高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝分析及優化

王勇

（中新鋼鐵集團煉鐵廠，江蘇 徐州221000）

鋼鐵冶金工藝正在朝著自動化、智能化方向發展，結合高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統特點得知，若仍然采用傳統的研究方法，無法完全滿足工業生產需求，所以，相關人員要從多個角度進行分析，對原有的鋼鐵冶金工藝進行優化，不斷提升我國工業生產水平。

1 分析高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝的現實意義

鐵水預脫硅，是鐵水進入到煉鋼爐之前，對其進行降硅處理。因為鐵水內部的含硅量比較高，通過運用高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝，能夠顯著減少煉鋼渣量，通常需要在高爐出鐵時鐵水溝內部進行。由于高爐低硅生鐵冶煉工藝的不斷發展，鐵水當中的硅含量逐漸下降，鐵水預脫硅工藝的合理運用，能夠對鐵水當中的磷與硫進行預先處理，進而生產出更加優質的純凈鋼。

通過分析高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝，能夠顯著降低鐵水當中的硅含量，根據研究數據得知，運用此種方法，鐵水中的硅含量能夠降低到0.2%左右。技術人員通過在鐵水溝內部設置反應坑，使用噴槍，在高速狀態下，將脫硅劑快速噴入，不僅能夠為鐵水脫硅提供良好的動力學條件，而且可以顯著提升脫硅效率。但是，在此過程中，容易出現侵蝕現象，技術人員要采取有效的防護措施[1]。

2 優化模型

2.1 合理選擇硅控制工藝

硅元素對鋼鐵冶金影響較大，通過合理控制高爐硅含量，能夠保持高爐內部熱平衡符合規定要求，提升鋼鐵冶金產量。轉爐煉鋼過程中，如果鐵水的硅含量比較高，則會增加鋼水成本。技術人員要結合不同類型的鋼材，在保證轉爐脫磷正常進行的基礎上，合理控制高爐與轉爐中的硅含量。

高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統具有連續性特點，可將其視為一個連續的決策過程。因為系統內部的各個階段均比較復雜，各個階段反應狀態不同，故技術人員可以采取單元模塊方法，構建不同的子系統模型，然后運用分解與協調動態分析理念，對各個工序進行全面優化，有效降低工業生產成本。

在冶金環節，通過加強生產成本控制，能夠反映出工業生產與管理控制指標，技術人員要結合高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統運行特點，為其提供穩定的生產條件，準確計算各個階段的生產成本，并構建單元子系統模型，以此為基礎，確定系統的優化目標函數[2]。

2.2 子系統模型

2.2.1 高爐單元模型

在高爐模型中，技術人員要重點考慮以下因素：鐵水的含硅量、風溫、濕度等。結合高爐模型運行特點得知，模型的最佳條件是：鐵水的含硅量為0.41%、風溫為1250℃、濕度為16g/m3。

由于各個高爐機車作業周期與運輸間隔不同，在實際操作中，技術人員要明確不同高爐機車作業周期與運輸間隔，具體參數見表1。

表1 不同高爐機車作業周期和運輸間隔分析

2.2.2 鐵水脫硅控制模型

鐵水脫硅處理系統，在高爐和轉爐之間起到承上啟下的作用，在此處理系統中，不僅要滿足轉爐脫硫所需堿含量與渣量，而且要盡可能的降低系統生產成本。技術人員結合脫硅特點、效率、成本等方面，進行多角度分析，采取以下四種不同的脫硅方式，具體見表2。

2.2.3 轉爐控制模型

為了能夠為下道工序提供高質量的鋼水，提升工業生產效率，保障終點控制的合理性，科學選擇轉爐控制方法特別重要，常見的轉爐控制方法分為兩種，分別是靜態控制方法與動態控制方法。在構建轉爐控制模型時，技術人員可以運用靜態控制理念，準確計算出石灰和錳礦加入量，以及轉爐內部的供氧量，進而保證轉爐控制模型穩定運行[3]。

2.3 優化途徑

第一，對高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統進行全面分析，并采用系統工程模式，針對不同鋼鐘，采取合理的生產工藝。

第二，對實驗室數據進行全面分析，準確計算冶金過程熱平衡，并對現有工藝模型進行改進，結合不同階段成本模型，運用動態化控制原理，合理選擇最優模型。

表2 鐵水脫硅方式對比

為了能夠為煉鋼提供穩定低硅鐵水，技術人員要結合出鐵時，硅的實際含量，以及出鐵速度，科學控制脫硅劑輸送速度，包括其添加量[4]。例如，技術人員結合控制系統運行特點，以及高爐模型，計算出鐵水的含硅量，在出鐵過程中，對硅含量進行在線分析，并結合煉鋼需求的含硅量，加入適量脫硅劑。

硅元素作為轉爐煉鋼環節的發熱元素，由于轉爐容量的不斷提升，冶煉技術越來越先進，需要硅提供熱量越來越少，同時，通過適當減少渣量，能夠保證煉鋼技術指標得到更好改善，因此，對鐵水的含硅量要求不斷下降，特別是需要進行預處理的脫硫脫磷鐵水，對硅含量要求更低。

綜上所述，通過全方位分析了高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝要點，以及相應的優化對策，可以保證高爐- 鐵水預脫硅- 轉爐系統操作工藝得到更好運用，提升工業生產水平。