steel interface mode 但鱼雷罐存在运输占地面积大、投资大、倒包能 耗、二次污染及维护困难等缺点；随着铁水预处理技 术的发展铁水承载容器必须还要作为反应容器鱼 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．012
第4期 张龙强等：实现铁水包多功能技术的研究 .425 雷罐提供的动力学条件远不如铁水包，随着相关技 容量一旦确定，如250t,铁水包则选250t便可满足 术的突破，大型铁水包的使用已经变为现实，如东日 要求.重量对应的问题在于如何实现铁水量的“按 本制铁所铁水罐容量为298t],运行良好；而且采 需生产以保证正常的运转 用铁水包承载及运输占地面积小、投资少、周转快， 国内某钢厂在铁水包车上装有压力传感器，装 取消了倒包操作，效率高，大大减少了环境污染，新 载铁水时可以在线称量铁水净重[②]，能有效地实现 一代全量铁水预处理的大型钢厂采用铁水包来承载 重量对应；另外，还可以采用液面探头、轨道衡（磅 运输铁水最为合理 称)等实现重量对应，铁水包在铁水量不足时可以 就承载与运输功能而言，鱼雷罐的优势在于其 暂时不带走，等下一次出铁注满铁水后再带走，还可 高度较铁水包低、直径小，为了不使高炉因出铁场 以将此包带至另一出铁口或另座高炉继续受铁，另 高度的增加而致使其建设成本大幅增长，铁水包的 外，高炉生产及操作的稳定、相关设备的可靠运行、 设计需要作相应的改进，大容量的铁水包直径约 机车调度的高效顺畅都是实现铁水包重量对应功能 5m、高度约5.2m,使用它的主要困难是如何保障 的必要保障、 机车的运行速度及弯道的运行安全，紧凑的平面布 2.2铁水包形状的改进 置、合理的行车速度、高效的调度等都是安全运行的 相同吨位的铁水包高于鱼雷罐，另外为满足铁 保障，另外铁路曲率半径的选择与机车类型的选择 水包不倒包的要求，设计时必须带倾斜嘴以便于铁 也会影响安全运行， 水兑入转炉，这又增加了铁水包的高度，最后导致出 2重量对应 铁场高度的增加，从而使得高炉本体高度增加，投资 加大 新型铁/钢界面形式取消了倒包站，失去了原先 日本FE公司东日本制铁所（原京滨制铁所） 通过转兑实现铁水装入量再分配和匹配的功能，为 以铁水罐作承接、输送铁水的容器，表1表示出铁 了保证正常生产，铁水的装入量必须及时、准确、稳 水输送容器的主要参数，铁水容量从原来的205t 定，要与转炉容量相匹配，这些是铁水包重量对应功 增加到目前的298t,提高约45%，但是通过容器铁 能的基本要求， 皮和耐火材料壁厚的薄壁化，容器自身质量只从原 2.1重量对应的实现 来的108t增加到现在的109t.而且，将容器全高和 重量对应首先是铁水包容量与转炉公称容量的 全宽的扩大控制在最小限度，有效地控制了高炉到 对应，这是实现物流畅通及生产高效的保证·转炉 转炉间运输设备的改造以及高炉高度的增加， 表1东日本制铁所铁水容器部分参数[] Table 1 Ladle parameters of Eastern Japan Company 转炉容量/t 铁水容器 铁水容器 质量/： 时期 通常 最大 直径/mm 高度/mm 框架结构 耐火材料 合计 改造前 205 260 4630 5150 52 56 108 改造后 298 325 5110 5300 55 54 109 参考以上数据，使用“矮胖型”铁水包运输对于 均已使用，如日本的君津厂、千叶厂、和歌山厂等，国 新建钢厂或老厂改造而言，均可以在小范围内改动 内有宝钢、首钢、武钢、济钢等 即可；尤其是新建钢厂，在设计时就要充分考虑到铁 铁水预处理脱硫有着技术及经济上的优势，高 水包对出铁场高度的影响，做出相应的调整、改进， 炉内每降低0.001%硫（质量分数），焦比会增加2~ 从而降低成本 3kgt1,而炉外脱硫可降低焦比30~40kgt1,产 量提高5%~8%门；炉外脱硫还为炼钢的少渣治炼 3 铁水脱硫与成分对应 创造了条件.当前炉外脱硫方法有喷吹法、KR法； 高炉内脱硫热力学条件优于转炉，现代冶炼均 脱硫容器有鱼雷罐、铁水包；使用的脱硫剂有CaO、 不在转炉内脱硫，但高炉内脱硫必然使焦比增加、碱 CaC2、Na2CO3以及镁粉或镁基Ca0等，理论计算 度升高，生铁成本增加，这与资源紧缺的现状相悖. 的结果表明：铁水包脱硫的动力学条件优于鱼雷 为了减轻高炉脱硫负荷，铁水预处理技术及工艺得 罐，更易实现渣铁间的反应 到大力推广，运行效果良好.目前国内外多家钢厂 脱硫技术及工艺己经比较成熟，上钢一厂脱硫
