鋼廠轉爐副槍自動化煉鋼系統改進與優化

摘要：煉鋼是鋼廠生存發展的命脈基礎，煉鋼需要對溫度、對碳含量進行準確的把握和分析。本文通過分析研究轉爐副槍自動化生產系統，結合對冶金相關原理以及冷卻原理的研究，分析轉爐煉鋼的特點和基本狀況，以期能夠對現有技術進行改進和優化，使之更加有效成熟。

關鍵詞：轉爐煉鋼;副槍;改進;優化

改革開放以來，鋼材產業快速發展，煉鋼技術也跟著迅猛發展。目前世界上使用最多的冶煉方式是轉爐煉鋼，并且為了能夠更好的控制溫度和碳質量分數，縮短氧氣轉爐煉鋼冶煉的周期，同時能夠提高出鋼的質量和效率，減少原材料的消耗，同時能夠減少人工成本，降低工人的勞動強度，副槍自動化煉鋼系統在各大鋼廠被廣泛的使用。

1.轉爐煉鋼

轉爐煉鋼即converter"steelmaking，就是將鐵合金、廢鋼、鐵水作為主要的原料，只依靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學反應產生熱量，而不借助其他的外加能源，然后在轉爐中完成煉鋼的全部過程的煉鋼方式。轉爐的工作原理其實就是首先將材料按耐火性能的不同分為酸性和堿性，其次，吹入爐內的氣體由于吹入的部位不同，有側吹、頂吹和底吹;同時按照吹入氣體種類的不同為分空氣轉爐和氧氣轉爐。材料、吹氣部位、氣體的不同，轉爐的功效也不同，例如堿性氧氣頂吹和頂底復吹轉爐，就因為其有著產量大病假生產速度快、單爐的產量高、同時成本低、相對而言投資少的特點，在目前煉鋼設備中是最為普遍使用的。轉爐主要是用于合金鋼、銅、鎳及碳鋼的生產冶煉的。

1.1轉爐煉鋼的流程

轉爐煉鋼的工藝流程主要是：首先，按照相關配料的比例，把廢鋼先裝入爐內，再在其中加入鐵水，同時需要加入一定量的造渣材料（比如生石灰之類的）。相關配料加入完畢后，就可以將氧氣噴槍由爐頂插入到爐內，吹入純度大于99%的高壓氧氣流，使其直接跟高溫的鐵水發生氧化反應，去除廢鋼中的雜質。這里需要說明的是純氧代替空氣是為了克服因空氣中含有的的氮氣造成的鋼質變脆的影響。去除廢鋼中含有的硫、磷，并且鋼水的成分和溫度都達到相關的理論要求后，就要停止吹煉，并且提升噴槍，這是就可以準備出鋼了。

出鋼時要將爐體傾斜，使得鋼水從出鋼口注入鋼水包中，并且加入脫氧劑進行脫氧反應并且同時能夠調節鋼水的成分。在鋼水符合出品要求后，就可以將鋼水澆成鋼的鑄件或者鑄成鋼錠，鋼錠通過加工可以軋制成各種鋼材。

在使用氧氣頂吹轉爐煉鋼時，會產生大量的由氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等組成的棕色煙氣，會造成空氣污染。因此，對煉鋼產生的氣體必須加以凈化和回收，從而避免環境污染。像氣體中的氧化鐵塵粒也是可以用來煉鋼的;而一氧化碳則可以作化工原料或燃料提供熱能;而煙氣帶出的熱量可以提供熱量出產水蒸氣。此外，在煉鋼時，生成的爐渣也是做鋼渣水泥的原材料，有些爐渣含有大量的磷，能夠通過加工制成磷肥。

2.副槍

在氧氣頂吹轉爐設備中，除供氧的氧槍以外，另外會裝備有一支類似于氧槍，同樣可以升降并直接插入熔池內的金屬槍，這就是副槍。在副槍的端部一般裝有功能不同的探頭，冶煉過程中分別用以測量爐內的溫度、成分含量等的信息，然后由鏈接的計算機設備將其測得的相關信息傳送到轉爐的主控制室內。

