劉莫巖

（鞍山寶得鋼鐵有限公司，遼寧 鞍山 114000）

轉(zhuǎn)爐煙氣分析動態(tài)控制及技術(shù)應用

劉莫巖

（鞍山寶得鋼鐵有限公司，遼寧 鞍山 114000）

由人工經(jīng)驗控制到動態(tài)智能控制是轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化的發(fā)展方向，而利用質(zhì)譜儀在線分析轉(zhuǎn)爐煙氣進行動態(tài)控制是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)自動化最有效的途徑；介紹煙氣分析動態(tài)控制煉鋼技術(shù)在寶得鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐的開發(fā)應用情況，對提高轉(zhuǎn)爐終點命中率，實現(xiàn)煉鋼自動化，特別是對國內(nèi)中小型轉(zhuǎn)爐具有借鑒作用。

轉(zhuǎn)爐；煙氣分析動態(tài)控制煉鋼技術(shù)；寶得鋼廠

0 前言

2013年，隨著寶得公司內(nèi)部設(shè)備的大更新，我煉鋼廠新上了一座120噸轉(zhuǎn)爐，具有動態(tài)延期控制技術(shù)。在經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)檢驗之后，發(fā)現(xiàn)只要對該項技術(shù)進行稍微地改變與提升，就能勝任更復雜的需求，確保高質(zhì)量的鋼鐵冶煉。在轉(zhuǎn)爐吹煉的過程中，寶得鋼廠采取的工作方式能夠快速完成爐氣成分分析，并且只需要了解爐氣的成分變化就可以根據(jù)一定的計算公式來計算得到脫碳速率以及鋼產(chǎn)品當中碳的含量，對實現(xiàn)自動化生產(chǎn)有較高的幫助作用。

1 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)由三部分組成：（1）負責轉(zhuǎn)爐爐氣采集，處理的低碳維護量的LOMAS系統(tǒng)；（2）在線分析質(zhì)譜儀；（3）轉(zhuǎn)爐煙氣分析動態(tài)控制系統(tǒng)；

1.1 LOMAS煙氣采集和處理系統(tǒng)

在煙氣當中有大量氣體，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些氣體的分析，確保了解煙氣中的組成。LOMAS系統(tǒng)為了確保探測到準確的氣體成分，在系統(tǒng)內(nèi)部安排了兩個甚至更多的氣體探頭，并且有專門的儀器來分析氣體成分。分析工作主要利用了系統(tǒng)中的兩個探頭，對裝置內(nèi)的煙氣進行周期性的取樣，并且預留了一個探頭來起到備用的作用，確保煙氣檢測處理工作的不斷進行。

1.2 在線分析質(zhì)譜儀

在LOMAS系統(tǒng)完成對煙氣的分析工作之后，主要由在線分析質(zhì)譜儀來承擔對煙氣成分的分析工作，在計算機軟件的有效支持下，在線分析質(zhì)譜儀的工作效率較高，在短時間內(nèi)就能完成整個分析工作，并且還能在高效率的同時保證較好的工作精度。在不少于1.5秒的時間內(nèi)，就能完成整個煙氣的分析工作。在一些情況中，還能承擔起對轉(zhuǎn)爐煙氣成分的實時檢測工作，對CO、CO2等氣體的含量與比例進行實時檢測，為后期工作提供大量的數(shù)據(jù)支持。

1.3 轉(zhuǎn)爐煙氣分析動態(tài)控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)準確又高效的轉(zhuǎn)爐煙氣分析檢測工作，總系統(tǒng)一般由靜態(tài)與動態(tài)兩個部分構(gòu)成。（1）靜態(tài)控制模型。在一個靜態(tài)控制模型中，系統(tǒng)要通過分析任務所要達成的目標來靈活決定不同原料之間的比例，并且以此為基礎(chǔ)來確定整個冶煉方案。煙氣動態(tài)分析生產(chǎn)方式最關(guān)鍵的一點就是需要及時處理大量的信息，這樣的環(huán)境對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)模型提出了更高層次的要求，為此生產(chǎn)單位一般會對模型進行深度改進，確保能夠承擔繁重的生產(chǎn)任務。（2）動態(tài)控制模型。在動態(tài)控制模型當中，如何實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐的動態(tài)控制是整個工作的基礎(chǔ)，并且能夠給予靜態(tài)模型一定的補償，確保其內(nèi)部物質(zhì)的平衡。在物理學物料平衡原理支持下，能夠建立起對靈活的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)平衡體系，對分析結(jié)果進行及時的矯正與修改，確保轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出正確的產(chǎn)品，高質(zhì)量的產(chǎn)品。

2 爐氣分析技術(shù)應用

目前，轉(zhuǎn)爐爐氣的主要利用價值就是回收其尚未徹底燃燒的CO，而為保證煤氣的發(fā)熱值，對于吹煉前后期CO含量較低的煤氣，往往棄之不用，不僅浪費資源也對環(huán)境造成污染，而且大量有用信息得不到有效利用。而質(zhì)譜儀則可對這部分有用信息加以利用，為現(xiàn)場人員提供充分的操作依據(jù)。