雷罐提供的动力学条件远不如铁水包．随着相关技 术的突破大型铁水包的使用已经变为现实如东日 本制铁所铁水罐容量为298t ［6］运行良好；而且采 用铁水包承载及运输占地面积小、投资少、周转快 取消了倒包操作效率高大大减少了环境污染．新 一代全量铁水预处理的大型钢厂采用铁水包来承载 运输铁水最为合理． 就承载与运输功能而言鱼雷罐的优势在于其 高度较铁水包低、直径小．为了不使高炉因出铁场 高度的增加而致使其建设成本大幅增长铁水包的 设计需要作相应的改进．大容量的铁水包直径约 5m、高度约5∙2m使用它的主要困难是如何保障 机车的运行速度及弯道的运行安全．紧凑的平面布 置、合理的行车速度、高效的调度等都是安全运行的 保障另外铁路曲率半径的选择与机车类型的选择 也会影响安全运行． 2 重量对应 新型铁／钢界面形式取消了倒包站失去了原先 通过转兑实现铁水装入量再分配和匹配的功能．为 了保证正常生产铁水的装入量必须及时、准确、稳 定要与转炉容量相匹配这些是铁水包重量对应功 能的基本要求． 2∙1 重量对应的实现 重量对应首先是铁水包容量与转炉公称容量的 对应这是实现物流畅通及生产高效的保证．转炉 容量一旦确定如250t铁水包则选250t 便可满足 要求．重量对应的问题在于如何实现铁水量的“按 需”生产以保证正常的运转． 国内某钢厂在铁水包车上装有压力传感器装 载铁水时可以在线称量铁水净重［2］能有效地实现 重量对应；另外还可以采用液面探头、轨道衡（磅 称）等实现重量对应．铁水包在铁水量不足时可以 暂时不带走等下一次出铁注满铁水后再带走还可 以将此包带至另一出铁口或另座高炉继续受铁．另 外高炉生产及操作的稳定、相关设备的可靠运行、 机车调度的高效顺畅都是实现铁水包重量对应功能 的必要保障． 2∙2 铁水包形状的改进 相同吨位的铁水包高于鱼雷罐另外为满足铁 水包不倒包的要求设计时必须带倾斜嘴以便于铁 水兑入转炉这又增加了铁水包的高度最后导致出 铁场高度的增加从而使得高炉本体高度增加投资 加大． 日本 JFE 公司东日本制铁所（原京滨制铁所） 以铁水罐作承接、输送铁水的容器．表1表示出铁 水输送容器的主要参数．铁水容量从原来的205t 增加到目前的298t提高约45％但是通过容器铁 皮和耐火材料壁厚的薄壁化容器自身质量只从原 来的108t 增加到现在的109t．而且将容器全高和 全宽的扩大控制在最小限度有效地控制了高炉到 转炉间运输设备的改造以及高炉高度的增加． 表1 东日本制铁所铁水容器部分参数［6］ Table1 Ladle parameters of Eastern Japan Company 时期 转炉容量／t 通常 最大 铁水容器 直径／mm 铁水容器 高度／mm 质量／t 框架结构 耐火材料 合计 改造前 205 260 4630 5150 52 56 108 改造后 298 325 5110 5300 55 54 109 参考以上数据使用“矮胖型”铁水包运输对于 新建钢厂或老厂改造而言均可以在小范围内改动 即可；尤其是新建钢厂在设计时就要充分考虑到铁 水包对出铁场高度的影响做出相应的调整、改进 从而降低成本． 3 铁水脱硫与成分对应 高炉内脱硫热力学条件优于转炉现代冶炼均 不在转炉内脱硫但高炉内脱硫必然使焦比增加、碱 度升高生铁成本增加这与资源紧缺的现状相悖． 为了减轻高炉脱硫负荷铁水预处理技术及工艺得 到大力推广运行效果良好．目前国内外多家钢厂 均已使用如日本的君津厂、千叶厂、和歌山厂等国 内有宝钢、首钢、武钢、济钢等． 