轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)研究

張傳來 賴建華

摘 要：轉(zhuǎn)爐煉鋼是世界上應(yīng)用最高效、最普及的技術(shù)，而煉鋼過程中最重要的環(huán)節(jié)就是終點(diǎn)控制技術(shù)。終點(diǎn)控制的好壞，對于提高鋼水的質(zhì)量以及最終產(chǎn)品的形成都具有十分重要的意義。本文主要對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中終點(diǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀和方法進(jìn)行詳細(xì)分析，通過比較合理選擇終點(diǎn)控制技術(shù)，達(dá)到提高終點(diǎn)控制水平的目的。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；關(guān)鍵技術(shù)；動態(tài)控制

由于原料的不穩(wěn)定和冶煉過程的復(fù)雜，終點(diǎn)控制技術(shù)仍然是轉(zhuǎn)爐煉鋼采用的最難控制的技術(shù)。幾乎可以說，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的時間，鋼水溫度、成分等是非常難控制的關(guān)鍵技術(shù)。在冶煉技術(shù)還未十分成熟的早期，轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制大多依靠人工經(jīng)驗(yàn)，即便是現(xiàn)在也還被許多小型鋼鐵企業(yè)采用。

終點(diǎn)控制主要的技術(shù)方法

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了人工經(jīng)驗(yàn)控制、靜態(tài)控制、動態(tài)控制和全自動控制[1]。

人工經(jīng)驗(yàn)控制

拉碳補(bǔ)吹法

拉碳補(bǔ)吹法是常見的人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)，主要是在吹煉過程中達(dá)到終點(diǎn)而停止吹氧，但是一些中、高碳鋼種的含碳量脫碳速度較快，如果一次判別終點(diǎn)，就容易出差錯，所以在高拉碳時，需要進(jìn)行補(bǔ)吹調(diào)整。我們國家一般是根據(jù)吹煉時的具體情況來拉碳，如依據(jù)供氧時間、耗氧量等。

一吹到底增碳法

所謂一吹到底增碳法，就是按照低碳鋼的標(biāo)準(zhǔn)控制終點(diǎn)，在出鋼的過程中去增碳，這樣可以更準(zhǔn)確地達(dá)到所需的含碳量。

增碳劑則希望純度和質(zhì)量越高越好，硫含量則希望低些，以免污染鋼水。這種方法雖然容易，但增碳過程關(guān)鍵要掌握好兩個地方：增碳劑質(zhì)量和增碳劑收得率。

靜態(tài)控制

所謂靜態(tài)控制，即是按照事先知道的原材料條件和吹煉操作條件，根據(jù)吹煉終點(diǎn)的目標(biāo)溫度及含碳量，在靜態(tài)模型上細(xì)致算出冷卻劑量、造渣材料等，并根據(jù)此進(jìn)行吹煉，吹煉過程中依然按原有方法進(jìn)行吹煉控制。這種方法需要用到理論模型，靜態(tài)理論模型一般是根據(jù)物料和熱平衡計算，通過若干平衡方程計算出供氧量、廢鋼量、石灰量等的數(shù)據(jù)信息，甚至還有人把冶煉過程的物理化學(xué)原理也包括在函數(shù)中。另外一種是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，只考慮輸入變量和輸出變量，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法歸納模型。

動態(tài)控制

所謂動態(tài)控制，就是基于靜態(tài)控制，通過運(yùn)用副槍、爐氣分析儀等檢測吹煉過程中有關(guān)變量隨著時間變化的動態(tài)情況，及時根據(jù)動態(tài)情況修正吹煉參數(shù)，期望達(dá)到預(yù)先的目標(biāo)。轉(zhuǎn)爐動態(tài)控制技術(shù)主要是兩種：副槍動態(tài)終點(diǎn)控制和爐氣分析動態(tài)控制。

爐氣分析法

爐氣分析法是運(yùn)用質(zhì)譜儀來檢測轉(zhuǎn)爐成分進(jìn)行連續(xù)預(yù)測吹煉過程中鋼水碳含量的方法，紅外分析儀和質(zhì)譜儀是常見的兩種儀器，其中質(zhì)譜儀使用最普遍。由于在很差的爐氣環(huán)境中氣體探針需要經(jīng)常維修，耗費(fèi)許多時間，因而不能及時提供有關(guān)數(shù)據(jù)。

