铁水包加盖保温节能技术研究
武国平北京首钢国际工程技术有限公司, 北京，100043摘 要：分析了铁水包空包及满包铁水时温降的影响因素，...
武国平
北京首钢国际工程技术有限公司, 北京，100043
摘 要：分析了铁水包空包及满包铁水时温降的影响因素，介绍了铁水包全程加盖保温装置的特点及结构型式，对比了铁水包加盖与不加盖的保温节能降耗效果及产生的经济效益。分析表明，铁水包全程加盖保温技术是一项节能、环保、增效的新技术，符合国家节能减排政策要求，值得在钢铁厂推广应用。
关键词：铁水包；加盖；温度；保温；节能
0 前 言
随着宏观环境和钢铁产业自身发展变化，我国钢铁工业所面临的“低价格、低效益、低消费、低增长和高压力”困境也已成为行业新常态。新形势和新要求对钢铁产业发展提出了新的课题。
《钢铁产业调整政策（2015 年修订）》针对钢铁企业节能减排方面提出了具体要求，“到 2025 年，钢铁企业污染物排放、工序能耗全面符合国家和地方规定的标准。钢铁行业吨钢综合能耗下降到560kgce”，“产业升级向高效率、低成本洁净钢生产平台集成技术方向发展”。2015 年 1 月 1 日新的环保法实施，国家环保治理力度加大，钢铁行业的利润持续下降，炼钢生产的各环节降本增效、节能减排是提高钢企竞争力的有效途径之一。
铁水包在现代钢铁物流过程中，作为盛放铁水的容器，是连接高炉炼铁工序和转炉炼钢工序的主要设备。铁水包在运输过程中， 热损失主要有两个途径：一是通过铁水包内衬材料的热传导；二是上部铁水与空气接触的热传导和热辐射。铁水包周转过程中，使用铁水包加盖工艺，无论是满包状态还是空包状态，都可以起到很好的保温作用，有很好的节能降耗效果。通过铁水包加盖技术的推广应用，从而落实国家节能减排政策，建设节能和低成本洁净钢生产平台，实现绿色、环保、高效的钢铁生产，创造良好的经济和社会效益。
1 铁水温降原因分析
1.1 铁水包内衬的蓄热损失
出铁过程及出铁结束后短时间内，铁水与铁水包内衬进行热交换，最终达到动态的热平衡状态。通过跟踪铁水包内衬温度和对应的高炉出铁温降，随着铁水包内衬温度升高，出铁温降明显减低，出铁温降与铁水包内衬温度基本上呈线性变换。铁水倒入铁水包内，前 20 min 内铁水温度几乎呈直线下降。这是因为铁水刚进入铁水包时，包壁的蓄热量极大，损失于包衬的热量较多，铁水温度下降较快，随着时间的推移，铁水包衬内蓄热量加大，温降变缓，过 35 m in 左右铁水包衬蓄热基本达饱和，而通过包壁散热量又较少，铁水温度下降较小。因此提高出铁前铁水包的内壁温度，可以减少出铁过程中的铁水温降。
经过大量数据统计得出如下结果：包衬蓄热(包衬接受铁水后包衬升温而所需热量）占铁水在包中总热损失的 45% ~ 50% 。因此，解决铁水包使用过程中铁水温降大的问题主要从降低铁水包蓄热问题入手，提高铁水包整个使用过程蓄热能力，降低各使用阶段包衬的温度变化量，降低铁水包散热系数，保证铁水包内衬温度。
1.2 铁水包包口散热及外壳散热
铁水包运输过程中的温降主要是铁水包包口辐射热损失和铁水-铁水包-大气的热交换造成运输过程铁水温降，但这两个影响因素中，铁水包包口辐射热损失起主要作用。经过数据统计，包壁的散热占总热量损失的 2 0 % ；铁水表面辐射散热占总热量损失的 2 0 %〜3 0 %。如果能够减少铁水包包口辐射热损失，就可以在很大程度上减少运输过程的铁水温降，铁水包全程加盖技术就是一项专门针对铁水包包口散热而开发的一项实用技术。而针对铁水包包壳的散热，有的钢铁企业已在铁水包永久层和罐壳之间增设绝热材料来减少铁水温降，对铁水温降的影响有一定的实用意义，当增设 3mm 的绝热板时, 铁水温降相对于不加绝热板时减小了 5.7℃，而增设 12m m的绝热板时，铁水温降可减小 16. 5℃。由此可见：增设绝热层对减小铁水温降有明显效果。