铁水预处理脱硫有着技术及经济上的优势高 炉内每降低0∙001％硫（质量分数）焦比会增加2～ 3kg·t —1而炉外脱硫可降低焦比30～40kg·t —1产 量提高5％～8％［7］；炉外脱硫还为炼钢的少渣冶炼 创造了条件．当前炉外脱硫方法有喷吹法、KR 法； 脱硫容器有鱼雷罐、铁水包；使用的脱硫剂有 CaO、 CaC2、Na2CO3 以及镁粉或镁基 CaO 等．理论计算 的结果表明［4］：铁水包脱硫的动力学条件优于鱼雷 罐更易实现渣—铁间的反应． 脱硫技术及工艺已经比较成熟上钢一厂脱硫 第4期 张龙强等： 实现铁水包多功能技术的研究 ·425·
.426 北京科技大学学报 第29卷 后铁水中硫的质量分数在0.006%~0.0005%之 1400 间，平均脱硫率在91.7%左右；湘钢用铁水包脱硫 y0.0937x+1377.5 的效果也很好，脱硫效率高，可将铁水中硫的质量分 1360 数脱至0.005%以下门.目前脱硫问题的关键在于 ￥1300 选择何种方法，以及利用何种脱硫剂进行实际操作， 1280 。城 KR法脱硫采用钙基脱硫剂时脱硫效率高、运行成 12600 20040060080010001200 本低，但投资大、温降大：喷吹法设备简单、投资低、 时间/min 灵活性大，但采用钙基脱硫剂时脱硫效率不如KR 图2宝钢铁水包温降实验(20050413) 法，采用纯镁或镁基脱硫剂时虽然效率高但不易扒 Fig.2 Experiment of the ladle temperature drop in Baosteel (2005 渣].从脱硫成本方面比较，KR法优势较为明显， 04-13) 无论从理论还是实践上，使用铁水包脱硫都是可行 1430T 的，也是值得推广的，如何选择还应结合各自实际的 1420 1410 y=-0.1221x+1414.5 厂房布置、设备、钢种、物流及投资等因素综合考虑， 成分对应主要是铁水内各元素含量的对应，铁 水脱硫过程自然就有成分的对应，成分对应还应包 1380 1370 1360 括半包情况下铁水转兑时成分的混匀，此时的关键 13500 100200300400500600 是对铁水成分的准确把握及预测，及时准确的调度 时间min 也是必需的 图3宝钢铁水包温降实验(20050415) 4铁水缓冲 Fig.2 Experiment of the ladle temperature drop in Baosteel(2005 0415) 铁水包既然是承载容器，就像混铁炉一样也具 有缓冲功能，钢铁制造过程也要求铁水包必须有一 另外，为了满足更长的时间缓冲以应对突发事 定的缓冲功能，这样才能连续高效地组织生产，铁 故，还应考虑采取必要的措施，比如平面布置上高炉 水包的缓冲作用主要有两方面：一是时间的缓冲：二 转炉间距离尽可能短，加强高炉操作确保铁水的 是铁水量的缓冲 物理热等，日本住友金属和歌山钢厂高炉到炼钢车 4.1时间缓冲 间的距离，从改造前的2000m缩短为现在的800m, 4.1.1问题的提出 仅此铁水温降就减少了46℃[]， 新型铁/钢界面形式因其物流畅通、能耗低、环 表2宝钢不同铁水运输容器温降的比较 境友好、投资少而受到关注，铁水包运输也因占地 Table 2 Comparison of the ladle temperature drop with torpedo ladle 少、投资少等优点被重点研究，然而，生产故障时， car 鱼雷罐可以保温27h(宝钢数据)铁水不至失去流动 容器不同状态的温降/（℃min 容器类型 性甚至凝固，给故障的处理赢得了时间，减少意外损 静止 运动 失，同样状况下的铁水包可以保障多长时间，该问 320t鱼雷罐 0.20~0.30(实测) 0.270.40(实测) 题也是鱼雷罐运输是否取消的争论焦点 300:铁水包 0.10-0.20(实测) 0.20-0.40(推定) 4.1.2铁水包温降实验 4.2铁水量缓冲 为了得到可靠的数据以支持铁水包取代鱼雷罐 铁水量的含义包括两层：一是铁水供应量或存 运输，在宝钢炼钢厂做了铁水包温降实验，鱼雷罐 储量，即高炉计划检修时，为了保障炼钢铁水供应 内铁水倒入铁水包后，在铁水包表面加碳化稻壳1 量，需要在休风前存储一定量的铁水；另一层就是容 箱(35包)以保温，然后静止状态下间隔约10min测 铁量，即炼铁后续工序故障或非计划检修时，铁水包 温读取数据，整理后得到图2和图3. 