唐鋼新區(qū)二煉鋼車間轉(zhuǎn)爐工序先進技術(shù)應(yīng)用

安連志，吉祥利

（唐鋼國際工程技術(shù)股份有限公司，河北063100）

0 引言

目前，我國煉鋼行業(yè)正在快速發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼的新技術(shù)和裝備取得了長足的進步，其自動化水平和智能化水平也提升到一個新的高度。這些新技術(shù)和裝備極大促進了轉(zhuǎn)爐煉鋼事業(yè)的發(fā)展，有效提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平，為鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級、增加市場競爭力夯實了基礎(chǔ)。

河鋼唐鋼新區(qū)二煉鋼車間，建有3 座公稱容量100 t 的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，為新區(qū)棒線材及型材生產(chǎn)線提供鑄坯。該轉(zhuǎn)爐煉鋼工序應(yīng)用了多項國內(nèi)先進成熟的技術(shù)和裝備，具有較高程度的自動化和智能化水平。本文以唐鋼新區(qū)二煉鋼車間轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)配置及特點為例，對轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、轉(zhuǎn)爐智能化自動煉鋼和轉(zhuǎn)爐自動出鋼等先進技術(shù)和裝備的應(yīng)用情況進行了詳述，并對這些先進技術(shù)和裝備的應(yīng)用效果進行了總結(jié)。

1 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)配置及技術(shù)特點

1.1 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要配置

本項目轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要設(shè)備配置如表1 所示。

表1 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要設(shè)備配置

1.2 主要技術(shù)特點

轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要采用下述先進工藝、設(shè)備和技術(shù)：

（1）頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)。該技術(shù)可有效控制終轉(zhuǎn)爐冶煉終點氧含量，降低原、輔料消耗，縮短吹煉時間、提高金屬收得率和氧氣利用率，提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益[1，2]。

（2）副槍自動化煉鋼技術(shù)。該技術(shù)可以提高轉(zhuǎn)爐終點碳、溫目標命中率，在實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼標準化作業(yè)同時，減輕工人勞動強度，縮短冶煉周期，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)效率。

（3）音頻化渣技術(shù)。該技術(shù)配合轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)使用，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐全程自動煉鋼，縮短冶煉周期，降低工人勞動強度和原材料消耗，提高冶煉效率和冶煉終點命中率[3]。

（4）轉(zhuǎn)爐自動出鋼技術(shù)。該技術(shù)避免了由于人員判斷不準確所引發(fā)的安全操作事故，有利于煉鋼工序標準化生產(chǎn)，可以有效提高煉鋼成功率，改善工人的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度。

2 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹工藝

2.1 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹工藝特點

轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝是轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的一項重大技術(shù)改革，即由轉(zhuǎn)爐頂部吹氧的同時從轉(zhuǎn)爐底部供給惰性氣體（N2/Ar）的一種轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。該技術(shù)兼有頂吹與底吹轉(zhuǎn)爐兩種工藝的技術(shù)優(yōu)勢，作為轉(zhuǎn)爐高效冶煉的關(guān)鍵技術(shù)，目前業(yè)已成熟。復(fù)吹工藝可以強化熔池攪拌，使［C］、［O］反應(yīng)接近平衡，降低鋼水和熔渣中的氧含量，提高鋼水中的余錳含量，提高合金收得率；由于轉(zhuǎn)爐底部惰性氣的攪拌，可改善轉(zhuǎn)爐冶煉反應(yīng)的動力學(xué)條件，提高脫磷、脫硫效率；同時復(fù)吹工藝具有成渣快、吹煉平穩(wěn)、熔池溫度和化學(xué)成分均勻的特點，可有效控制吹煉過程噴濺的發(fā)生，降低鋼鐵料、合金料及輔料的消耗。因此，復(fù)吹工藝不僅可以提高轉(zhuǎn)爐冶煉效率、降低冶煉成本，還可提高的鋼質(zhì)量，更適合優(yōu)質(zhì)鋼的冶煉。

2.2 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹系統(tǒng)構(gòu)成

轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)爐氧槍頂吹系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)構(gòu)成。

2.2.1 轉(zhuǎn)爐頂吹系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐頂吹系統(tǒng)主要由氧槍在線快速更裝置和氧槍在線刮渣裝置構(gòu)成。

