關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的應(yīng)用分析

李國(guó)輝

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼新區(qū)熱軋部，河北 唐山 063000）

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在過去，我國(guó)的煉鋼行業(yè)主要工藝更多的是依托工程人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和觀察，通過查看鋼水的狀態(tài)判斷鋼水的質(zhì)量，其中包括觀察火焰、火花、鋼水溫度的變化，分析鋼水中的碳含量。而這樣通過目測(cè)進(jìn)行分析的方式單純依靠的是技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)的手段，如果技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足或是存在干擾因素，那么該爐鋼水熔煉出的鋼材就容易存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題[1]。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)在于，通過控制鋼水內(nèi)部的溫度以及碳含量來穩(wěn)定成鋼的質(zhì)量，如果控制不當(dāng)，過低會(huì)提高氮和氧的含量，過高又會(huì)使鋼的磷、硫脫離得不夠徹底，從而影響鋼的品質(zhì)，進(jìn)而造成原材料的浪費(fèi)消耗，也容易增加熔爐等生產(chǎn)成本。而如今，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐下，我國(guó)的鋼產(chǎn)業(yè)引入了更加科學(xué)的方式，技術(shù)人員可以通過采集鋼水的各種參數(shù)信息，如溫度、廢氣等，將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中就能直觀地展示鋼水的狀態(tài)，從而很大地提升工作效率和工作的可靠性。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的衍生過程大概包括人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)、靜態(tài)控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等[2]。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀說明

上個(gè)世紀(jì)中期階段，煉鐵技術(shù)人員便進(jìn)行了非常精密的相關(guān)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的細(xì)致分析，科學(xué)計(jì)算了煉制鋼鐵的具體情況。對(duì)鋼鐵冶煉爐內(nèi)不同材料間存在的具體化學(xué)反應(yīng)及產(chǎn)生的熱量來看，主要運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)狀況分析。而所采用的轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)能力的強(qiáng)弱與煉鋼生產(chǎn)的效率與質(zhì)量密切相關(guān)，通常情況下，主要包含了鋼水碳含量與冶煉溫度方面的管控因素，當(dāng)碳的含量太高的時(shí)候，無法滿足鋼種的相關(guān)規(guī)定，并且阻礙到終點(diǎn)脫磷；而如果含量太低的時(shí)候，則提高了鋼水終點(diǎn)氧與氮含量。實(shí)際上，溫度高低與原料冶煉時(shí)間、相應(yīng)的消耗量存在著緊密的關(guān)系，帶給鋼水質(zhì)量很大的影響。一般而言，轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)在應(yīng)用的過程當(dāng)中，會(huì)涉及到諸多不同類型的技術(shù)，如人工經(jīng)驗(yàn)管控技術(shù)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)管控技術(shù)及自動(dòng)化管控技術(shù)等[3]。

3 各類轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)具體分析

3.1 靜態(tài)控制技術(shù)

靜態(tài)控制技術(shù)依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過將鋼材的原料、鋼水等數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)分析，然后利用提前建立的靜態(tài)模型模擬鋼材的冶煉過程，再通過該模型對(duì)冶煉所需投入的材料比例、時(shí)間節(jié)點(diǎn)、冷卻劑的投入量、吹煉終點(diǎn)的目標(biāo)、熔煉材料的投入比例及含硫量等數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，最終得到與煉鋼產(chǎn)物技術(shù)要求相符合的系列參數(shù)數(shù)據(jù)。

3.2 動(dòng)態(tài)控制技術(shù)應(yīng)用

動(dòng)態(tài)控制技術(shù)將靜態(tài)控制作為基礎(chǔ)，借助爐氣分析儀、副槍等對(duì)吹煉期間檢測(cè)有關(guān)變量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信息，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼的重點(diǎn)控制水平借助吹煉參數(shù)的修正提高，從而使命中率提高并達(dá)到預(yù)定的吹煉目標(biāo)。其中的代表方法為爐氣分析法和副槍動(dòng)態(tài)重點(diǎn)控制技術(shù)兩種，其中爐氣分析法是借助質(zhì)譜儀收集路口的逸出氣體的氧體積分?jǐn)?shù)和爐內(nèi)脫碳速率進(jìn)行迅速分析，副槍動(dòng)態(tài)重點(diǎn)控制技術(shù)的能力將轉(zhuǎn)入煉鋼期間動(dòng)態(tài)吹氧量進(jìn)行精確控制，通常情況下，爐氣分析法和副槍動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)會(huì)共同使用。

3.3 人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)

