轉爐煉鋼終點控制技術應用現狀

黎耀華

廣西鋼鐵集團有限公司 廣西防城港 538002

1 轉爐煉鋼終點控制技術的應用現狀說明

煉鋼技術人員通過相關數據進行詳細分析，科學地計算出煉鐵的具體條件，并對熱力學進行了非常精確的實驗研究[1]。另外，通過利用計算機技術分析轉爐煉鋼的生產狀況，并分析煉鋼爐內不同物料之間特殊的化學反應所產生的熱量，從而控制溫度的穩定。當鋼水中碳含量過高時，不利于終點脫磷，更無法滿足鋼種要求；當碳含量過低時，應想辦法提高終點的氧氮含量。其實，溫度與熔煉時間和原材料消耗量有著密切的關系，也對鋼水質量造成很大的影響。

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

在轉爐煉鋼技術尚未得到廣泛應用時，轉爐煉鋼技術的雛形是從人工經驗控制技術發展而來的。而人工經驗控制技術則是通過煉鋼工人的肉眼觀察來實現。在煉鋼過程中向煉鋼爐中投入不同比例的原料，通過觀察明火的顏色和大小的變化，判斷鋼水的含碳量，從而形成人工經驗控制技術。但是，此項技術必須根據工人的長期工作經驗來判斷[2]。因此，隨著煉鋼技術不斷地改進和發展，人工經驗控制技術也得到快速的改善和發展。另外，復吹法是在煉鋼后期通過一定的人工操作來判斷原料在不同生產環節的投入比例是否合理的一套方法。而人工經驗技術中的終點控制技術的復吹方法主要有拉碳復吹法和直接復吹法。因此，在使用復吹法時，需要通過取樣和觀察來調整冶煉和氧化速度，以生產高碳鋼。此外，也可用補爐吹煉法來煉鋼，因為采用補爐吹煉法生產的鋼鐵氧化廢渣少，處理廢渣的成本低。

2.2 靜態控制技術

靜態控制技術離不開鐵水、助熔劑、廢鋼等原材料條件，更離不開煉鋼爐齡、吹煉終點等操作條件。因此，必須利用該模型對原料配比、時間節點、冷卻劑輸入、熔化物輸入比例、終點指標、硫含量等數據進行模擬，最終得到一系列符合煉鋼產品技術要求的參數數據[3]。靜態控制技術主要依靠有機機理模型、增量模型、統計模型等，輔以大量的實驗，并且在吹煉末段還需要人工經驗控制，因此需要較長的時間來進行實驗。

2.3 動態控制技術

動態控制技術是將計算機技術與動態過程中各種檢測方法相結合的冶煉技術，主要包括爐氣動態分析終點控制技術，通過檢測吹煉過程中的廢氣、聲強、熔煉爐的信息、廢氣溫度的變化等，獲得吹煉過程中熔池的信息，從而獲得出鋼所需的碳含量和溫度。吹煉結束前，技術人員在熔池中插入副槍，通過副槍檢測或取樣，獲得鋼水溫度、碳含量、熔池液面、鋼渣氧含量等數據。

2.4 光學圖像法

爐口光強譜在吹煉過程中有著特殊的規律，且具有理論成熟、檢測精度高的優點。而終點的判斷通常以檢測激光的變化和測量爐氣的成分來進行。但是由于光強譜需要求設備工作在轉換器附近，因此常常受到高溫的影響，從而縮短了設備的使用壽命。

3 轉爐終點控制的主要技術方法及應用

3.1 經驗煉鋼法

經驗煉鋼法是目前國內外轉爐吹煉過程中廣泛采用的一種終點控制方法，其在中小型轉爐吹煉過程中所占的比例較大。并且在轉爐爐體和爐蓋之間有一個空間，通過這個空間可以觀察到爐口火焰的形狀變化。而爐口火焰的形狀變化與吹鋼過程中化學反應的不斷變化密切相關[4]。但由于原材料的不同，這種方法往往不能一次命中，因此需要繼續吹煉。而這種復吹方法在進行過程中會現熔煉時間長、鋼水質量差、生產率低、人工勞動強度高、危險性大、經驗豐富的工人培訓時間長等諸多的問題，且連吹煉精度和吹煉成本的問題都不能解決。

3.2 靜態模型控制方法

靜態模型控制法是在單一靜態模型與人工經驗控制相結合的基礎上形成的終點確定方法，也是煉鋼廠最常用的技術之一。該靜態模型是以熱平衡原理、物料平衡原理為基礎來設定原材料的種類和鋼材吹煉條件，并確定終點溫度和碳等元素含量的。而靜態控制模型主要包括統計模型、經驗模型和機制模型。這些方法克服了經驗煉鋼的不確定性。

3.3 副槍動態控制方法

隨著副槍動態控制方法在大型轉爐中的廣泛應用，煉鋼技術人員采用鋼水終點靜態控制模型設計，并直接采用專用探頭測量終點鋼水的相對數據狀態，將測量結果反饋給整個控制系統，從而使控制系統可以準確地修改和調整吹煉過程中的一些輸入參數，如氧含量等[4]。與上述兩種方法相比，動態控制方法不僅可以縮短吹氣時間，減少吹氣次數和一系列可能的污染，還可以提高終點預報效果，并大大降低了工人的勞動強度。但是，由于副槍設備價格昂貴，一般安裝副槍系統的煉鋼廠都是大型轉爐廠，而大型轉爐吹煉過程相對穩定，工業控制系統自動化程度高，因此需要二次炮作為輔助測量才可以發揮更好的作用。

4 結語

隨著煉鋼技術的發展，轉爐煉鋼終點控制技術逐漸由手工經驗向自動控制過渡，其主要采用更簡單的方法實現效益最大化，促進企業的可持續發展。因此，終點控制技術在轉爐后期操作和提高煉鋼效率方面發揮了重要作用。然而，目前的煉鋼技術仍然存在許多缺陷。只有不斷優化轉爐煉鋼終點控制技術，才能提高煉鋼的安全性能。目前，轉爐煉鋼技術仍處于發展和完善階段，終點控制技術由于其各種優缺點仍有很大的改進空間。