轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制及技術(shù)應(yīng)用

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(dòng)態(tài)控制及技術(shù)應(yīng)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(yàn)控制到動(dòng)態(tài)智能控制是轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化的發(fā)展方向，而利用質(zhì)譜儀在線分析轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)自動(dòng)化最有效的途徑；介紹煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)在寶得鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用情況，對(duì)提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率，實(shí)現(xiàn)煉鋼自動(dòng)化，特別是對(duì)國(guó)內(nèi)中小型轉(zhuǎn)爐具有借鑒作用。

轉(zhuǎn)爐；煙氣分析動(dòng)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(dòng)態(tài)延期控制技術(shù)。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)檢驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)只要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行稍微地改變與提升，就能勝任更復(fù)雜的需求，確保高質(zhì)量的鋼鐵冶煉。在轉(zhuǎn)爐吹煉的過(guò)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(jì)算公式來(lái)計(jì)算得到脫碳速率以及鋼產(chǎn)品當(dāng)中碳的含量，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)有較高的幫助作用。

1 系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：（1）負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)爐爐氣采集，處理的低碳維護(hù)量的LOMAS系統(tǒng)；（2）在線分析質(zhì)譜儀；（3）轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)；

1.1 LOMAS煙氣采集和處理系統(tǒng)

在煙氣當(dāng)中有大量氣體，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(cè)到準(zhǔn)確的氣體成分，在系統(tǒng)內(nèi)部安排了兩個(gè)甚至更多的氣體探頭，并且有專(zhuān)門(mén)的儀器來(lái)分析氣體成分。分析工作主要利用了系統(tǒng)中的兩個(gè)探頭，對(duì)裝置內(nèi)的煙氣進(jìn)行周期性的取樣，并且預(yù)留了一個(gè)探頭來(lái)起到備用的作用，確保煙氣檢測(cè)處理工作的不斷進(jìn)行。

1.2 在線分析質(zhì)譜儀

在LOMAS系統(tǒng)完成對(duì)煙氣的分析工作之后，主要由在線分析質(zhì)譜儀來(lái)承擔(dān)對(duì)煙氣成分的分析工作，在計(jì)算機(jī)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(shí)間內(nèi)就能完成整個(gè)分析工作，并且還能在高效率的同時(shí)保證較好的工作精度。在不少于1.5秒的時(shí)間內(nèi)，就能完成整個(gè)煙氣的分析工作。在一些情況中，還能承擔(dān)起對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣成分的實(shí)時(shí)檢測(cè)工作，對(duì)CO、CO2等氣體的含量與比例進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確又高效的轉(zhuǎn)爐煙氣分析檢測(cè)工作，總系統(tǒng)一般由靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩個(gè)部分構(gòu)成。（1）靜態(tài)控制模型。在一個(gè)靜態(tài)控制模型中，系統(tǒng)要通過(guò)分析任務(wù)所要達(dá)成的目標(biāo)來(lái)靈活決定不同原料之間的比例，并且以此為基礎(chǔ)來(lái)確定整個(gè)冶煉方案。煙氣動(dòng)態(tài)分析生產(chǎn)方式最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是需要及時(shí)處理大量的信息，這樣的環(huán)境對(duì)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(huì)對(duì)模型進(jìn)行深度改進(jìn)，確保能夠承擔(dān)繁重的生產(chǎn)任務(wù)。（2）動(dòng)態(tài)控制模型。在動(dòng)態(tài)控制模型當(dāng)中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐的動(dòng)態(tài)控制是整個(gè)工作的基礎(chǔ)，并且能夠給予靜態(tài)模型一定的補(bǔ)償，確保其內(nèi)部物質(zhì)的平衡。在物理學(xué)物料平衡原理支持下，能夠建立起對(duì)靈活的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)平衡體系，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行及時(shí)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(yīng)用

目前，轉(zhuǎn)爐爐氣的主要利用價(jià)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(duì)于吹煉前后期CO含量較低的煤氣，往往棄之不用，不僅浪費(fèi)資源也對(duì)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(duì)這部分有用信息加以利用，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供充分的操作依據(jù)。

2.1 返干時(shí)CO和CO2的變化規(guī)律

如果吹煉過(guò)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(yīng)的異常變化。另外收放喉口、氧槍操作和添加輔助料也會(huì)對(duì)CO和CO2含量的變化產(chǎn)生影響，低槍位操作時(shí)候過(guò)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(diǎn)可由N2含量下降到最低點(diǎn)得到證實(shí)。同時(shí)，用于爐內(nèi)二次燃燒的氧量也減少，CO2含量下降，因?yàn)樵械腇eO參與脫碳反應(yīng)而被大量消耗，低槍位操作又使渣中FeO得不到應(yīng)有的補(bǔ)充，渣中FeO減少使?fàn)t渣變得粘稠，甚至僵硬，這一點(diǎn)可根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中取樣時(shí)，有時(shí)副槍全被戳折而得到證實(shí)。