（1）氧槍快換裝置。氧槍快速換槍技術(shù)可以縮短氧槍換槍時間，提高轉(zhuǎn)爐冶煉效率，降低工人勞動強度。氧槍快換裝置結(jié)構(gòu)特點：槍尾快換裝置采用不銹鋼“凹、凸”插接件，通過三層O 型密封圈密封的形式來完成；升降車上設(shè)調(diào)整板，調(diào)整板相對于小車平面360°范圍內(nèi)可調(diào)；氧槍通過調(diào)整板上的導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)偏心軸進行調(diào)整。上述結(jié)構(gòu)特點在實現(xiàn)快速換槍的同時，可以確保氧槍與氧槍升降橫移的快速精準對位。

（2）氧槍在線刮渣裝置。氧槍在線刮渣裝置的應(yīng)用，有效的解決了人工清渣勞動強度大和工作環(huán)境差的問題。氧槍在線刮渣裝置布置及特點：唐鋼新區(qū)二煉鋼車間100 t 轉(zhuǎn)爐氧槍系統(tǒng)配備了副槍系統(tǒng)，因此在氧槍線刮渣裝置區(qū)域還布置有副槍刮渣和副槍口密封系統(tǒng)；此外該區(qū)域還布置有汽化冷卻煙道、煙道橫移臺車以及煙道移動段冷卻水分水器。所以該區(qū)域空間極為有限，氧槍刮渣器以及刮渣器下部可拆卸支撐結(jié)構(gòu)的布置需要進行特殊設(shè)計（見圖1）。

圖1 氧槍在線刮渣器布置圖

2.2.2 轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)

（1）轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)布置。根據(jù)產(chǎn)品大綱相關(guān)鋼種的冶煉特點，考慮到底吹元件布置要盡可能降低對副槍測溫取樣的影響，轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)采用6 支路底吹元件布置方案，具體布置方案如圖2 所示[4，5]。

圖2 轉(zhuǎn)爐底吹元件布置圖

（2）轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)。轉(zhuǎn)爐底吹強度為0.03～0.20 Nm3/min·t，單支路流量調(diào)節(jié)精度為±5‰；底吹氣體在吹煉過程中可快速切換并可調(diào)，且響應(yīng)時間＜10 秒。

3 轉(zhuǎn)爐自動煉鋼技術(shù)

本項目轉(zhuǎn)爐自動煉鋼技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)和音頻化渣系統(tǒng)兩部分。

3.1 轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)

3.1.1 副槍系統(tǒng)功能

副槍系統(tǒng)主要功能是在不中斷轉(zhuǎn)爐吹煉的情況下，從轉(zhuǎn)爐中采集熔池溫度、碳含量、氧含量、熔池液位等有關(guān)信息以及鋼水樣[6]。

副槍系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐自動煉鋼，減少人為因素對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響，有利于煉鋼工序標準化生產(chǎn)，同時節(jié)省因為轉(zhuǎn)爐倒爐測溫取樣而浪費的冶煉時間及溫度損失。

3.1.2 副槍系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)主要組成如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)

3.1.3 副槍系統(tǒng)操作吹氧量接近85%時啟動副槍測量周期，副槍單個測量周期內(nèi)的具體操作如圖4 所示[7]。

圖4 副槍操作簡圖

3.2 音頻化渣系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐渣狀態(tài)直接影響鋼水質(zhì)量與冶煉效率。爐渣熔化效果不好，一般會伴隨爐渣返干發(fā)生；相反，如果化渣過度，轉(zhuǎn)爐將發(fā)生噴濺，會造成鋼鐵料損失及安全事故。同時，轉(zhuǎn)爐爐渣返干會造成終點鋼水成分不合格。目前我國大多數(shù)鋼鐵企業(yè)依然采用人工經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)爐渣化渣效果[8]。

3.2.1 音頻化渣系統(tǒng)功能

本項目轉(zhuǎn)爐音頻化渣系統(tǒng)由麥克風(fēng)組件、灰塵清掃系統(tǒng)和專業(yè)分析軟件等組成。轉(zhuǎn)爐吹煉時，當(dāng)音頻信號強度超出音頻化渣系統(tǒng)預(yù)設(shè)音頻界線時，則需要音頻化渣系統(tǒng)介入，并采取提槍和降槍等調(diào)整措施。因此，轉(zhuǎn)爐音頻化渣系統(tǒng)在對轉(zhuǎn)爐內(nèi)化渣情況實時監(jiān)測的同時，可以為氧槍槍位控制系統(tǒng)提供槍位調(diào)整依據(jù)，在確保良好化渣效果的同時，實現(xiàn)氧槍系統(tǒng)的智能控制。

3.2.2 音頻化渣系統(tǒng)原理

頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，采用拉瓦爾型噴頭的頂槍射出高速氧流沖擊熔池時會發(fā)出噪音，噪音強度大小與熔池內(nèi)爐渣狀態(tài)相關(guān)。若化渣效果好，渣層厚且泡沫豐富，爐渣對噪音的吸納性能就好，轉(zhuǎn)爐內(nèi)傳出的噪音就小，反之爐內(nèi)傳出的噪音就大，如爐內(nèi)返干時噪音就大[9]。

