轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)應(yīng)用淺析

敖 翔

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338000）

當(dāng)前隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，鋼材及鋼鐵制品的使用范圍越來(lái)越廣，各方市場(chǎng)需求也日益膨脹，因此對(duì)鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量要求也越來(lái)越高。煉鋼技術(shù)的高低直接影響著鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，作為當(dāng)前冶煉行業(yè)公認(rèn)效率最高、出產(chǎn)鋼材質(zhì)量較合格的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展前景很可觀，其中終點(diǎn)控制又是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最至關(guān)重要的一步，它的準(zhǔn)確性對(duì)鋼水的質(zhì)量、鋼鐵生產(chǎn)成本的控制有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)依然還處在邊發(fā)展邊改進(jìn)的階段，終點(diǎn)控制技術(shù)也因有著各種不同技術(shù)種類(lèi)利弊并存仍有著很大的提升空間。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)發(fā)展開(kāi)始質(zhì)變飛躍的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是在上世紀(jì)60 年代。傳統(tǒng)的終點(diǎn)控制技術(shù)主要是人工經(jīng)驗(yàn)控制，主要是通過(guò)觀察冶煉過(guò)程中的火焰、火花、鋼水溫度變化等物理和化學(xué)變化現(xiàn)象來(lái)判斷鋼水的含碳量，這與技術(shù)人員、工作人員的經(jīng)驗(yàn)水平關(guān)系很大，一旦遇到工作人員經(jīng)驗(yàn)不足，再加上工作條件中出現(xiàn)的復(fù)雜多變的狀況原因，很容易造成鋼鐵質(zhì)量難達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。而隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)也開(kāi)始被應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)過(guò)程中。技術(shù)人員通過(guò)冶煉過(guò)程中各種材料在環(huán)環(huán)相扣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化現(xiàn)象，如熱量、溫度、廢氣產(chǎn)生、含碳量等數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)從而編制成一套適合現(xiàn)代冶煉生產(chǎn)操作的控制方式。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)包括對(duì)鋼水的溫度和碳含量的控制，碳含量的變化影響著鋼的質(zhì)量，如果控制不當(dāng)，過(guò)低會(huì)提高氮和氧的含量，過(guò)高又會(huì)使鋼的磷、硫脫離不夠徹底，從而影響鋼的品質(zhì)，進(jìn)而會(huì)造成原材料的浪費(fèi)消耗，也容易造成熔爐等生產(chǎn)成本的增加。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的衍生過(guò)程大概包括人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)、靜態(tài)控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等。以上各種技術(shù)都存在著一定的利弊，下面通過(guò)簡(jiǎn)要分析比較來(lái)探討終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 各類(lèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)利弊簡(jiǎn)要分析

2.1 人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)未廣泛使用前，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的雛形是由人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)所衍生。人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)最初是通過(guò)煉鋼工人的肉眼觀察，在冶煉時(shí)工人在煉鋼爐中投入不同比例的原材料，通過(guò)觀察煅燒中產(chǎn)生的明火顏色、大小變化等來(lái)判斷鋼水的含碳比例。這必須依靠工人的長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷調(diào)整。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)改良和發(fā)展，人工經(jīng)驗(yàn)技術(shù)中出現(xiàn)2 種終點(diǎn)控制技術(shù)：拉碳補(bǔ)吹法和直吹增碳法。補(bǔ)吹法是通過(guò)一定的人工在煉鋼過(guò)程后期，對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中原材料的投入比例是否合理進(jìn)行判斷，如果鋼水中碳的含量達(dá)到指定目標(biāo)就停止吹氧。如出現(xiàn)過(guò)高或過(guò)低，就要通過(guò)取樣觀察后進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)吹氧氣、調(diào)整溫度等工序，從而達(dá)到調(diào)整冶煉氧化速度的目的，從而較高量的生產(chǎn)含碳量達(dá)標(biāo)的鋼材。通過(guò)補(bǔ)吹法技術(shù)生產(chǎn)的鋼材氧化廢渣較少，也減低了企業(yè)處理廢渣的成本。

2.2 靜態(tài)控制技術(shù)