能容纳的铁水量， 4.1.3实验结果 不难看出，铁水包在铁水量的缓冲功能上与混 将实验数据与采用鱼雷罐运输比较（见表2）可 铁炉相似，主要是应对生产的突发事故，其能力大小 以得出，采用铁水包与鱼雷罐运输铁水温降差距不 取决于铁水包个数（等于计算得到的实际铁水包使 大，缓冲能力相当，如果在铁水包上方加保温盖，温 用个数与备用包数之和)·设置备用铁水包不仅可 降更小，完全可以满足时间缓冲的要求
后铁水中硫的质量分数在0∙006％～0∙0005％之 间平均脱硫率在91∙7％左右；湘钢用铁水包脱硫 的效果也很好脱硫效率高可将铁水中硫的质量分 数脱至0∙005％以下［7］．目前脱硫问题的关键在于 选择何种方法以及利用何种脱硫剂进行实际操作． KR 法脱硫采用钙基脱硫剂时脱硫效率高、运行成 本低但投资大、温降大；喷吹法设备简单、投资低、 灵活性大但采用钙基脱硫剂时脱硫效率不如 KR 法采用纯镁或镁基脱硫剂时虽然效率高但不易扒 渣［8］．从脱硫成本方面比较KR 法优势较为明显． 无论从理论还是实践上使用铁水包脱硫都是可行 的也是值得推广的如何选择还应结合各自实际的 厂房布置、设备、钢种、物流及投资等因素综合考虑． 成分对应主要是铁水内各元素含量的对应铁 水脱硫过程自然就有成分的对应．成分对应还应包 括半包情况下铁水转兑时成分的混匀此时的关键 是对铁水成分的准确把握及预测及时准确的调度 也是必需的． 4 铁水缓冲 铁水包既然是承载容器就像混铁炉一样也具 有缓冲功能钢铁制造过程也要求铁水包必须有一 定的缓冲功能这样才能连续高效地组织生产．铁 水包的缓冲作用主要有两方面：一是时间的缓冲；二 是铁水量的缓冲． 4∙1 时间缓冲 4∙1∙1 问题的提出 新型铁／钢界面形式因其物流畅通、能耗低、环 境友好、投资少而受到关注铁水包运输也因占地 少、投资少等优点被重点研究．然而生产故障时 鱼雷罐可以保温27h（宝钢数据）铁水不至失去流动 性甚至凝固给故障的处理赢得了时间减少意外损 失．同样状况下的铁水包可以保障多长时间该问 题也是鱼雷罐运输是否取消的争论焦点． 4∙1∙2 铁水包温降实验 为了得到可靠的数据以支持铁水包取代鱼雷罐 运输在宝钢炼钢厂做了铁水包温降实验．鱼雷罐 内铁水倒入铁水包后在铁水包表面加碳化稻壳1 箱（35包）以保温然后静止状态下间隔约10min 测 温读取数据整理后得到图2和图3． 4∙1∙3 实验结果 将实验数据与采用鱼雷罐运输比较（见表2）可 以得出采用铁水包与鱼雷罐运输铁水温降差距不 大缓冲能力相当．如果在铁水包上方加保温盖温 降更小完全可以满足时间缓冲的要求． 图2 宝钢铁水包温降实验（2005－04－13） Fig．2 Experiment of the ladle temperature drop in Baosteel （2005 －04－13） 图3 宝钢铁水包温降实验（2005－04－15） Fig．2 Experiment of the ladle temperature drop in Baosteel （2005 －04－15） 另外为了满足更长的时间缓冲以应对突发事 故还应考虑采取必要的措施比如平面布置上高炉 —转炉间距离尽可能短加强高炉操作确保铁水的 物理热等．日本住友金属和歌山钢厂高炉到炼钢车 间的距离从改造前的2000m 缩短为现在的800m 仅此铁水温降就减少了46℃［9］． 