該技術(shù)的內(nèi)核和轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)相同，有很長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間，而在長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用中，該技術(shù)也進(jìn)行了一些改良和調(diào)整，例如，通過在發(fā)現(xiàn)鋼水的變化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停止注入氧氣，或在其他情況下對(duì)氧氣進(jìn)行補(bǔ)充的補(bǔ)吹法，這樣的方式能盡可能地減少鋼材生產(chǎn)中出現(xiàn)的氧化廢渣量，從而減少處理鋼材氧化廢渣時(shí)的損耗。該種方法通過煉鋼技術(shù)人員進(jìn)行視覺分析，觀察鋼水煅燒過程中的表現(xiàn)估計(jì)碳含量比例，依托于煉鋼技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整鋼水的質(zhì)量。

4 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 加大光學(xué)圖像方法的運(yùn)用力度

通常情況下，盡管光強(qiáng)光譜的測(cè)定技術(shù)與理論知識(shí)均十分成熟，不過有關(guān)設(shè)備要求在離轉(zhuǎn)爐很近的位置運(yùn)作，會(huì)被高溫所干擾，這就減少了設(shè)備的使用年限。對(duì)爐口相應(yīng)的光強(qiáng)光譜而言，在吹煉時(shí)會(huì)表現(xiàn)出一種既定的規(guī)律現(xiàn)象，結(jié)合經(jīng)過爐氣激光形成的改變狀況，測(cè)定爐氣的構(gòu)成，從而明確終點(diǎn)，如下圖1 所示。

圖1 光學(xué)圖像方法

圖像方法是主要針對(duì)借助攝像機(jī)以非接觸的形式完成對(duì)爐口火焰相關(guān)圖像信息的采集任務(wù)，并對(duì)其加以科學(xué)分析的一種方法。不過，由于圖像方法需要很長(zhǎng)的采樣時(shí)間，獲得數(shù)據(jù)結(jié)果的精準(zhǔn)度不夠，通常應(yīng)該加強(qiáng)防塵與耐熱保護(hù)處理。需要有效結(jié)合圖像方法與光學(xué)法，以提升相應(yīng)的精準(zhǔn)性為目的，在此過程中，涵蓋了采集圖像、光強(qiáng)以及分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息的功能。當(dāng)采集和提取轉(zhuǎn)爐爐口相應(yīng)光強(qiáng)與圖像信息之后，需要對(duì)其加以分析，以便明確相關(guān)參數(shù)的改變和相應(yīng)吹煉終點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)情況，完成科學(xué)判定爐內(nèi)情況的任務(wù)。

4.2 確保動(dòng)態(tài)管控技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)性

首先，合理運(yùn)用副槍技術(shù)。通過借助副槍技術(shù)，可以科學(xué)管控轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)吹氧量，讓耗氧量下降，并減小補(bǔ)吹的數(shù)量，進(jìn)一步增強(qiáng)冶煉的成效，完善相關(guān)的運(yùn)行條件。例如，日本一些企業(yè)合理應(yīng)用副槍技術(shù)之后，終點(diǎn)的命中率超過了91%。其次，氣分析法的科學(xué)利用。該類方法主要應(yīng)用了質(zhì)譜儀設(shè)備，持續(xù)測(cè)定爐口逸出氣體的構(gòu)成成分，并及時(shí)將獲取到的脫碳速率、氧體積分?jǐn)?shù)等相關(guān)結(jié)果反饋到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)管控模型中，再科學(xué)調(diào)控有關(guān)吹氧量。顯而易見，該方法屬于間接測(cè)定的方式。

4.3 二次冶金技術(shù)

二次冶金也稱爐外精煉是指為了滿足出鋼的更高質(zhì)量或特殊品質(zhì)的需要，在冶煉中增加的一種特殊處理工藝，這種特殊工藝是從主冶煉工藝移向較為獨(dú)立的下游工序階段，但仍屬煉鋼的一部分。轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵水預(yù)處理比的指標(biāo)含義是指經(jīng)過預(yù)處理的鐵水量占入轉(zhuǎn)爐鐵水量的比例。該指標(biāo)既反映了企業(yè)煉鋼工藝程度，也反映了煉鋼對(duì)鐵水的要求程度。二次冶金比就是特殊處理工藝的鋼水處理量占轉(zhuǎn)爐全部出鋼量的比重，可以反映企業(yè)煉鋼的生產(chǎn)技術(shù)工藝水平。

4.4 連鑄熔渣檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

在全球煉鋼工藝中，鋼水連鑄已經(jīng)是一種成熟的工藝，而且已經(jīng)作為了一種主流的生產(chǎn)工序。不過，截至目前，連鑄工藝的一些環(huán)節(jié)還是沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，還是極大地依賴于人工勞動(dòng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。如果沒有自動(dòng)化，操作人員需要借助多年的經(jīng)驗(yàn)才能決定熔渣何時(shí)開始進(jìn)入中間包，以及何時(shí)需要更換鋼包。這一步驟是主觀的、容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的，而且極大地取決于操作人員的警惕性。決定何時(shí)停止鋼水從鋼包中流出是非常重要的，因?yàn)檫^早停止該工序就會(huì)影響產(chǎn)量，而過晚關(guān)閉出流閥門則會(huì)讓熔渣進(jìn)入連鑄工序。連鑄工序?qū)τ谧詣?dòng)化裝置來說是非常惡劣的環(huán)境，特別是高溫、粉塵、蒸氣、電磁輻射和鋼水的噴濺等，都會(huì)嚴(yán)重影響大多數(shù)傳感器和其他儀器的使用壽命。