靜態(tài)控制技術(shù)主要是根據(jù)鐵水、熔劑、廢鋼等原材料條件和煉鋼爐年齡、吹煉終點(diǎn)等待時(shí)間等操作條件，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)人為設(shè)置靜態(tài)模型，并通過(guò)該模型對(duì)冶煉所需投入的材料比例、時(shí)間節(jié)點(diǎn)、冷卻劑的投入量、熔煉材料的投入比例、吹煉終點(diǎn)的目標(biāo)及含硫量等數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，最終得到與煉鋼產(chǎn)物技術(shù)要求相符合的系列參數(shù)數(shù)據(jù)。靜態(tài)控制技術(shù)主要依靠有機(jī)理模型、增量模型、統(tǒng)計(jì)模型等模型輔以多次實(shí)驗(yàn)，并且在吹煉終點(diǎn)階段還需借助人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，所以耗時(shí)較長(zhǎng)，終點(diǎn)命中率一般達(dá)到40%～60%。

2.3 動(dòng)態(tài)控制技術(shù)

動(dòng)態(tài)化控制技術(shù)是一個(gè)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和多種檢測(cè)方式相結(jié)合的冶煉技術(shù)，主要有爐氣動(dòng)態(tài)分析終點(diǎn)控制技術(shù)，通過(guò)廢氣、聲強(qiáng)、熔爐信息、廢氣溫度變化等檢測(cè)，來(lái)獲得吹煉操作過(guò)程中金屬熔池的信息，并利用這個(gè)信息數(shù)據(jù)來(lái)校正吹煉終點(diǎn)相關(guān)操作，從而獲得出鋼時(shí)所需的含碳量和溫度。在快要達(dá)到吹煉終點(diǎn)前，技術(shù)人員在熔池內(nèi)插入副槍?zhuān)ㄟ^(guò)副槍檢測(cè)或者取樣，可以獲得鋼水溫度、碳含量、熔池液位、鋼渣含氧量等數(shù)據(jù)。

2.4 光學(xué)圖像法

在吹煉過(guò)程中，爐口的光強(qiáng)光譜會(huì)出現(xiàn)特定的規(guī)律，對(duì)爐氣激光所出現(xiàn)的變化情況進(jìn)行檢測(cè)及對(duì)爐氣成分進(jìn)行測(cè)量能夠?qū)K點(diǎn)進(jìn)行判斷。光強(qiáng)光譜具有理論成熟、探測(cè)精準(zhǔn)度高等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)要求設(shè)備在較靠近轉(zhuǎn)爐的距離進(jìn)行作業(yè)，所以常常會(huì)受到高溫影響，大大縮短了其使用壽命。

3 發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平離國(guó)際發(fā)達(dá)水平還有一段距離，大部分鋼鐵廠還是中小型轉(zhuǎn)爐，尚未能向大型轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)換。而中小型轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率低，控制工作的開(kāi)展受到明顯的限制，從而影響了產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。因此，轉(zhuǎn)爐向大型化生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變、提高大型轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化應(yīng)用水平迫在眉睫。第二是轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平容易參差不齊，這對(duì)冶煉精準(zhǔn)度有著很大的影響。因此靜態(tài)控制技術(shù)和動(dòng)態(tài)控制技術(shù)的使用必須加快普及步伐，使粗放型生產(chǎn)模式向集約型、科學(xué)型轉(zhuǎn)變。

4 結(jié) 語(yǔ)

時(shí)代的進(jìn)步促使著技術(shù)往更先進(jìn)的方向發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)也不斷的取得進(jìn)步，盡管當(dāng)前我國(guó)還有相當(dāng)一部分中小型轉(zhuǎn)爐還處于依賴(lài)人工技術(shù)居多的被動(dòng)局面，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信大型轉(zhuǎn)爐技術(shù)自動(dòng)化將成為一種不可避免的時(shí)代潮流終?？傊?，要繼續(xù)加大對(duì)自動(dòng)化控制水平不斷提高的研發(fā)力度，創(chuàng)新研究人工經(jīng)驗(yàn)控制以及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)化控制該怎樣相結(jié)合來(lái)達(dá)到不斷提高自動(dòng)化的控制水平目的，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝和技術(shù)優(yōu)化，生產(chǎn)高效率的最終目標(biāo)。