李國輝

（河北鋼鐵集團唐鋼新區(qū)熱軋部，河北 唐山 063000）

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

在過去，我國的煉鋼行業(yè)主要工藝更多的是依托工程人員的個人經(jīng)驗和觀察，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。而這樣通過目測進行分析的方式單純依靠的是技術(shù)人員的工作經(jīng)驗，缺乏科學的手段，如果技術(shù)人員經(jīng)驗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重的質(zhì)量問題[1]。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(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，過低會提高氮和氧的含量，過高又會使鋼的磷、硫脫離得不夠徹底，從而影響鋼的品質(zhì)，進而造成原材料的浪費消耗，也容易增加熔爐等生產(chǎn)成本。而如今，在計算機技術(shù)的支撐下，我國的鋼產(chǎn)業(yè)引入了更加科學的方式，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，將其導入計算機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。當前轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)的衍生過程大概包括人工經(jīng)驗控制技術(shù)、靜態(tài)控制技術(shù)、動態(tài)控制技術(shù)、自動控制技術(shù)等[2]。

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

上個世紀中期階段，煉鐵技術(shù)人員便進行了非常精密的相關(guān)熱力學實驗研究，經(jīng)過對有關(guān)數(shù)據(jù)信息的細致分析，科學計算了煉制鋼鐵的具體情況。對鋼鐵冶煉爐內(nèi)不同材料間存在的具體化學反應(yīng)及產(chǎn)生的熱量來看，主要運用了計算機技術(shù)進行轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)狀況分析。而所采用的轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)能力的強弱與煉鋼生產(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，當碳的含量太高的時候，無法滿足鋼種的相關(guān)規(guī)定，并且阻礙到終點脫磷；而如果含量太低的時候，則提高了鋼水終點氧與氮含量。實際上，溫度高低與原料冶煉時間、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)爐煉鋼終點控制技術(shù)在應(yīng)用的過程當中，會涉及到諸多不同類型的技術(shù)，如人工經(jīng)驗管控技術(shù)、靜態(tài)與動態(tài)管控技術(shù)及自動化管控技術(shù)等[3]。

3 各類轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)具體分析

3.1 靜態(tài)控制技術(shù)

靜態(tài)控制技術(shù)依托于計算機技術(shù)，通過將鋼材的原料、鋼水等數(shù)據(jù)導入計算機分析，然后利用提前建立的靜態(tài)模型模擬鋼材的冶煉過程，再通過該模型對冶煉所需投入的材料比例、時間節(jié)點、冷卻劑的投入量、吹煉終點的目標、熔煉材料的投入比例及含硫量等數(shù)據(jù)進行模擬實驗，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 動態(tài)控制技術(shù)應(yīng)用

動態(tài)控制技術(shù)將靜態(tài)控制作為基礎(chǔ)，借助爐氣分析儀、副槍等對吹煉期間檢測有關(guān)變量隨時間變化的動態(tài)信息，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼的重點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到預定的吹煉目標。其中的代表方法為爐氣分析法和副槍動態(tài)重點控制技術(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數(shù)和爐內(nèi)脫碳速率進行迅速分析，副槍動態(tài)重點控制技術(shù)的能力將轉(zhuǎn)入煉鋼期間動態(tài)吹氧量進行精確控制，通常情況下，爐氣分析法和副槍動態(tài)終點控制技術(shù)會共同使用。

3.3 人工經(jīng)驗控制技術(shù)

該技術(shù)的內(nèi)核和轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點控制技術(shù)相同，有很長的應(yīng)用時間，而在長時間的應(yīng)用中，該技術(shù)也進行了一些改良和調(diào)整，例如，通過在發(fā)現(xiàn)鋼水的變化達到標準時停止注入氧氣，或在其他情況下對氧氣進行補充的補吹法，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的損耗。該種方法通過煉鋼技術(shù)人員進行視覺分析，觀察鋼水煅燒過程中的表現(xiàn)估計碳含量比例，依托于煉鋼技術(shù)人員的工作經(jīng)驗來調(diào)整鋼水的質(zhì)量。