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(shí)特征的區(qū)別，即CO曲線漸變與突變的區(qū)別。在總吹時(shí)間3/4處，CO曲線垂直上升，這是因?yàn)榇藭r(shí)降槍導(dǎo)致脫碳速率加大而引起CO含量突升。可見(jiàn)，正確判斷爐內(nèi)的冶煉狀況，要參考合理的操作制度。

2.2 噴濺時(shí)CO和CO2變化規(guī)律

當(dāng)CO含量突降時(shí)，往往意味著噴濺的來(lái)臨。研究認(rèn)為，當(dāng)CO含量低時(shí)，說(shuō)明大量的CO留存在爐渣中，當(dāng)積累到一定程度，就會(huì)以突然噴發(fā)的形勢(shì)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(shí)的爐氣中CO和CO2含量有一個(gè)突降、突升的變化，此時(shí)噴濺嚴(yán)重。當(dāng)爐渣變得粘稠，致使大量的CO不易排出，而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定,N2含量的突升說(shuō)明轉(zhuǎn)爐內(nèi)排出的氣體劇減，需要從爐口吸入空氣進(jìn)行補(bǔ)充。此時(shí)脫碳的反應(yīng)仍然連續(xù)高速地激烈進(jìn)行，源源不斷生產(chǎn)的CO大量積累在乳化系中，當(dāng)粘稠的爐渣中所積累的CO由量變到質(zhì)變時(shí)，則發(fā)生噴濺。另外，為解決返干而進(jìn)行提槍操作會(huì)使返干的爐渣上層富集大量的FeO，若爐渣渣層過(guò)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(diǎn)可由取樣時(shí)，取樣勺只能達(dá)到爐渣層一定深度便再也探不進(jìn)而得到證實(shí)。脫碳反應(yīng)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(shí)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(shí)CO2、N2含量下降時(shí)，則意味著渣中CO（FeO）減少，爐渣極可能已發(fā)生返干，應(yīng)立即提槍化渣。

3 爐氣分析技術(shù)存在的問(wèn)題

（1）爐氣分析法是利用爐氣成分的信息，由數(shù)學(xué)模型計(jì)算溫度，沒(méi)有副槍直接測(cè)量的數(shù)據(jù)可靠性高，在單純使用爐氣分析進(jìn)行動(dòng)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(zhǔn)確和穩(wěn)定，通過(guò)熱量平衡進(jìn)行計(jì)算。大部分爐氣分析模型對(duì)于溫度的預(yù)測(cè)仍然依靠靜態(tài)模型。

（2）爐氣分析法屬于間接測(cè)量方法，其精準(zhǔn)度受諸多原因影響，如稱(chēng)量設(shè)備的精度，吹煉操作，爐氣分析設(shè)備的分析精度，對(duì)爐氣流量校正計(jì)算的準(zhǔn)確性，爐氣分析系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，模型本身精度等，這些都對(duì)預(yù)報(bào)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(lài)進(jìn)口，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)秩序和原料條件差，導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境和樣氣比較惡劣。從國(guó)外引進(jìn)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(wèn)題，且國(guó)內(nèi)裝有質(zhì)譜儀的鋼廠，普遍缺乏專(zhuān)業(yè)的設(shè)備維護(hù)隊(duì)伍，因而時(shí)常因?yàn)樵O(shè)備不能正常運(yùn)行而影響生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)煉鋼行業(yè)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)也將成為煉鋼過(guò)程中的主流技術(shù)之一。在這樣的大背景下，寶得鋼廠通過(guò)引進(jìn)120噸轉(zhuǎn)爐，結(jié)合自動(dòng)化程度較高的煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)，實(shí)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(shí)際對(duì)該套系統(tǒng)進(jìn)行了一定程度地改良，不僅提升了對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(duì)發(fā)展與發(fā)揚(yáng)全自動(dòng)化煉鋼生產(chǎn)工作的優(yōu)勢(shì)起到了關(guān)鍵性的作用。整套設(shè)備僅僅耗費(fèi)了2000萬(wàn)元資金，并且日常維護(hù)簡(jiǎn)單，設(shè)備安全性強(qiáng)，長(zhǎng)期運(yùn)行也不會(huì)發(fā)生安全事故，在我國(guó)各中小型煉鋼企業(yè)中有較強(qiáng)的適用性。為了推動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)的深入進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)予以推廣。

［1］張啟忠.100t豎式電爐煉鋼技術(shù)及應(yīng)用[J].價(jià)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(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)（下半月）,2014(17).

湯靜］