目前科技的發展，通過計算機編程管理使得升降副槍、裝卸探頭、傳送數據、探頭倉的裝料等都已做到了自動化和機械化。而為了轉爐煉鋼終點控制命中率的提高，最重要的是進一步調整吹煉過程中得到的鋼液的溫度、碳的含量、其他成分等的信息，然后通過制作較高級的動態控制模型，使得終點目標能夠準確命中。但是，轉爐工作是處于半封閉的狀態下的，這使得在不間斷吹煉過程中，同時獲取金屬熔池的信息的難度很大。因而，隨著轉爐煉鋼自動化程度的日益提高，通過利用副槍來探測熔池，成為獲得煉鋼過程中熔池內信息變化的最主要手段。

2.1副槍裝置優點

副槍裝置的優點主要變現為：

首先，副槍探頭功能齊全。因為副槍采用的是的外裝探頭式的結構模型，所以，在不同的需求下，可以插裝不同功能的探頭來完成相應的檢測目的，。

其次，副槍的槍體采用了水冷式的結構，這樣可以延長副槍的使用壽命，并且減少維護的費用。

最后，副槍機構的安全措施是多層次的，保障了運行的安全性。并且由于不斷改進了探頭的質量，采用副槍技術后的轉爐動態控制，碳、溫度的同時命中率，已可大于90%。

2.2副槍的組成

副槍是由旋轉框架及其驅動裝置，副槍槍體及升降小車，小車升降驅動裝置，探頭供給及插裝裝置，副槍槍體矯直裝置，探頭回收溜槽等組成的。副槍是轉爐計算機動態控制中最主要的設備，其構成由是一根水冷式三層鋼管，在鋼管的下端有一個一次觸發的探頭電極夾，在電極夾上是副槍：測溫探頭、測溫定碳探頭、測溫定氧探頭、測鋼水液面探頭四種探頭。

3.轉爐副槍自動化煉鋼系統改進與優化

副槍系統是煉鋼系統不可缺少的一個部分，其主要功能是在轉爐煉鋼過程中獲取并檢測相應的轉爐熔池中的各種信息，比如溫度、熔池液位、鋼水的成分以及碳的含量等。在實際應用中主要分為一次TSC測量，一次或者多次TSO測量。其中，TSC測量結果的準確性直接關系到動態模型計算和冶煉重點的命中率。

副槍系統在使用過程中會由于各種因素的影響而影響其使用的效果，并且影響相應的出鋼質量，歸結起來說主要是由于副槍機械運動的部分的硬件質量、副槍的數據分析系統計算的碳含量精準度和化驗室實際的碳含量的偏差造成動態模型計算準確度不高，副槍PLC和二級模型服務通訊故障。

針對副槍數據分析系統數據精準度的問題，具體研究發現，主要是對結晶的溫度和氧活度的計算結果出現較大的偏差。結晶溫度和氧活度的分析過程是采用找平臺的方法進行計算的。首先要設定平臺的質量代碼為A、B、C、D，分別代表了四份等級，A為最優級別，D為最差級別，然后再一定的時間內，數據的偏差會固定在一定的范圍之中嗎，從A開始搜索有效曲線，如果沒有滿足要求的，則重復搜索與B、C、D相匹配的有效曲線，有滿足要求的則計算出結果，若都沒有則測量失敗。

經過多次的測量和數據分析，反復的探究，可以發現原有的分析系統在數據曲線異常的情況下，依舊能夠得到滿足四個等級之一的有效曲線，計算出不準確的結果。為此，可以在數據采集速率達到40m/s的基礎上對數據先做出預過濾，縮短搜索曲線的范圍，然后變窄原有平臺上的各等級對應的數據搜索的長度和有效偏差范圍，從而使得數據分析結果的準確率得到提高。

4.結語

在改進副槍系統的同時還應該優化靜態計算系數、靜態分組，以及改進自學習效果。并且對于通訊程序也應該進行改進和維護，因為，副槍的自動化系統的提高能夠明顯提高煉鋼的生產技術水平，提高經濟效益。目前，我國對于副槍系統的改進和優化都處于摸索階段，只有不斷的深入研究，積累實踐經驗，查閱相關資料，借鑒相關科技提高自身的認識，次啊能更好的優化改革，提高鋼鐵的質量和產量，同時降低相應的成本，擴大收益。

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