1.3 铁水在铁水包中温降大的主要原因分析
根据调査，铁水从髙炉出铁到炼钢厂入炉，总的温降大约是 180℃，其中铁水在铁水包中温降平均超过 100℃，占总温降的 60%以上[1]，所以，降低铁水在铁水包中的温降是至关重要的。
造成铁水在铁水包中温降大的主要原因有：
（1）铁水包周转时间长，一般在 5—7h 以上；
（2）罐衬保温不好，铁水包结底、结盖现象较多；
（3）出铁前设置烘烤等提高铁水包内衬温度的措施比较困难。
空罐时间对铁水温降的影响非常大，主要原因是铁水包空罐时蓄热损失非常大，出铁后铁水在铁水包中温降很大，空罐时间每增加 1 小时，铁水温降平均增加 20℃以上。所以，合理调度、减少空罐时间对铁水温度的提髙非常有实际意义。
重罐时，铁水直接通过罐口和罐衬向外散热，时间越长，散热越多，铁水温降越大。计算和实际测试表明，重罐时间每增加 1 分钟，铁水温降将增加约 0.5—0.9℃，因此，重罐时间对铁水温降影响也很明显。
2 铁水包全程加盖保温技术
2.1 系统功能
铁水储运加盖保温技术，主要用于高炉铁水转运过程的全程保温、节能及防雨等。特别对空载铁水包进行保温效果更佳。由于铁水包一般运行距离较长，因此其保温、节能及防雨效果非常明显。
2.1 系统特点
（1）设备简单可靠，不占用地面场地；与铁水包车无缝嵌装，随车走行；
（2）加盖过程无缝嵌入，不增加工艺时间，不增加停车点；
（3）一车一系统，独立成套，使用维护方便，适合新建和改建；
（4）船底形罐盖，防热辐射效果好，防雨不积水；
（5）罐盖不与铁水包口接触，允许罐口结渣；
（6）独立罐盖，更换方便；
（7）车上系统机构防护措施完备；
（8）远程控制，定点供电，人工插接装置；
（9）可减少铁水温降约 20~30℃，增加炼钢废钢装入量；
（10）每吨铁水可减少散热损失不少于 1500KJ/h;
（11）保持红包接铁，消除凝铁、喷罐现象；
（12）提高铁水包耐材寿命，降低耐材消耗，提高包龄；
（13）投资小，运营成本低，收益快。
3 铁水包全程加盖保温装置结构
3.1 摆臂式加盖保温装置
摆臂式加盖保温装置结构型式见附图 1。
摆臂式加盖保温装置由以下部件组成：两个半开式保温盖、安装架、驱动电机、减速机、传动齿轮与齿圈。
摆臂式加盖保温装置整体安装于铁水包车上，保温盖开闭工作方式如下：电动机带动减速机运行，减速机输出端的传动齿轮与安装架上的齿圈齿形啮合传动，可带动安装架沿固定轴旋转90 度角度，从而将保温盖开启或闭合。
提升平移式加盖保温装置结构型式见附图 2。
提升平移式加盖保温装置整体安装于铁水包车上，其结构特点：
（１）包盖与连杆连接处为长孔设计，使得包盖和铁水包完全接触达到良好的保温效果。
（２）轨道分为两部分组成，分别固定在大车架和小车架上，两段轨道连接处呈弧形，以便车辆运行至转弯处时错开。
（３）铁水包加盖装置固定在铁水包车空闲位置，对原来工艺操作不产生影响，避免了对炼铁、炼钢车间空间位置的占用，且所有加盖动作都在铁水包车内实现，操作安全可靠。
（４）事故状态下，手摇装置可以实现包盖开启和小车后退，不影响高炉出铁和炼钢冶炼。
（５）一键操作可实现铁水包盖摘盖、小车行走、加盖动作，操作简单方便。
4 铁水包加盖保温效果及效益分析
4.1 铁水包加盖保温效果
