試論轉爐煉鋼終點控制技術

摘要：轉爐煉鋼是鋼鐵生產廠的重要生產和制造工藝，隨著科學技術的發展和社會生產規模擴大以及優化生產結構與升級生產工藝的要求，在轉爐煉鋼的生產中，終點控制技術已經成為限制轉爐煉鋼工藝和質量的關鍵環節。提高轉爐煉鋼的終點控制技術能夠極大的降低能源消耗并提高煉鋼的生產效率和生產廠家的經濟效益。

關鍵詞：轉爐煉鋼；終點控制；技術探討

0.引言

轉爐煉鋼終點控制技術作為轉爐冶煉技術的后期操作是非常關鍵的技術操作，終點控制水平對產品質量和生產效率都有直接的影響。轉爐煉鋼終點控制技術包括對鋼水的溫度和碳含量的控制，其中的碳含量控制過低會提高鋼中的氮和氧的含量，但是如果控制的過高則會導致鋼的脫磷和脫硫效果變差，從而影響鋼的品質；而終點控制在溫度上如果控制的過高或過低也會不同程度的增加冷卻劑及副原材料的消耗，從而增加冶煉的時間和冶煉金屬的消耗，對爐襯壽命產生很大的影響。轉爐煉鋼的終點控制技術有拉碳補吹法、一吹到底增碳法、成分測算法等，在煉鋼過程中還要注重對終點的靜態和動態控制，并積極引進先進的和智能型的終點控制技術，提高轉爐煉鋼的質量和效率。

1.轉爐煉鋼終點人工經驗控制技術

1.1.拉碳補吹法

拉碳補吹法是一種比較常見的以人工經驗為主的控制技術。主要工作內容是在吹煉后期，根據鋼中的碳含量來判定是否達到目標和停止吹氧，但這種終點控制方法是以人工經驗判定為主的。但是，在鋼的中、高碳含量生產過程中，由于鋼中碳含量較高且碳的氧化速度比較快，所以人工經驗判定鋼中碳含量的難度比較大，此時，高拉碳加補吹調整的操作技術則是最佳的終點控制方法[1]。這種方法的操作前提條件是要對供氧時間及其耗氧量以及吹煉時鋼的特征來考慮，將終點判定定位在稍微高于煉鋼中實際碳含量的上限，同時，在取樣與測定溫度后對煉鋼的溫度進行調節并補吹。

拉碳補吹法的操作的特征在于終點鋼水中含氧量較少，鋼中錳含量較高、脫氧劑消耗較少、金屬獲得率較高，此方法適合中、高碳鋼的冶煉，但是它的終點一次命中率低。

1.2.一吹到底增碳法

此種方法是低拉碳加調溫再加增碳的終點控制法。它的優點在于吹煉過程中無需倒爐和抬槍，可以一吹到底，實現對鋼碳含量和溫度的控制，溫度調整后即可出鋼，且用增碳法使鋼中碳含量達到標準。一吹到底增碳法節省時間、操作穩定、化渣效果好、脫磷和脫硫率高，終點一次命中率高，能達到85%以上。這種方法在低碳鋼和高廢鋼低鐵水的冶煉中效果明顯[2]。

1.3.質譜儀定碳法

質譜儀定碳法是利用質譜儀對爐氣中的成分進行分析后預測吹煉鋼時的碳含量，是一種氣相定碳法。其實，氣相定碳法還有紅外分析儀，但是質譜儀的使用范圍更加廣泛。它的工作原理是將氦和氬等惰性氣體作為示蹤劑，然后根據氣體的物料平衡管理計算冶煉過程中的煙氣流量，從而測定吹煉過程中鋼的碳含量。例如，用氬氣來測定，就是根據煙氣中的氬含量來計算出煙氣流量，以及煙氣組成成分的含量及計算所得的煙氣流量來評價渣中氧氣吸收速度及熔池中的脫碳速度，然后就能得到鋼中碳含量了。

2.提高轉爐煉鋼的其他終點控制技術

2.1.靜態控制

轉爐煉鋼終點控制的靜態控制方法是一種預測性和基礎性的控制手段。主要是根據煉鋼靜態模型分析來進行，根據原材料、鋼的成分分析、溫度等方面的基本數據并按照熱平衡和物料平衡原理來計算冶煉公式，從而得出廢鋼、鐵水、渣料、冷卻劑、鐵合金和氧的使用量等基本數據，這樣可以有計劃的進行物料裝入和規范的吹煉，使得轉爐煉鋼的終點變得可控和可預見。

靜態控制以靜態模型的建立為基準，對人工經驗的隨機性和不可預見性有很好的完善作用。常用的靜態模型有經驗模型、機理模型、人工神經網路模型和統計模型，在實際應用中可以根據冶煉的情況選擇合適的模型。但是靜態模型對真實的冶煉狀況并不能完全預測，所以它在終點命中率上有很大的局限性。

2.2.動態控制

轉爐煉鋼終點的動態控制要以靜態控制為前提，在吹煉后期采用爐氣分析儀、副槍火自動測溫設備等來檢測吹煉變量在吹煉過程中發生的動態變化，并根據檢測到的動態信息和數據進行分析，對出現問題的變量進行及時的在線修正。以爐氣分析儀為例，它是在吹煉的后期對爐氣口逸出的氣體進行檢測，從而計算出熔池脫碳率，這樣可以對鋼水成分和溫度做出準確的判定。同時，根據檢測的氣體成分和計算結果實現對系統的調整和對終點的預測[3]。

動態控制的優點在于它可以對冶煉中的鋼的溫度和碳含量這些動態信息做出連續性的預測和報告，并及時進行調整和修正。爐氣分析儀安裝不受爐口尺寸大小的局限。爐氣分析儀對轉爐煉鋼終點的含碳量較低的鋼水其終點命中率是很高的，可以達到90%以上。但是不可否認的是，動態控制儀器設備都是大型的且構造復雜的，在日常保養和維修上都會耗費較高的人力和財力。

2.3.自動控制

轉爐煉鋼終點控制技術的自動控制是將靜態控制技術和動態控制技術結合起來的一種綜合控制方法。對終點溫度、鋼的碳含量的動態測定、原材料和氧氣的加入都有非常好的控制和調整。轉爐自動吹煉技術很早就出現并得到廣泛的應用。例如，人工神經網路技術、爐渣在線檢測技術、模糊判斷技術等。以人工神經網絡技術為例，它是根據終點影響因素的非線性關系利用人工智能靜態控制與動態控制模型來處理和分析各因素的變化和反應能力，從而提高轉爐煉鋼的終點命中率[4]。

3.結語

現代煉鋼技術的發展和科學技術的進步使得轉爐煉鋼的終點控制技術從靜態、動態和自動化三方面獲得了發展，并以自動化控制為發展方向。轉爐煉鋼控制技術正走向智能化、科技化、現代化，轉爐煉鋼的效率和產品質量將會大大提高。

參考文獻：

[1]李秀濤.轉爐煉鋼終點控制技術的探討[J].科技論壇，2013，5（15）.

[2]胡燕，何臘梅.轉爐煉鋼中點控制技術及應用[J].鋼鐵技術，2009，12（25）.

[3]許剛，雷洪波，李驚鴻等.轉爐煉鋼終點控制技術的發展[J].控制理論與應用，2012，2（8）.

[4]陳鳳銀.轉爐煉鋼終點控制技術[J].儀器儀表學報，2008，11（20）.