表2 宝钢不同铁水运输容器温降的比较 Table2 Comparison of the ladle temperature drop with torpedo ladle car 容器类型 容器不同状态的温降／（℃·min —1） 静止 运动 320t 鱼雷罐 0∙20～0∙30（实测） 0∙27～0∙40（实测） 300t 铁水包 0∙10～0∙20（实测） 0∙20～0∙40（推定） 4∙2 铁水量缓冲 铁水量的含义包括两层：一是铁水供应量或存 储量即高炉计划检修时为了保障炼钢铁水供应 量需要在休风前存储一定量的铁水；另一层就是容 铁量即炼铁后续工序故障或非计划检修时铁水包 能容纳的铁水量． 不难看出铁水包在铁水量的缓冲功能上与混 铁炉相似主要是应对生产的突发事故其能力大小 取决于铁水包个数（等于计算得到的实际铁水包使 用个数与备用包数之和）．设置备用铁水包不仅可 ·426· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第4期 张龙强等：实现铁水包多功能技术的研究 .427. 以增加铁水量的缓冲能力，也是铁水包正常运转与 总之，铁水包结壳问题是可以解决的 维护所必需的，各厂应根据各自实际，充分考虑平 6 面布置、操作水平、厂房条件、投资及高炉一转炉间 结论 其他缓冲环节（如铸铁机）能力的大小来确定备用铁 (1)通过对铁水包所具各项功能的分析，找出 水包数目，实际铁水包使用个数可以采用下式 实现每项功能存在的问题进而提出了相应的解决方 计算： 案，得出了实现铁水包多功能技术的可行性结论，为 = 新型铁/钢界面模式的实现提供了依据与支持. (2)对铁水包结壳的成因进行了分析，指出结 式中，n为实际铁水包使用个数；X为每班(8h) 壳问题基本上都是工艺操作不当所致，并提出了应 最大出铁包个数；。为铁水包运转周期，min 对措施，有助于铁水包实现多功能技术的应用， 5铁水包的结壳问题 参考文献 由上可知，铁水包的多项功能是可以实现的， [1】殷瑞钰.治金流程工程学.北京：冶金工业出版社，2004：110 但在实际运行中最大的困难即诸多企业抵制的主要 [2]邱剑·钢铁制造流程高炉/转炉界面物流技术的研究[学位论 文】北京：北京科技大学，2004：66 原因就是铁水包的结壳问题，因为一旦结壳，重量对 [3]殷瑞钰.中国钢铁业发展与评估.金属学报，2002,38(6)：561 应、脱硫、兑入转炉等都会出现问题甚至出现操作 [4]姜晓东.新一代大型钢厂铁水预处理模式研究[学位论文] 事故， 北京：北京科技大学，2006：10 铁水包的结壳原因主要有渣铁分离不彻底、铁 [5]张锦。新一代大型炼钢厂工艺模式研究及物流参数解析[学位 水物理温度过低、等待时间太长、铁水包空包不净、 论文]北京：北京科技大学，2006：58 [6]藤城正太郎，大鹊俊司，田鬟前明.铁水包扩容及铁水直兑转 铁沟不净、扒渣不净及操作失误等，不难看出，结壳 炉.CA1SLU,2005,118:225 问题基本上都是工艺操作不当所致， [7】张建和，刘捷，左都伟，等.湘钢二炼钢铁水镁脱硫应用实绩 各厂都设有铁水包（罐）维护站，应该充分发挥 钢铁，2005,40(5)：17 其作用，对铁水包要定期维护、保养，不能等出了问 [8]幕楠.搅拌法脱硫和喷吹法脱硫的发展与比较∥2003年全国 题再去处理，以免生产被动：对结壳问题可以采取新 铁水预处理技术研讨会文集.北京：冶金工业出版社，2003： 工艺、新方法加以处理；铁水包的使用与管理应纳入 小 [9]UekiT,Fujiwara K.Yamada N.et al.High productivity opera- 制度化、规程化，强化操作人员的技能；撇渣器（大 tion technologies of Wakayama Steelmaking Shop//The Tenth 闸)的设计要合理，维护应及时，确保渣铁分离效果， JapanChina symposium on Science and Technology of Iron and 同时，保证高炉炉况顺行、稳定的热制度，充沛的物 Steel.Chipa.2004:18 理热及活跃的炉缸可以有效地防止铁水包的结壳， Research