4 轉(zhuǎn)爐自動出鋼技術(shù)

4.1 轉(zhuǎn)爐自動出鋼的功能

目前各鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐出鋼普遍采用人工現(xiàn)場出鋼的操作方式，人工現(xiàn)場出鋼對操作人員的經(jīng)驗和應(yīng)變能力等依賴性很強。采用轉(zhuǎn)爐自動出鋼，替代出鋼過程的人工現(xiàn)場操作，可以將操作人員現(xiàn)場搖爐、現(xiàn)場控制鋼包車和現(xiàn)場添加合金料等繁瑣操作簡化為遠程監(jiān)視操作，有效提高煉鋼成功率，減少下渣量，縮短出鋼時間，改善工人的工作環(huán)境，減輕工人的勞動強度。

4.2 轉(zhuǎn)爐自動出鋼的控制原理

（1）根據(jù)轉(zhuǎn)爐爐襯測厚儀掃描爐襯得出的轉(zhuǎn)爐爐襯內(nèi)型信息，轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)計算出針對此爐襯內(nèi)型的理想出鋼角度和出鋼重量。

（2）轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)根據(jù)計算出的理想出鋼角度和出鋼重量，對轉(zhuǎn)爐傾動、鋼水罐車、滑板擋渣以及合金下料控制閥等裝置進行了全自動聯(lián)鎖控制。

（3）鋼水罐車位置通過激光測距儀進行檢測和定位，并將位置信息反饋給轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)，其根據(jù)預(yù)設(shè)的模式控制鋼包車移動方向和距離。

（4）轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)根據(jù)選擇的預(yù)設(shè)模式，控制鐵合金投料系統(tǒng)向鋼水罐中投放合金料。

（5）出鋼過程中，安裝在爐口附近的爐口溢渣監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控爐口，在爐口溢渣發(fā)生前采取相應(yīng)措施，防止爐口溢渣。

（6）出鋼過程中，安裝在爐口附近的紅外下渣檢測系統(tǒng)實時監(jiān)控下渣量，根據(jù)預(yù)設(shè)下渣百分比要求，向滑板擋渣裝置發(fā)出滑板關(guān)閉信號[10]。

（7）滑板關(guān)閉后，轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)爐和鋼水罐車返回至預(yù)設(shè)位置。

4.3 轉(zhuǎn)爐自動出鋼的基本操作

（1）利用轉(zhuǎn)爐爐襯測厚儀掃描爐襯并計算出爐襯內(nèi)型現(xiàn)狀，然后由轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)計算模型計算出針對此爐襯內(nèi)型的理想出鋼角度和出鋼重量。

（2）鋼水罐車根據(jù)系統(tǒng)指令移動至爐下預(yù)定位置，就位后，轉(zhuǎn)爐開始自動傾動并開始出鋼。

（3）出鋼開始后，轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)自動監(jiān)視整個出鋼過程，轉(zhuǎn)爐傾動角度、鋼包車移動、鐵合金投料系統(tǒng)和滑板擋渣裝置等根據(jù)選定的預(yù)設(shè)模式進行控制。

（4）出鋼過程中，當(dāng)鋼水罐中鋼水重量接近預(yù)設(shè)出鋼量的80%時，轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)激活擋渣滑板裝置，當(dāng)紅外下渣檢測系統(tǒng)檢測到爐渣流出時隨即發(fā)出關(guān)閉滑板信號，滑板擋渣裝置立即執(zhí)行并關(guān)閉。轉(zhuǎn)爐自動出鋼系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)爐回傾至預(yù)設(shè)位置，并將鋼水罐車行駛至預(yù)設(shè)位置，本次出鋼結(jié)束。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐先進技術(shù)和裝備成功的應(yīng)用，極大提高了唐鋼新區(qū)二煉鋼100 t 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化和智能化水平，有效提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)效率和鋼鐵料回收率，降低了原材輔料的消耗和污染物排放，改善了工人的工作環(huán)境，降低了工人的勞動強度。

另外轉(zhuǎn)爐煉鋼智能化技術(shù)水平的提高，可有效提高轉(zhuǎn)爐煉鋼命中率，提升產(chǎn)品實物質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，促進了唐鋼二煉鋼廠產(chǎn)品競爭力和市場占有率的提高，為建設(shè)“綠色化”、“智能化”、“品牌化”和“高效化”鋼鐵企業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。