轉爐煉鋼過程控制及造渣制度優化

張 勇

（陜鋼集團漢鋼公司，陜西 漢中 724200）

近年來，國內鋼材交易市場異常火爆，社會各領域對鋼材產品的需求量與日俱增，同時，國家及行業相關部門對煉鋼生產過程的節能環保要求也越來越高，因此，如果借助于煉鋼過程信息對冶煉全過程的各項技術指標以及造渣制度進行優化，使產品質量符合標準要求，并完成生態效益指標，已經成為鋼鐵生產企業亟需面對和解決的問題。

1 轉爐煉鋼的自動控制系統

據統計數據表明，我國有80%以上的鋼鐵產品來自于轉爐煉鋼生產工藝，而且這一數據還在不斷被刷新，由此可見，轉爐煉鋼已經成為鋼鐵生產領域的一項主導技術。隨著轉爐煉鋼自動化技術水平的提升，目前，我國鋼鐵企業的一些大噸位轉爐采用的過程控制方法全部實現了自動控制。從系統結構組成來看，轉爐煉鋼包括轉爐本體、一次性除塵裝置、散裝料、吹氬站、循環水泵房、二次除塵裝置等。生產過程的技術原理是：當吹氧溫度達到1700℃時，轉爐后的鋼包就會流出鋼水，然后向轉爐吹氮，當鋼水倒入鋼包后，利用合金元素調節鋼水成分，此時，轉爐煙氣通過兩個除塵系統排出，其中，一次除塵系統借助于高壓風機從轉爐煙罩抽風，二次除塵系統在高壓風機作用下，抽出天車從轉爐倒入鋼水的煙氣。

自動控制系統能夠對煉鋼煉鐵全過程進行監控，對生產過程中的各項數據指標進行精準定位、記錄、分析、檢測，這就大幅減少了人工操作工序。自動控制系統主要由過程控制計算機、微型計算機、自動檢測儀、電子稱量裝置等，而輔助系統則包括供氧系統、原料系統以及煤氣回收系統等，這些系統和裝置統一由計算機進行管理和操控。

2 轉爐煉鋼過程控制方法

轉爐煉鋼自動控制系統的工作原理較為復雜，動態檢測方法也包括多種類型，其中最為常見的是副槍檢測法、爐氣分析以及音頻測渣法。通過動態檢測，得到精準數據，計算機系統對這些數據進行分析、比較、篩選，以數學模型的方式在計算機系統中顯示出來，然后根據設計好的程序指令，對數學模型進行仿真模擬，通過模擬圖像來確定和選擇最為優化的控制方法[1]。

目前，轉爐煉鋼過程控制主要包括定點控制與全程控制兩種方法。定點控制主要是選取到達吹煉點之前的某一時刻，利用檢測設備對熔池鋼水成分與溫度進行檢測，然后將檢測結果與吹煉終點鋼水的目標成分與溫度進行比對，再對煉鋼生產工藝進行調整，以促進生產效率的提高。相比于定點控制，全程控制法則更加高效和實用。這種方法主要是利用系統的反饋信息進行分析、計算，然后根據計算結果數據對生產工藝進行優化調整。通過全程控制，技術人員能夠得到煉鋼生產每一個生產環節的數據指標，掌握鋼水每一個變化過程的數據信息，進而制訂出最優化的整改方案，這樣，有利于產品質量的提升，對企業實現經濟效益最大化指標也將起到積極助推作用。

3 轉爐煉鋼過程控制優化策略

采用轉爐煉鋼工藝冶煉鋼鐵產品，生產過程當中存在許多不可控的變量，比如氧氣流量、氧槍的槍位、輔料的投入方式等，這些變量極易對自動控制效果產生不利影響，在應用一鍵煉鋼的自動化控制技術時，煉鋼過程的一些數據指標容易發生改變，進而降低產品質量檔次，影響單位時間內的生產效率，因此，針對過程控制中存在的變量，應當采取有效的優化措施，以達到保質、保量、提效的目的。

（1）氧氣流量的優化策略

轉爐設備在運轉過程中，需要向轉爐內部吹入足夠的氧氣量，但是，每一道煉鋼工序對氧氣的需求量都存在較大差異。比如在鋼水脫碳、脫硫、脫磷工序，由于工藝流程較為復雜，所需要的時間較長，這就需要供給大量的氧氣，使氧氣能夠有效清除鋼水中的雜物。如果一味的供給氧氣，導致供氧量超出標準范圍，這些多余的氧氣就會與鋼水中的貴金屬合金發生化學反應，進而降低產品的品質。因此，在控制氧氣流量時，應當綜合考慮兩方面內容，其一是氧氣的充分利用，盡量保證氧氣無剩余。其二是減少貴金屬的氧化損失，以確保產品質量，達到節約成本的目的。

（2）精準控制氧槍槍位

氧槍位置的高低直接決定產品質量的好壞，高度不同，也會對鋼水產生不同的影響。雖然許多鋼鐵企業對這一問題予以高度重視，制訂了標準的作業模式，但是，取決于位置的不確定性，在實際應用當中，仍然暴露出諸多問題。比如在實際操作時，氧槍的槍位通常分為高—低—高、高—低—高—低、低—高—低—高—低等模式，鋼鐵企業選用哪一種槍位，與轉爐的冶煉要求有著直接關聯，同時，也與各個不同階段的需氧量有著千絲萬縷的聯系，因此，鋼鐵企業應當結合生產實際，合理調整氧槍的高度。為了對氧槍位置進行有效控制，可以在氧槍上面安裝爐況信息收集器，技術人員借助于收集器采集的數據信息，與數據庫中的標準值進行比對，再根據比對結果制訂科學的優化調整方案，使氧槍的槍位始終處于標準位置。