2.1 返干時CO和CO2的變化規(guī)律

如果吹煉過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，如噴濺或返干，CO和CO2含量將出現(xiàn)相應的異常變化。另外收放喉口、氧槍操作和添加輔助料也會對CO和CO2含量的變化產(chǎn)生影響，低槍位操作時候過去，使得從氧槍噴出的氧氣主要用于脫碳，致使CO增多，從爐口吸入的空氣量便減少，這一點可由N2含量下降到最低點得到證實。同時，用于爐內(nèi)二次燃燒的氧量也減少，CO2含量下降，因為渣中的FeO參與脫碳反應而被大量消耗，低槍位操作又使渣中FeO得不到應有的補充，渣中FeO減少使爐渣變得粘稠，甚至僵硬，這一點可根據(jù)生產(chǎn)過程中取樣時，有時副槍全被戳折而得到證實。

值得注意的是，要分清由于氧槍操作上的人為變化而引起CO含量突變與返干時特征的區(qū)別，即CO曲線漸變與突變的區(qū)別。在總吹時間3/4處，CO曲線垂直上升，這是因為此時降槍導致脫碳速率加大而引起CO含量突升?？梢姡_判斷爐內(nèi)的冶煉狀況，要參考合理的操作制度。

2.2 噴濺時CO和CO2變化規(guī)律

當CO含量突降時，往往意味著噴濺的來臨。研究認為，當CO含量低時，說明大量的CO留存在爐渣中，當積累到一定程度，就會以突然噴發(fā)的形勢并攜帶一定量的爐渣，從爐口噴出，即為噴濺。爐渣發(fā)生噴濺時的爐氣中CO和CO2含量有一個突降、突升的變化，此時噴濺嚴重。當爐渣變得粘稠，致使大量的CO不易排出，而風機轉(zhuǎn)速一定,N2含量的突升說明轉(zhuǎn)爐內(nèi)排出的氣體劇減，需要從爐口吸入空氣進行補充。此時脫碳的反應仍然連續(xù)高速地激烈進行，源源不斷生產(chǎn)的CO大量積累在乳化系中，當粘稠的爐渣中所積累的CO由量變到質(zhì)變時，則發(fā)生噴濺。另外，為解決返干而進行提槍操作會使返干的爐渣上層富集大量的FeO，若爐渣渣層過厚，富集FeO的上層爐渣變稀而下層仍然處于返干狀態(tài)，這一點可由取樣時，取樣勺只能達到爐渣層一定深度便再也探不進而得到證實。脫碳反應在氧氣流股和被攪亂的富含F(xiàn)eO的爐渣雙重氧化作用下，局部瞬時產(chǎn)生的大量CO便從爐口噴出，一旦發(fā)現(xiàn)CO含量升高，同時CO2、N2含量下降時，則意味著渣中CO（FeO）減少，爐渣極可能已發(fā)生返干，應立即提槍化渣。

3 爐氣分析技術(shù)存在的問題

（1）爐氣分析法是利用爐氣成分的信息，由數(shù)學模型計算溫度，沒有副槍直接測量的數(shù)據(jù)可靠性高，在單純使用爐氣分析進行動態(tài)控制的情況下，溫度命中率主要取決于諸如廢鋼量、鐵水重量及成分、造渣料的重量及成分等輸入數(shù)據(jù)的準確和穩(wěn)定，通過熱量平衡進行計算。大部分爐氣分析模型對于溫度的預測仍然依靠靜態(tài)模型。

（2）爐氣分析法屬于間接測量方法，其精準度受諸多原因影響，如稱量設(shè)備的精度，吹煉操作，爐氣分析設(shè)備的分析精度，對爐氣流量校正計算的準確性，爐氣分析系統(tǒng)的響應時間，模型本身精度等，這些都對預報及控制效果有較大影響。

（3）用于爐氣分析的質(zhì)譜儀主要依賴進口，由于國內(nèi)生產(chǎn)秩序和原料條件差，導致生產(chǎn)環(huán)境和樣氣比較惡劣。從國外引進的氣體分析設(shè)備往往容易在取樣系統(tǒng)及分析設(shè)備本身出現(xiàn)問題，且國內(nèi)裝有質(zhì)譜儀的鋼廠，普遍缺乏專業(yè)的設(shè)備維護隊伍，因而時常因為設(shè)備不能正常運行而影響生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國煉鋼行業(yè)的不斷發(fā)展，自動化控制技術(shù)也將成為煉鋼過程中的主流技術(shù)之一。在這樣的大背景下，寶得鋼廠通過引進120噸轉(zhuǎn)爐，結(jié)合自動化程度較高的煙氣分析動態(tài)控制煉鋼技術(shù)，實現(xiàn)了煉鋼效率與質(zhì)量的雙重提升。并且結(jié)合自身生產(chǎn)實際對該套系統(tǒng)進行了一定程度地改良，不僅提升了對生產(chǎn)過程中碳元素濃度以及溫度的掌控力，還有效降低了發(fā)生安全事故的概率。對發(fā)展與發(fā)揚全自動化煉鋼生產(chǎn)工作的優(yōu)勢起到了關(guān)鍵性的作用。整套設(shè)備僅僅耗費了2000萬元資金，并且日常維護簡單，設(shè)備安全性強，長期運行也不會發(fā)生安全事故，在我國各中小型煉鋼企業(yè)中有較強的適用性。為了推動自動化生產(chǎn)的深入進行，應當予以推廣。

［1］張啟忠.100t豎式電爐煉鋼技術(shù)及應用[J].價值工程,2013(35).

［2］張德合.解析轉(zhuǎn)爐全封閉智能煉鋼技術(shù)的開發(fā)和應用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月）,2014(17).

湯靜］