“一鍵式”自動化煉鋼技術的開發與實踐

徐志成

摘 要：通過對“一鍵式”自動化煉鋼技術的開發與推廣實踐，效果顯著：鋼鐵料消耗降低了7.3kg/噸鋼，合計降低成本約19.74元/噸鋼；轉爐出鋼碳和溫度雙命中率達到84%以上，二次補吹率減少了17.8%，平均冶煉周期縮短了3.1分鐘，鋼水質量得到顯著提高。

關鍵詞：一鍵式；自動化煉鋼；吹煉模型；副槍

1 概述

“一鍵式”煉鋼技術是一種先進的轉爐冶煉控制技術，該技術集理論計算、專家經驗和先進的在線監測手段與一體，采用計算機L1模型和PLC控制轉爐吹煉操作，可顯著提高轉爐終點碳、溫度雙命中率，縮短冶煉周期，提高生產效率，降低原材料消耗和生產成本，實現可觀的經濟效益。

2 開發經過

為實現“一鍵式”自動化煉鋼的目標，必須具備以下條件：（1）設備運行可靠：基礎自動化系統、轉爐系統設備、計算機系統硬件和軟件可靠性高；（2）模型建立：保證模型的完整性，動態模型的運行穩定性好；（3）精益的工藝條件和標準化制度：冶煉前的初始條件（如鐵水、廢鋼、熔劑等信息）穩定，轉爐吹煉過程和終點的工藝操作標準化。

2.1 設備運行可靠

2.1.1 副槍設備系統

副槍設備的“零故障率”、穩定的停車精度、全自動運轉率三個方面是保證“一鍵式”自動化煉鋼順利實現的基礎設備條件之一。

實現“零故障率”，青鋼開創性的采取以下對策：（1）動態副槍測定時氧流量降至正常流量的60%，且氧流量必須低于某一上限設定值才能下槍測量；（2）動態副槍測定的碳含量范圍進行標準化控制，

防止過高的[C]下副槍測定時造成的粘鋼、粘渣；（3）副槍測定中面向火焰測和其北側存在著熱負荷不平衡，因此會產生永久歪曲。《青鋼副槍維護規程》要求點檢人員對副槍24h內必須旋轉一次，每次旋轉180°；（4）為防止副槍撞擊彎曲，要求轉爐零位控制在-0.5°～0°，同時轉爐爐口結渣大于規定值時，必須及時清理。

穩定的停車精度：為了保證取樣的準確性和代表性，同時必須滿足停車精度在±10mm，水平方向在±30mm以內的嚴格設備條件。為此，重新設定了副槍的二級變速參數。

保證副槍設備全自動運轉：副槍設備全自動化的關鍵是探頭自動裝卸（APC）裝置的穩定性，保證穩定的關鍵是限位點可靠。

2.1.2 散裝料加料和稱量系統

優化轉爐散裝料料倉的分配管理：優化分配對含鐵氧化物、輕燒白云石、石灰、冷料等幾種輔料按料倉分布。

提高稱量速度并保證稱量精度：（1）與設計方溝通增加振動給料機設定參數調整，通過設定快變慢參數和停振參數，提高稱量速度；（2）通過調整下料系統的傳感器和振動電機的給定頻率，確保稱量誤差在20千克以內。

轉爐底吹系統：副槍下TSC時頂底復吹的流量要求為正常流量的60%左右，通過優化底吹系統PLC控制程序，解決了轉爐底吹氬氣與副槍測量時所需底吹氬氣流量大小不對應的問題。

鐵水、廢鋼數據自動采集系統：（1）建立鐵水成分、重量、溫度等信息的計算機自動傳輸；（2）建立廢鋼操作站終端以采集廢鋼種類和各組分重量信息。

2.2 模型的建立

（1）鋼種詞典的建立[1]。熔劑計算系數：按現有鋼種要求對設計方提供的10種熔劑組分進行優化分類，綜合考慮爐渣的堿度、氧化鎂和TFe的含量等，簡化為5種熔劑計算系數。溫度標準：對各類鋼種的溫度控制進行跟蹤記錄，綜合分析計算得出最優化的鋼水終點溫度標準。鋼種標準：根據現有鋼種終點碳控制、終點P/S和溫度標準控制不同，對我廠近200個鋼種牌號，進行系統分類為7大類鋼種標準化模板。