副槍動態(tài)控制技術(shù)

所謂副槍動態(tài)控制技術(shù)是指在接近吹煉終點(diǎn)時，向熔池內(nèi)插入副槍，檢測熔池的溫度和碳含量并取金屬樣。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)和化驗(yàn)結(jié)果來修正靜態(tài)模型的最終結(jié)果，確定達(dá)到吹煉終點(diǎn)所需要的供氧量和原料的劑量，提高轉(zhuǎn)爐冶煉自動化率和終點(diǎn)命中率，配合計算機(jī)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐冶煉的動態(tài)控制[2]。

通過運(yùn)用副槍技術(shù)，可以很好控制轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的動態(tài)吹氧量，降低氧耗，減少補(bǔ)吹次數(shù)，來改善冶煉效果和工作條件。

全自動控制

全自動控制是指用計算機(jī)對冶煉終點(diǎn)進(jìn)行自動控制的方法，隨著計算機(jī)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐自動控制的發(fā)展也很迅速。早期轉(zhuǎn)爐的自動控制效果不甚理想，受限于物理化學(xué)反應(yīng)式或經(jīng)驗(yàn)公式。六七十年代則主要開發(fā)一些儀表檢測爐內(nèi)反應(yīng)的情況，并且像聲納儀、氧槍振動儀等各種檢測槍都被發(fā)明出來，數(shù)學(xué)模型也逐步建立和成熟完善起來，從而對吹煉過程進(jìn)行實(shí)際控制。

不同終點(diǎn)控制技術(shù)的比較選擇研究

對于鋼鐵企業(yè)來說，人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃挽o態(tài)控制模型都已經(jīng)被熟練掌握了。對于一些小型鋼鐵企業(yè)，小型轉(zhuǎn)爐由于經(jīng)濟(jì)原因和自身的優(yōu)點(diǎn)對他們依然具有吸引力，而且在很大程度上有存在的必要。小型轉(zhuǎn)爐的自動化水平比較低，其終點(diǎn)控制設(shè)備投入有限，因而大多依靠人工經(jīng)驗(yàn)來控制。根據(jù)這種情況，主要方向是開發(fā)一些投入較少、適用可靠的終點(diǎn)控制靜態(tài)模型。靜態(tài)模型的建立需要通過原材料精料控制和準(zhǔn)確檢測保證具有一定精度的爐料和供氧量。靜態(tài)控制階段的主要特征是以碳含量、溫度控制為主，實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)的基本命中。

動態(tài)控制階段的主要特征是在吹煉后期測定熔池碳含量、溫度，對靜態(tài)模型進(jìn)行動態(tài)校正，實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)的精確命中。副槍和爐氣作為工業(yè)化程度最高的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)和靜態(tài)模型技術(shù)相比，終點(diǎn)控制的精度很高。爐氣分析法對于中高碳鋼的命中率比較低，在大型鋼鐵企業(yè)中常常與副槍搭配著使用。但副槍的整體尺寸大，設(shè)備昂貴，不容易維護(hù)，比較適用于大型轉(zhuǎn)爐。

轉(zhuǎn)爐自動化控制則涉及許多技術(shù)性問題，需要加強(qiáng)原材料的管理和提升入爐材料的質(zhì)量；還需要齊全又穩(wěn)定可靠的初級測量儀表，滿足數(shù)學(xué)模型的進(jìn)度要求；最后還需要有規(guī)范化的操作流程和制度，嚴(yán)格按照操作規(guī)程和制度操作，加上完善的數(shù)學(xué)模型及連接的計算機(jī)，才能最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制。

結(jié)語

隨著現(xiàn)代鋼鐵冶煉技術(shù)的逐步提升，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制技術(shù)大致經(jīng)歷人工經(jīng)驗(yàn)控制、靜態(tài)控制、動態(tài)控制和自動控制等幾個階段。對于不同的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)該依據(jù)實(shí)際情況選用不同的終點(diǎn)控制技術(shù)。

（作者單位：新余鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠）

【參考文獻(xiàn)】

[1]馮士超，王艷紅，丁瑞鋒.轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].冶金自動化，2016，40（02）.

[2]劉超.轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)研究及應(yīng)用[J].特鋼技術(shù)，2013，19（03）.