轉爐煉鋼終點控制技術應用淺析

敖 翔

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338000）

當前隨著經濟社會的飛速發展，鋼材及鋼鐵制品的使用范圍越來越廣，各方市場需求也日益膨脹，因此對鋼鐵的產量和質量要求也越來越高。煉鋼技術的高低直接影響著鋼鐵的產量和質量，作為當前冶煉行業公認效率最高、出產鋼材質量較合格的轉爐煉鋼技術發展前景很可觀，其中終點控制又是轉爐煉鋼生產環節中最至關重要的一步，它的準確性對鋼水的質量、鋼鐵生產成本的控制有著至關重要的影響。當前轉爐煉鋼技術依然還處在邊發展邊改進的階段，終點控制技術也因有著各種不同技術種類利弊并存仍有著很大的提升空間。

1 轉爐煉鋼終點控制技術的發展現狀

轉爐煉鋼終點控制技術發展開始質變飛躍的轉折點是在上世紀60 年代。傳統的終點控制技術主要是人工經驗控制，主要是通過觀察冶煉過程中的火焰、火花、鋼水溫度變化等物理和化學變化現象來判斷鋼水的含碳量，這與技術人員、工作人員的經驗水平關系很大，一旦遇到工作人員經驗不足，再加上工作條件中出現的復雜多變的狀況原因，很容易造成鋼鐵質量難達到高標準。而隨著計算機的出現和廣泛應用，計算機技術也開始被應用于轉爐煉鋼的生產過程中。技術人員通過冶煉過程中各種材料在環環相扣生產過程中產生的物理和化學變化現象，如熱量、溫度、廢氣產生、含碳量等數據的采集，通過計算機技術從而編制成一套適合現代冶煉生產操作的控制方式。當前轉爐煉鋼終點控制技術包括對鋼水的溫度和碳含量的控制，碳含量的變化影響著鋼的質量，如果控制不當，過低會提高氮和氧的含量，過高又會使鋼的磷、硫脫離不夠徹底，從而影響鋼的品質，進而會造成原材料的浪費消耗，也容易造成熔爐等生產成本的增加。當前轉爐煉鋼終點控制技術的衍生過程大概包括人工經驗控制技術、靜態控制技術、動態控制技術、自動控制技術等。以上各種技術都存在著一定的利弊，下面通過簡要分析比較來探討終點控制技術的發展趨勢。

2 各類轉爐煉鋼終點控制技術利弊簡要分析

2.1 人工經驗控制技術

在轉爐煉鋼技術未廣泛使用前，轉爐煉鋼技術的雛形是由人工經驗控制技術所衍生。人工經驗控制技術最初是通過煉鋼工人的肉眼觀察，在冶煉時工人在煉鋼爐中投入不同比例的原材料，通過觀察煅燒中產生的明火顏色、大小變化等來判斷鋼水的含碳比例。這必須依靠工人的長期工作經驗來判斷調整。經過不斷的技術改良和發展，人工經驗技術中出現2 種終點控制技術：拉碳補吹法和直吹增碳法。補吹法是通過一定的人工在煉鋼過程后期，對不同生產環節中原材料的投入比例是否合理進行判斷，如果鋼水中碳的含量達到指定目標就停止吹氧。如出現過高或過低，就要通過取樣觀察后進行適當的補吹氧氣、調整溫度等工序，從而達到調整冶煉氧化速度的目的，從而較高量的生產含碳量達標的鋼材。通過補吹法技術生產的鋼材氧化廢渣較少，也減低了企業處理廢渣的成本。

2.2 靜態控制技術

靜態控制技術主要是根據鐵水、熔劑、廢鋼等原材料條件和煉鋼爐年齡、吹煉終點等待時間等操作條件，通過利用計算機技術人為設置靜態模型，并通過該模型對冶煉所需投入的材料比例、時間節點、冷卻劑的投入量、熔煉材料的投入比例、吹煉終點的目標及含硫量等數據進行模擬實驗，最終得到與煉鋼產物技術要求相符合的系列參數數據。靜態控制技術主要依靠有機理模型、增量模型、統計模型等模型輔以多次實驗，并且在吹煉終點階段還需借助人工經驗進行控制，所以耗時較長，終點命中率一般達到40%～60%。

2.3 動態控制技術

動態化控制技術是一個在動態過程中利用計算機技術和多種檢測方式相結合的冶煉技術，主要有爐氣動態分析終點控制技術，通過廢氣、聲強、熔爐信息、廢氣溫度變化等檢測，來獲得吹煉操作過程中金屬熔池的信息，并利用這個信息數據來校正吹煉終點相關操作，從而獲得出鋼時所需的含碳量和溫度。在快要達到吹煉終點前，技術人員在熔池內插入副槍，通過副槍檢測或者取樣，可以獲得鋼水溫度、碳含量、熔池液位、鋼渣含氧量等數據。

2.4 光學圖像法

在吹煉過程中，爐口的光強光譜會出現特定的規律，對爐氣激光所出現的變化情況進行檢測及對爐氣成分進行測量能夠對終點進行判斷。光強光譜具有理論成熟、探測精準度高等優點，不過要求設備在較靠近轉爐的距離進行作業，所以常常會受到高溫影響，大大縮短了其使用壽命。

3 發展趨勢

目前，我國鋼鐵工業發展水平離國際發達水平還有一段距離，大部分鋼鐵廠還是中小型轉爐，尚未能向大型轉爐轉換。而中小型轉爐終點命中率低，控制工作的開展受到明顯的限制，從而影響了產品合格標準的準確性。因此，轉爐向大型化生產方向轉變、提高大型轉爐自動化應用水平迫在眉睫。第二是轉爐冶煉技術由粗放型向集約型轉變。技術人員的工作經驗和技術水平容易參差不齊，這對冶煉精準度有著很大的影響。因此靜態控制技術和動態控制技術的使用必須加快普及步伐，使粗放型生產模式向集約型、科學型轉變。

4 結 語

時代的進步促使著技術往更先進的方向發展，轉爐煉鋼終點控制技術也不斷的取得進步，盡管當前我國還有相當一部分中小型轉爐還處于依賴人工技術居多的被動局面，但隨著科學技術的發展，相信大型轉爐技術自動化將成為一種不可避免的時代潮流終。總之，要繼續加大對自動化控制水平不斷提高的研發力度，創新研究人工經驗控制以及靜態、動態、自動化控制該怎樣相結合來達到不斷提高自動化的控制水平目的，從而實現生產工藝和技術優化，生產高效率的最終目標。