轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

黎耀華

廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西防城港 538002

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀說(shuō)明

煉鋼技術(shù)人員通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，科學(xué)地計(jì)算出煉鐵的具體條件，并對(duì)熱力學(xué)進(jìn)行了非常精確的實(shí)驗(yàn)研究[1]。另外，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)狀況，并分析煉鋼爐內(nèi)不同物料之間特殊的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，從而控制溫度的穩(wěn)定。當(dāng)鋼水中碳含量過(guò)高時(shí)，不利于終點(diǎn)脫磷，更無(wú)法滿足鋼種要求；當(dāng)碳含量過(guò)低時(shí)，應(yīng)想辦法提高終點(diǎn)的氧氮含量。其實(shí)，溫度與熔煉時(shí)間和原材料消耗量有著密切的關(guān)系，也對(duì)鋼水質(zhì)量造成很大的影響。

2 各類轉(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)尚未得到廣泛應(yīng)用時(shí)，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的雛形是從人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。而人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)則是通過(guò)煉鋼工人的肉眼觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)。在煉鋼過(guò)程中向煉鋼爐中投入不同比例的原料，通過(guò)觀察明火的顏色和大小的變化，判斷鋼水的含碳量，從而形成人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)。但是，此項(xiàng)技術(shù)必須根據(jù)工人的長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷[2]。因此，隨著煉鋼技術(shù)不斷地改進(jìn)和發(fā)展，人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)也得到快速的改善和發(fā)展。另外，復(fù)吹法是在煉鋼后期通過(guò)一定的人工操作來(lái)判斷原料在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的投入比例是否合理的一套方法。而人工經(jīng)驗(yàn)技術(shù)中的終點(diǎn)控制技術(shù)的復(fù)吹方法主要有拉碳復(fù)吹法和直接復(fù)吹法。因此，在使用復(fù)吹法時(shí)，需要通過(guò)取樣和觀察來(lái)調(diào)整冶煉和氧化速度，以生產(chǎn)高碳鋼。此外，也可用補(bǔ)爐吹煉法來(lái)煉鋼，因?yàn)椴捎醚a(bǔ)爐吹煉法生產(chǎn)的鋼鐵氧化廢渣少，處理廢渣的成本低。

2.2 靜態(tài)控制技術(shù)

靜態(tài)控制技術(shù)離不開(kāi)鐵水、助熔劑、廢鋼等原材料條件，更離不開(kāi)煉鋼爐齡、吹煉終點(diǎn)等操作條件。因此，必須利用該模型對(duì)原料配比、時(shí)間節(jié)點(diǎn)、冷卻劑輸入、熔化物輸入比例、終點(diǎn)指標(biāo)、硫含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，最終得到一系列符合煉鋼產(chǎn)品技術(shù)要求的參數(shù)數(shù)據(jù)[3]。靜態(tài)控制技術(shù)主要依靠有機(jī)機(jī)理模型、增量模型、統(tǒng)計(jì)模型等，輔以大量的實(shí)驗(yàn)，并且在吹煉末段還需要人工經(jīng)驗(yàn)控制，因此需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 動(dòng)態(tài)控制技術(shù)

動(dòng)態(tài)控制技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與動(dòng)態(tài)過(guò)程中各種檢測(cè)方法相結(jié)合的冶煉技術(shù)，主要包括爐氣動(dòng)態(tài)分析終點(diǎn)控制技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)吹煉過(guò)程中的廢氣、聲強(qiáng)、熔煉爐的信息、廢氣溫度的變化等，獲得吹煉過(guò)程中熔池的信息，從而獲得出鋼所需的碳含量和溫度。吹煉結(jié)束前，技術(shù)人員在熔池中插入副槍，通過(guò)副槍檢測(cè)或取樣，獲得鋼水溫度、碳含量、熔池液面、鋼渣氧含量等數(shù)據(jù)。

