楊帆

摘 要：在當(dāng)今的鋼鐵生產(chǎn)中，煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰的動(dòng)態(tài)變化特征成為現(xiàn)如今被重點(diǎn)研究的課題之一，因其和煉鋼過(guò)程中的吹煉的數(shù)據(jù)存在很大的關(guān)聯(lián)性，在煉鋼過(guò)程的不同吹煉時(shí)段，因煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰不同，吹煉的數(shù)據(jù)也會(huì)產(chǎn)生不同的規(guī)律。本文通過(guò)對(duì)煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口的火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)規(guī)律進(jìn)行研究，從而對(duì)爐口的火焰變化特征進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，使得出的相關(guān)規(guī)律可以為煉鋼轉(zhuǎn)爐的鋼鐵生產(chǎn)工作提供有效的幫助。

關(guān)鍵詞：煉鋼轉(zhuǎn)爐；火焰動(dòng)態(tài)變化；吹煉數(shù)據(jù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.071

1 我國(guó)煉鋼工藝現(xiàn)狀

在我國(guó)當(dāng)今的工業(yè)體系當(dāng)中，鋼鐵工業(yè)占到了極其重要的地位，由于各種重工業(yè)都需要鋼鐵，煉鋼工業(yè)的發(fā)展程度也就是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度。在我國(guó)現(xiàn)今的煉鋼工業(yè)中，煉鋼工藝大多采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，使用轉(zhuǎn)爐煉鋼的企業(yè)占到了煉鋼企業(yè)中的百分之80左右。

轉(zhuǎn)爐煉鋼，是一種使用鐵水、廢舊鋼鐵以及鈦合金等金屬為原材料的煉鋼工藝。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，煉鋼爐并不需要使用外加的能源，主要是用融化的鐵水自身產(chǎn)生的熱量以及融化的鐵水中各種化學(xué)成分之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量從而在煉鋼轉(zhuǎn)爐中實(shí)現(xiàn)鋼鐵的提煉。在煉鋼轉(zhuǎn)爐中，煉鋼的耐火材料有兩種，堿性和酸性，煉鋼轉(zhuǎn)爐也因?yàn)槟突鸩牧系牟煌譃閴A性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐。由于煉鋼中轉(zhuǎn)爐內(nèi)有氣體吹入，根據(jù)部位的不同分為三種，底吹、頂吹和側(cè)吹。根據(jù)吹入的氣體種類的不同，煉鋼轉(zhuǎn)爐分為氧氣轉(zhuǎn)爐和空氣轉(zhuǎn)爐。其中，使用氧氣吹入，從頂部吹入，且耐火材料為堿性的煉鋼轉(zhuǎn)爐因?yàn)楦黝惣夹g(shù)指標(biāo)較高，生產(chǎn)速度較快，成為當(dāng)今大多數(shù)工廠最先使用的煉鋼爐。

在煉鋼過(guò)程中，碳含量和溫度是兩個(gè)非常重要的指標(biāo)，對(duì)碳含量和溫度的控制直接決定了煉出來(lái)的鋼鐵的質(zhì)量好壞。在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，對(duì)于碳含量以及對(duì)于溫度的控制其實(shí)就是對(duì)于煉鋼終止過(guò)程的控制。在現(xiàn)如今的煉鋼工藝中，大多數(shù)情況還是通過(guò)人工的方式控制其煉鋼終點(diǎn)，但這種方法太依靠工人的經(jīng)驗(yàn)，如果工人經(jīng)驗(yàn)不足，熟練程度不夠或者存在其他主觀因素，很可能導(dǎo)致煉鋼終點(diǎn)判斷失誤。在另一種靜態(tài)控制方法中，從鋼鐵吹煉的初始狀態(tài)開(kāi)始進(jìn)行分析，將其中的各種參數(shù)定量計(jì)算，從而對(duì)煉鋼終點(diǎn)進(jìn)行明確地判斷。這種方法較為靜態(tài)，而轉(zhuǎn)爐煉鋼中的各類參數(shù)是不斷變化當(dāng)中，其中涉及到的各類反應(yīng)非常的復(fù)雜，導(dǎo)致這種方法的精度提不上去。還有一種方法就是動(dòng)態(tài)控制方法，在動(dòng)態(tài)控制方法中，操作人員使用專業(yè)的探頭和相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)工具對(duì)煉鋼過(guò)程中煉鋼轉(zhuǎn)爐中的鋼水溫度進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，并從而判斷其中的含碳量大小，但這種動(dòng)態(tài)控制方法也存在相關(guān)缺陷，例如這種方法雖然屬于動(dòng)態(tài)控制，但其只能做到間斷性地檢測(cè)，并非實(shí)時(shí)。而且由于探頭一直是在高溫且腐蝕性較高的環(huán)境中工作，探頭時(shí)常需要進(jìn)行更換，這使得這種方法的操作成本非常高[1]。