（3）物料投放控制

物料投放是煉鋼生產過程中的一道關鍵工序，首先應當考慮物料配比問題，如果配比失衡，就會嚴重影響鋼水質量。其次在物料投放時，應當對初始料倉的下料用量與造渣劑的使用量進行有效控制，并利用監控裝置對轉爐內的渣況信息進行實時監測。作業人員在投放物料之前，應當參照標準要求，使投放的物料能夠達到最佳值，這樣才能保證鋼水質量不受影響。最后在投放造渣劑時，應當合理控制造渣劑的使用量與投放時間，在此期間，操作人員應當利用監測系統的反饋信息，與系統形成的數學模型進行比對，根據比對結果調整投料時間和用量。

4 造渣制度的優化策略

（1）減少造渣材料用量

為了提高爐內的留渣率，國內一些大型鋼鐵生產企業相繼采取一系列造渣制度的優化策略，其中最為常用的一種優化方法，是減少造渣材料的使用量，這種方法不僅能夠降低生產成本，確保留渣率，而且能夠加快脫硫、脫碳、脫磷速度，對提高鋼水質量能夠產生正向效應。據現場實驗數據表明，通過減少造渣材料的使用量，鋼水中的出鋼磷元素含量遠遠小于0.035%，所占的百分比高于95%，因此，這種方法的關注度也相對較高。

（2）優化成渣條件，制訂安全操作流程

為了增加留渣量，鋼鐵生產企業可以對成渣條件進行優化，制訂標準化、規范化的留渣操作工藝流程以及完善的造渣制度，為了規范作業人員的個人行為，使作業人員能夠樹立高度的主人翁責任意識與安全意識，鋼鐵企業可以根據煉鋼生產的每一個環節與操作步驟，制訂針對性強、實用性高的安全操作流程，避免作業人員在實際操作當中出現人為失誤現象。在制訂造渣制度時，技術人員應當參與到制度編制過程當中，結合自身的工作經驗與專業技術水準，建立一個符合企業發展實際的留渣率目標。比如有些企業將留渣率目標定為60%以上，這樣，在煉鋼生產當中，全員上下就可以結合這一目標，嚴格遵照操作規范[2]。

此外，對于技術人員來說，應當熟練掌握轉爐設備的內部構造與自動控制系統的各項功能，結合轉爐結構特點，對氧槍的噴頭進行改良，以降低轉爐內的供氧強度，以此擴大氧氣在爐內的接觸面積，這樣，能夠有效防止噴濺與返干等現象的發生。這種新型的供氧方式，既能夠提高鋼水的脫碳、脫硫效率，而且也能夠減少鋼水中貴金屬的消耗量，進而為企業節省大量的生產成本。

（3）使用固體顆粒渣

為了進一步優化轉爐造渣工藝，鋼鐵企業可以利用固體顆粒渣來提升前期的化渣速度，這種固態顆粒渣進入爐體后，能夠對爐內溫度進行有效調節，以滿足煉鋼生產需要。具體操作流程是：在生產過程中，首先向轉爐內吹煉3—5分鐘的大約200kg的固體顆粒渣，需要注意的是，不同體積的轉爐，添加劑量也有所不同，這些固體顆粒渣進入爐體后可以作為返回渣使用，這樣，能夠促使前期爐渣快速形成。在煉鋼生產中后期，向爐內添加適量的固體顆粒渣，能夠調節爐內的鋼水溫度，這樣，能夠節約大量的礦石原材料以及石灰等輔助材料。另外，為了防止鋼水噴濺事故的發生，在造渣時，操作人員需要控制好終點溫度。

（4）加大跟蹤檢查力度

雖然煉鋼生產自動化控制技術已經日漸純熟，但是，為了防止生產過程中出現意外事故，技術人員應當明確自身的管理監督職責，經常對冶煉原材料進行檢查，從源頭上控制渣化結果。比如向爐內添加的固體顆粒化渣劑以及石灰渣劑等，技術人員對這些渣劑的質量應當進行認真細致檢查，對渣劑源頭進行追蹤調查，對渣劑的使用量進行記錄。在檢測石灰渣劑質量是否合格時，可以采取水化試驗的方法，測定石灰質量，如果發現質量曲線上下波動值較大，應當及時將檢測結果反饋給上一級主管領導，并對相關責任人進行嚴肅處理。另外，為了提高技術人員的專業技術水平，使其熟練掌握造渣原理與轉爐工作原理，鋼鐵企業應當建立健全內部教育培訓體系，并制訂適時可行的月度、季度、年度培訓計劃，通過培訓，增強各級管理人員與現場作業人員的責任意識，為企業創造更多的經濟效益。

5 結束語

對轉爐煉鋼過程控制與造渣制度進行優化，是鋼鐵企業規范管理、高效運營的一項重要舉措，也是企業實現經濟效益指標的一條有效路徑，因此，隨著市場競爭形勢的日趨嚴峻，鋼鐵生產企業應當未雨綢繆，打好提前亮，通過制訂科學精準的過程控制與造渣制度優化策略，促進企業的長遠發展。