铁水包全程加盖后，仅在出铁时和运输至炼钢厂后将铁水包盖打开，在铁路线上运输过程中均处于封闭状况，在满包盛铁状态和空包状态下，封闭的铁水包与大气的热交换都变慢。
通过对某厂 300t 铁水包空包运行时，加盖保温和不加盖保温时的铁水包内壁进行测温，得出 300t 铁水包加盖前后的空包内壁温度随时间变化的曲线，如图 3 所示。
此外，值得注意的是，未加盖的铁水包空包在 300 min 时间内，内壁下部与上部温度基本始终保持约 150 ℃的温度差，而加盖的铁水包空包在 5 h 内，内壁上部和下部的温度差缩小到约80 ℃，即铁水包加盖可以使铁水包内壁上、下部的温度更加均匀，这可以缓解因上下部温度不均产生的热应力对包衬的损伤。
统计 2014 年１－５月的 300t 铁水包（加盖）和 2012 年铁水包（无盖）在满包铁水运输下的铁水平均温度数据[3]，如表１所示。
对某厂 65t 铁水包在没有实行加盖工艺时与实行加盖工艺后的铁水温度进行对比，铁水温度如表 2 所示。
通过表 1 和表 2 的数据对比，可以看出铁水包容积越小，加盖后的铁水保温效果越明显。
4.2 经济效益
铁水包输送过程中采用全程加盖技术，可使铁水温度平均提高 17~30℃以上。使高温铁水入转炉温度比例大大提高，实现合理铁钢比的目标（一般钢厂按照转炉入炉铁水温度每增减 10℃，铁钢比按减增 10kg/t 来确定转炉装入制度）。每吨铁水温度每提高 1℃，可多吃废钢量 0.59kg，以目前国内市场上的铁水和废钢价格来计算，吨钢增加效益 0.3 元。降低铁水消耗，多吃废钢、提高钢铁比对于促进节能降耗，提高效益和发展我国钢铁工业具有重要的现实意义。
对于高炉炼铁而言，每吨铁水每提高 20℃所产生的提温效益约 1 元。
铁水包加盖后减少铁水保温剂的使用，折合吨钢保温剂节约成本 0.1 元.
铁水包加盖后包龄增加，吨铁耐材节约成本约 0.6 元。
综合以上分析，对于一个年产 1000 万吨的钢铁厂，采用铁水包全程加盖保温技术后，每年可产生效益 2000 万元。
4.3 技术效益
（1）提高铁水温度，增加铁水预处理的脱硫的效率；
（2）铁水温度越高，带入的物理热越多，炼钢就可以多加一些废钢少用铁水，达到目标温度，吹损减少，降低钢铁料成本。另外，炼钢工序可根据铁水物理热量的增加，合理平衡炼钢的过程热量。采用增加矿石或烧结矿等冷却剂的技术降低钢铁料消耗和氧气消耗。矿石或烧结矿消耗量可增加至~30kg/t，从而降低炼钢综合成本。
5 结论
（1）基于对某厂 65 吨铁水包和 300t 铁水包全程加盖技术的实施应用，通过生产验证，取得了良好的应用效果，吨钢产生效益约 2.0 元。
（2）减少了烟尘排放，使整个厂区环境改善，污染减小。
（3）铁水包包龄提高，减少结瘤结壳现象，修包区域的工人劳动量减小，提高了操作人员的安全保障。
（4）铁水包全程加盖保温技术是一项节能、环保、挖潜增效的新技术， 符合国家《钢铁产业调整政策》的节能减排要求，为建设高效率、低成本洁净钢生产平台，实现绿色、环保、高效生产提供有益的借鉴，值得在钢铁厂推广应用。
参考文献
[1] 徐大勇.铁水温度价值的分析和评价[J]. 冶金能源,2007,(3):7~9
[2] 韩伟刚.铁水包空包加盖保温效果[J]. 钢铁,2015,(12):12~14
[3] 项宝胜.铁水包加盖设备改造实践[J].中国冶金,2015,(9):37~40
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