因此，對(duì)煉鋼爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而提出一種使用火焰邊界的變化特征判斷吹煉重點(diǎn)的鋼鐵提煉方法，對(duì)火焰的形變進(jìn)行動(dòng)態(tài)細(xì)致的描述，對(duì)其中存在的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，是極為重要的。

2 吹煉數(shù)據(jù)和火焰動(dòng)態(tài)變化特征之間的關(guān)系

2.1 煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征

在煉鋼轉(zhuǎn)爐的火焰中，火焰的邊界處一直是一種不斷變化的狀態(tài)，相關(guān)人員需要對(duì)其中的火焰邊緣變化繪成圖像，對(duì)其動(dòng)態(tài)的變化特征進(jìn)行描述，在煉鋼爐吹煉過(guò)程中，吹煉的不同時(shí)期，火焰的變化幅度也不盡相同。在其吹煉的前期、中期和后期，火焰的變化呈現(xiàn)出的規(guī)律性也不盡相同，對(duì)其中顯示出的不同規(guī)律進(jìn)行研究，是非常重要的過(guò)程。在分析的過(guò)程中，相關(guān)人員需要對(duì)火焰的邊界進(jìn)行建模分析，并對(duì)其動(dòng)態(tài)形變過(guò)程進(jìn)行分析。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同時(shí)期，火焰邊界的變化規(guī)律分為以下幾個(gè)：

（1）在吹煉的前期，火焰邊界的變化范圍主要是在爐口處，在其變化過(guò)程中，主要是是一種較小幅度的變化，變化的范圍也較小。（2）在吹煉的中期，火焰邊界的穩(wěn)定性極差，在此時(shí)，火焰邊界的形狀大多為一種噴射形狀，火焰邊界的變化非常的劇烈，其變化的幅度很大，變化的范圍也較廣。（3）在吹煉的末期，煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰大多都集中在爐口附近，其形狀基本無(wú)變化，比較穩(wěn)定，變化的范圍非常小。

根據(jù)火焰邊界形變大小分析，吹煉中期的火焰邊界形變最為劇烈，具體排序?yàn)橹衅?前期>末期[2]。

2.2 火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

根據(jù)以上的動(dòng)態(tài)分析實(shí)驗(yàn)，可以得出一些結(jié)論：

（1）在吹煉的前期，由于吹煉過(guò)程剛剛開(kāi)始，吹煉爐爐內(nèi)的溫度還比較低，由于溫度會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速度，溫度較低，化學(xué)反應(yīng)的速度也較低。因此，在這個(gè)時(shí)期，吹煉爐內(nèi)碳的氧化速度非常低，且比其他的雜質(zhì)氧化速度還低。在吹煉的前期，火焰的邊界只會(huì)在吹煉爐爐口范圍內(nèi)小幅度地進(jìn)行變化，形狀也較為穩(wěn)定，范圍較小。

（2）在吹煉的中期，由于吹煉的過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，吹煉爐爐內(nèi)的溫度一直在上升，到此時(shí)溫度已經(jīng)非常高，進(jìn)而使化學(xué)反應(yīng)速度急劇加快。吹煉爐爐內(nèi)的碳被急劇氧化，從而使得火焰邊界的變化非常劇烈，變化幅度較大，形狀呈現(xiàn)一種噴射狀，變化的范圍也非常之廣。

（3）在吹煉的末期，吹煉爐中溫度大小和含碳量大小都達(dá)到了鋼鐵提煉的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，此時(shí)，溫度已經(jīng)不需要再提升了，因此，火焰的變化幅度較小，形狀也比較穩(wěn)定。火焰大多都聚集在煉鋼爐爐口，變化的范圍也比較小，此時(shí)，爐口的火焰形狀呈現(xiàn)出一種細(xì)長(zhǎng)而且有些彎曲狀[3]。

綜上所述，通過(guò)對(duì)煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征與吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并進(jìn)行相關(guān)分析，從而研究出新的方法準(zhǔn)確判斷火焰邊界的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)。同時(shí)，將這種方法加以利用，應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中的煉鋼終點(diǎn)判定過(guò)程中，從而改進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝特點(diǎn)，進(jìn)而為當(dāng)今的煉鋼工藝其中出現(xiàn)的一些問(wèn)題提供一種新的解決思路，使我國(guó)的煉鋼工藝能更進(jìn)一步，從而為我國(guó)的各類重工業(yè)提供更好的服務(wù)，為我國(guó)的工業(yè)建設(shè)提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤佳，王紹純.通過(guò)轉(zhuǎn)爐爐口火焰紋理分析判斷氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（06）：524-528.

[2]溫宏愿，趙琦，陳延如等.基于爐口輻射和改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（11）：2131-2135.endprint