on realization of ladle multifunction ZHA NG Longqiang,TIAN Naiyuan,XU Anjun,ZHANG Jin),JIA NG Xiaodong,LU Zhixin2) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School.University of Science and Teehnology Beijing.Beijing 100083.China 2)Steelmaking Plant,Baoshan Iron and Steel Co.Ltd.,Shanghai 201900,China ABSTRACT In order to realize a new iron/steel interface mode which uses the same ladle from BF to BOF,the ladle needs to possess multifunction such as hot metal container,transportation,cushion function and desulphur- ization,etc.Based on the analysis of each function of the ladle,the difficult of each function was pointed out, and some experiments were carried out to attain interrelated parameters.The result shows that there is little dif- ference in hot metal temperature drop between the ladle and TPC as a hot metal container and conveyance.Mul- tifunction of the ladle can be realizable,which makes the new mold of iron/steel interface available. KEY WORDS ladle:multifunction;iron/steel interface:production logistics
以增加铁水量的缓冲能力也是铁水包正常运转与 维护所必需的．各厂应根据各自实际充分考虑平 面布置、操作水平、厂房条件、投资及高炉—转炉间 其他缓冲环节（如铸铁机）能力的大小来确定备用铁 水包数目．实际铁水包使用个数可以采用下式 计算： n real ladle＝ Xτreal ladle 60×8 式中n real ladle为实际铁水包使用个数；X 为每班（8h） 最大出铁包个数；τreal ladle为铁水包运转周期min． 5 铁水包的结壳问题 由上可知铁水包的多项功能是可以实现的． 但在实际运行中最大的困难即诸多企业抵制的主要 原因就是铁水包的结壳问题因为一旦结壳重量对 应、脱硫、兑入转炉等都会出现问题甚至出现操作 事故． 铁水包的结壳原因主要有渣铁分离不彻底、铁 水物理温度过低、等待时间太长、铁水包空包不净、 铁沟不净、扒渣不净及操作失误等．不难看出结壳 问题基本上都是工艺操作不当所致． 各厂都设有铁水包（罐）维护站应该充分发挥 其作用对铁水包要定期维护、保养不能等出了问 题再去处理以免生产被动；对结壳问题可以采取新 工艺、新方法加以处理；铁水包的使用与管理应纳入 制度化、规程化强化操作人员的技能；撇渣器（大 闸）的设计要合理维护应及时确保渣铁分离效果． 同时保证高炉炉况顺行、稳定的热制度充沛的物 理热及活跃的炉缸可以有效地防止铁水包的结壳． 总之铁水包结壳问题是可以解决的． 