2.4 光學(xué)圖像法

爐口光強(qiáng)譜在吹煉過(guò)程中有著特殊的規(guī)律，且具有理論成熟、檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)。而終點(diǎn)的判斷通常以檢測(cè)激光的變化和測(cè)量爐氣的成分來(lái)進(jìn)行。但是由于光強(qiáng)譜需要求設(shè)備工作在轉(zhuǎn)換器附近，因此常常受到高溫的影響，從而縮短了設(shè)備的使用壽命。

3 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制的主要技術(shù)方法及應(yīng)用

3.1 經(jīng)驗(yàn)煉鋼法

經(jīng)驗(yàn)煉鋼法是目前國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中廣泛采用的一種終點(diǎn)控制方法，其在中小型轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中所占的比例較大。并且在轉(zhuǎn)爐爐體和爐蓋之間有一個(gè)空間，通過(guò)這個(gè)空間可以觀察到爐口火焰的形狀變化。而爐口火焰的形狀變化與吹鋼過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)的不斷變化密切相關(guān)[4]。但由于原材料的不同，這種方法往往不能一次命中，因此需要繼續(xù)吹煉。而這種復(fù)吹方法在進(jìn)行過(guò)程中會(huì)現(xiàn)熔煉時(shí)間長(zhǎng)、鋼水質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度高、危險(xiǎn)性大、經(jīng)驗(yàn)豐富的工人培訓(xùn)時(shí)間長(zhǎng)等諸多的問(wèn)題，且連吹煉精度和吹煉成本的問(wèn)題都不能解決。

3.2 靜態(tài)模型控制方法

靜態(tài)模型控制法是在單一靜態(tài)模型與人工經(jīng)驗(yàn)控制相結(jié)合的基礎(chǔ)上形成的終點(diǎn)確定方法，也是煉鋼廠最常用的技術(shù)之一。該靜態(tài)模型是以熱平衡原理、物料平衡原理為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)定原材料的種類和鋼材吹煉條件，并確定終點(diǎn)溫度和碳等元素含量的。而靜態(tài)控制模型主要包括統(tǒng)計(jì)模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)制模型。這些方法克服了經(jīng)驗(yàn)煉鋼的不確定性。

3.3 副槍動(dòng)態(tài)控制方法

隨著副槍動(dòng)態(tài)控制方法在大型轉(zhuǎn)爐中的廣泛應(yīng)用，煉鋼技術(shù)人員采用鋼水終點(diǎn)靜態(tài)控制模型設(shè)計(jì)，并直接采用專用探頭測(cè)量終點(diǎn)鋼水的相對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)，將測(cè)量結(jié)果反饋給整個(gè)控制系統(tǒng)，從而使控制系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地修改和調(diào)整吹煉過(guò)程中的一些輸入?yún)?shù)，如氧含量等[4]。與上述兩種方法相比，動(dòng)態(tài)控制方法不僅可以縮短吹氣時(shí)間，減少吹氣次數(shù)和一系列可能的污染，還可以提高終點(diǎn)預(yù)報(bào)效果，并大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，由于副槍設(shè)備價(jià)格昂貴，一般安裝副槍系統(tǒng)的煉鋼廠都是大型轉(zhuǎn)爐廠，而大型轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，工業(yè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，因此需要二次炮作為輔助測(cè)量才可以發(fā)揮更好的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)逐漸由手工經(jīng)驗(yàn)向自動(dòng)控制過(guò)渡，其主要采用更簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)效益最大化，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，終點(diǎn)控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐后期操作和提高煉鋼效率方面發(fā)揮了重要作用。然而，目前的煉鋼技術(shù)仍然存在許多缺陷。只有不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)，才能提高煉鋼的安全性能。目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)仍處于發(fā)展和完善階段，終點(diǎn)控制技術(shù)由于其各種優(yōu)缺點(diǎn)仍有很大的改進(jìn)空間。