（2）吹煉模型的建立。模型基礎的構建：創造性的提出建立起“三模型、一調整”的控制系統，即：轉爐供氧模型、底吹模型和加料模型、槍位調整。吹煉模型的建立：綜合考慮鋼種、廢鋼質量、冶煉工藝等情況的不同，設定了8種不同的模型可供選擇。

（3）自學習模型的完善。由于轉爐爐況、原料條件、底吹效果等條件都在不斷的變化，這些因素的變化將對轉爐整個過程的靜態計算和后期的動態脫碳系數、升溫效果造成重大影響[2]，要求模型應該對計算值與實際值的誤差進行反饋修正學習，進而調整相應的模型參數，從而提高模型控制的精度和自適應能力。

2.3 工藝的優化

2.3.1 冶煉初始條件標準化。鐵水條件：（1）每月定期校準鐵水天車稱量，要求校準稱量精度？芨±0.5%；（2）精準化控制入爐鐵水重量，要求其波動？芨±0.5t。

廢鋼條件：（1）每月定期校準廢鋼車軌道衡稱量，要求稱量精度±0.3%；（2）精準化控制各類入爐廢鋼重量，要求其波動？芨±0.2t。

輔料條件：采用高牌號的石灰、輕燒白云石、螢石。

2.3.2 工藝操作改進。廢鋼的分類管理與精準化配比；根據鋼種形成穩定的廢鋼加入模式，嚴格按廢鋼模式配加各類廢鋼。吹煉過程中供氧進程？芏75%、副槍TSC測量前2min，不允許加入任何輔料。副槍下槍測量時，必須滿足以下條件：供氧進程？芏50%，供氧流量降至設定值的70%且小于15000m3/h，以保證副槍測量的穩定性。精確設定過程進行副槍測量的時機，綜合考慮爐內反應情況、轉爐終點要求等。保持連續冶煉，提前做好出鋼準備。動態調整過程只能使用固定種類的冷卻劑和發熱劑，禁止加入其它熔劑。

3 實施后的效果

轉爐“一鍵式”自動化煉鋼技術，經過4個月工藝優化與管理標準化，在白班逐步向四班推廣使用，并取得以下效果：轉爐終點碳、溫度雙命中率顯著提高：根據鋼種終點控制標準，該技術在投入前后轉爐終點C_T雙命中率達到83.9%。轉爐補吹率顯著降低：由于自動化煉鋼的使用可使轉爐終點C_T雙命中率顯著提高，轉爐補吹率由原來的25.7%下降到目前的8.0%。冶煉周期縮短，提高轉爐生產效率：采用“一鍵式”自動化煉鋼技術后，轉爐一倒出鋼率由原來的65%提高到80%以上，有效減少了轉爐補吹頻率，使得冶煉周期大幅縮短，轉爐平均冶煉周期由原來的47分鐘縮短到44分鐘，轉爐生產效率提高了6.3%，成本降低約2.9元/噸鋼。提高鋼水質量，穩定鋼水成分：（1）轉爐終點鋼水氧含量降低，水口結瘤明顯減少，鋁鎮靜鋼的連澆爐數由原來的12爐提高到15爐，成本降低約0.83元/噸鋼。（2）通過對吹煉模式的優化，獲得了穩定的脫磷效果，轉爐終點磷控制CPK指數由原來的1.007升高到1.214，工序控制能力顯著提高；同時因磷高導致回爐、改判的爐數平均減少了50%，成本降低約2.14元/噸鋼。

減少鐵合金成本，降低鋼鐵料耗：由于一倒命中率的提高，轉爐終點鋼水氧含量穩定降低，終點余錳提高，既提高了轉爐鐵合金的收得率又減少了轉爐吹損。同時，因轉爐冶煉周期的縮短，使得過程熱損失減少，在相同的廢鋼裝入條件下，自動化煉鋼爐次冷料消耗數量提高約5.6kg/噸鋼，有效降低了鋼鐵料消耗。在“一鍵式”自動化煉鋼技術投入使用后，鋼鐵料耗降低了7.3kg/噸鋼，成本降低約13.87元/噸鋼。

4 結束語

通過對“一鍵式”自動化煉鋼技術的開發與推廣實踐，效果顯著：鋼鐵料消耗降低了7.3kg/噸鋼，合計降低成本約19.74元/噸鋼；轉爐出鋼碳和溫度雙命中率達到84%以上，二次補吹率減少了17.8%，平均冶煉周期縮短了3.1分鐘，鋼水質量得到顯著提高。

參考文獻

[1]黃希鈷.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[2]陳家祥.鋼鐵冶金學[M].北京：冶金工業出版社，1990.