4.5 注重對(duì)靜態(tài)管控技術(shù)的科學(xué)利用

靜態(tài)管控技術(shù)，存在著一定的先進(jìn)性優(yōu)勢(shì)。當(dāng)依靠這種技術(shù)方式管控轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程當(dāng)中，需要合理設(shè)計(jì)相關(guān)的冷卻劑和熔煉材料，以靜態(tài)的形式開展實(shí)驗(yàn)，從而讓所得到的煉鋼產(chǎn)物滿足有關(guān)參數(shù)的規(guī)定。一般來說，處于鋼鐵冶煉初期階段，可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)以人為的方式完成對(duì)靜態(tài)控制模型的設(shè)定，并且采用模擬方法，合理設(shè)計(jì)和調(diào)控該冶煉過程中使用的物料比重與時(shí)點(diǎn)情況，確保符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而降低因?yàn)槿斯そ?jīng)驗(yàn)不足致使煉鋼生產(chǎn)中不確定性的不良影響，其擁有良好的應(yīng)用前景。

4.6 熱成像技術(shù)應(yīng)用

熱圖像技術(shù)的發(fā)展熱圖像攝像機(jī)出現(xiàn)于20 年之前。作為一種非接觸型技術(shù)，它不會(huì)出現(xiàn)磨損或者消耗。鋼水和熔渣之間的發(fā)射率不同，在相同溫度下，熔渣發(fā)射率很高，而鋼水發(fā)射率較低。因此，鋼水和熔渣發(fā)射率的差異在整個(gè)紅外光譜上都在改變，在較長(zhǎng)波長(zhǎng)上，二者的差別更大。控制室呈現(xiàn)的出鋼鋼水流的熱圖像就可以便于操作人員輕易辨別出亮度的變化，并檢測(cè)熔渣何時(shí)開始傾倒。熱圖像理論由于成分不同，即便是在相同溫度下，熔渣和鋼水之間的紅外發(fā)射率也不同，這使得紅外攝像機(jī)可以記錄實(shí)時(shí)圖像，加以區(qū)分。在顯示器上可以采用一種顏色代表熔渣，而另一種顏色代表鋼水，當(dāng)檢測(cè)到熔渣時(shí)，顯示器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。即便是絕對(duì)溫度與鋼水相同，由于熔渣的發(fā)射率高于鋼水，因而產(chǎn)生了更高的紅外輻射溫度。

5 鋼鐵產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量雖然已經(jīng)受到了更高的認(rèn)可，不過距離真正的國(guó)際發(fā)達(dá)水平還存在不小的差距。目前的粗放型鋼鐵生產(chǎn)模式將逐步走向集約化，未來將逐漸取締以技術(shù)人員工作經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，靜態(tài)控制和動(dòng)態(tài)控制技術(shù)將成為主流的終點(diǎn)控制技術(shù)，并且逐步發(fā)展完善，從而提高鋼鐵的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。并且在我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)中，很多鋼鐵廠由于自身的發(fā)展規(guī)模，轉(zhuǎn)爐規(guī)模依然是中小型，向大型轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)換依然不成熟，而中小型轉(zhuǎn)爐在冶煉鋼鐵的過程中存在某些漏洞，容易影響產(chǎn)出鋼鐵的質(zhì)量，因此在未來，中小型轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)換為大型轉(zhuǎn)爐是可見的趨勢(shì)，并且該要求較為迫切。

6 結(jié)語

綜上所述，為了能夠進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐煉鋼實(shí)際的生產(chǎn)效率，就需廣大技術(shù)人員能夠積極投身于實(shí)踐探索當(dāng)中，積累更多關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，充分把握終點(diǎn)的控制技術(shù)各項(xiàng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將其巧妙地運(yùn)用至轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以確保轉(zhuǎn)爐煉鋼高效化地生產(chǎn)，促進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)能夠穩(wěn)步邁向新的發(fā)展征程。希望此次研究與分析的內(nèi)容和結(jié)果，能夠得到有關(guān)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)工作人員的關(guān)注與重視，并且從中獲取相應(yīng)的借鑒和幫助，以便增強(qiáng)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)而確保我國(guó)鋼鐵冶煉的效率和質(zhì)量。