6 结论 （1） 通过对铁水包所具各项功能的分析找出 实现每项功能存在的问题进而提出了相应的解决方 案得出了实现铁水包多功能技术的可行性结论为 新型铁／钢界面模式的实现提供了依据与支持． （2） 对铁水包结壳的成因进行了分析指出结 壳问题基本上都是工艺操作不当所致并提出了应 对措施有助于铁水包实现多功能技术的应用． 参 考 文 献 ［1］ 殷瑞钰．冶金流程工程学．北京：冶金工业出版社2004：110 ［2］ 邱剑．钢铁制造流程高炉／转炉界面物流技术的研究 ［学位论 文］．北京：北京科技大学2004：66 ［3］ 殷瑞钰．中国钢铁业发展与评估．金属学报200238（6）：561 ［4］ 姜晓东．新一代大型钢厂铁水预处理模式研究 ［学位论文 ］． 北京：北京科技大学2006：10 ［5］ 张锦．新一代大型炼钢厂工艺模式研究及物流参数解析［学位 论文］．北京：北京科技大学2006：58 ［6］ 藤城正太郎大鹤俊司田 前明．铁水包扩容及铁水直兑转 炉．CAMP—ISIJ2005118：225 ［7］ 张建和刘捷左都伟等．湘钢二炼钢铁水镁脱硫应用实绩． 钢铁200540（5）：17 ［8］ 慕楠．搅拌法脱硫和喷吹法脱硫的发展与比较∥2003年全国 铁水预处理技术研讨会文集．北京：冶金工业出版社2003： 64 ［9］ Ueki TFujiwara KYamada Net al．High productivity operation technologies of Wakayama Steelmaking Shop ∥ The Tenth Japan-China symposium on Science and Technology of Iron and Steel．Chipa2004：18 Research on realization of ladle multifunction ZHA NG Longqiang 1）TIA N Naiyuan 1）XU A njun 1）ZHA NG Jin 1）JIA NG Xiaodong 1）LU Zhixin 2） 1） Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Steelmaking PlantBaoshan Iron and Steel Co．Ltd．Shanghai201900China ABSTRACT In order to realize a new iron／steel interface mode which uses the same ladle from BF to BOFthe ladle needs to possess multifunction such as hot metal containertransportationcushion function and desulphurizationetc．Based on the analysis of each function of the ladlethe difficult of each function was pointed out and some experiments were carried out to attain interrelated parameters．The result shows that there is little difference in hot metal temperature drop between the ladle and TPC as a hot metal container and conveyance．Multifunction of the ladle can be realizablewhich makes the new mold of iron／steel interface available． KEY WORDS ladle；multifunction；iron／steel interface；production logistics 第4期 张龙强等： 实现铁水包多功能技术的研究 ·427·