4 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)的應(yīng)用要點

4.1 加大光學圖像方法的運用力度

通常情況下，盡管光強光譜的測定技術(shù)與理論知識均十分成熟，不過有關(guān)設(shè)備要求在離轉(zhuǎn)爐很近的位置運作，會被高溫所干擾，這就減少了設(shè)備的使用年限。對爐口相應(yīng)的光強光譜而言，在吹煉時會表現(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，測定爐氣的構(gòu)成，從而明確終點，如下圖1 所示。

圖1 光學圖像方法

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

4.2 確保動態(tài)管控技術(shù)運用的科學性

首先，合理運用副槍技術(shù)。通過借助副槍技術(shù)，可以科學管控轉(zhuǎn)爐煉鋼時相應(yīng)的動態(tài)吹氧量，讓耗氧量下降，并減小補吹的數(shù)量，進一步增強冶煉的成效，完善相關(guān)的運行條件。例如，日本一些企業(yè)合理應(yīng)用副槍技術(shù)之后，終點的命中率超過了91%。其次，氣分析法的科學利用。該類方法主要應(yīng)用了質(zhì)譜儀設(shè)備，持續(xù)測定爐口逸出氣體的構(gòu)成成分，并及時將獲取到的脫碳速率、氧體積分數(shù)等相關(guān)結(jié)果反饋到相應(yīng)的動態(tài)管控模型中，再科學調(diào)控有關(guān)吹氧量。顯而易見，該方法屬于間接測定的方式。

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)爐煉鋼鐵水預處理比的指標含義是指經(jīng)過預處理的鐵水量占入轉(zhuǎn)爐鐵水量的比例。該指標既反映了企業(yè)煉鋼工藝程度，也反映了煉鋼對鐵水的要求程度。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)還是沒有實現(xiàn)自動化，還是極大地依賴于人工勞動和實踐經(jīng)驗。如果沒有自動化，操作人員需要借助多年的經(jīng)驗才能決定熔渣何時開始進入中間包，以及何時需要更換鋼包。這一步驟是主觀的、容易產(chǎn)生錯誤的，而且極大地取決于操作人員的警惕性。決定何時停止鋼水從鋼包中流出是非常重要的，因為過早停止該工序就會影響產(chǎn)量，而過晚關(guān)閉出流閥門則會讓熔渣進入連鑄工序。連鑄工序?qū)τ谧詣踊b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，都會嚴重影響大多數(shù)傳感器和其他儀器的使用壽命。

4.5 注重對靜態(tài)管控技術(shù)的科學利用

靜態(tài)管控技術(shù)，存在著一定的先進性優(yōu)勢。當依靠這種技術(shù)方式管控轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程當中，需要合理設(shè)計相關(guān)的冷卻劑和熔煉材料，以靜態(tài)的形式開展實驗，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，可以借助計算機技術(shù)以人為的方式完成對靜態(tài)控制模型的設(shè)定，并且采用模擬方法，合理設(shè)計和調(diào)控該冶煉過程中使用的物料比重與時點情況，確保符合相關(guān)標準要求，從而降低因為人工經(jīng)驗不足致使煉鋼生產(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)展熱圖像攝像機出現(xiàn)于20 年之前。作為一種非接觸型技術(shù)，它不會出現(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)射率的差異在整個紅外光譜上都在改變，在較長波長上，二者的差別更大?？刂剖页尸F(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，并檢測熔渣何時開始傾倒。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，這使得紅外攝像機可以記錄實時圖像，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，當檢測到熔渣時，顯示器就會發(fā)出報警信號。即便是絕對溫度與鋼水相同，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

目前，我國的鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量雖然已經(jīng)受到了更高的認可，不過距離真正的國際發(fā)達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)驗為主的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，靜態(tài)控制和動態(tài)控制技術(shù)將成為主流的終點控制技術(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，并且該要求較為迫切。

6 結(jié)語

綜上所述，為了能夠進一步提高轉(zhuǎn)爐煉鋼實際的生產(chǎn)效率，就需廣大技術(shù)人員能夠積極投身于實踐探索當中，積累更多關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)實踐應(yīng)用經(jīng)驗，充分把握終點的控制技術(shù)各項應(yīng)用優(yōu)勢，將其巧妙地運用至轉(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，以便增強轉(zhuǎn)爐煉鋼終點控制技術(shù)的實際應(yīng)用效果，進而確保我國鋼鐵冶煉的效率和質(zhì)量。