轉爐煉鋼終點控制關鍵技術研究

張傳來 賴建華

摘 要：轉爐煉鋼是世界上應用最高效、最普及的技術，而煉鋼過程中最重要的環節就是終點控制技術。終點控制的好壞，對于提高鋼水的質量以及最終產品的形成都具有十分重要的意義。本文主要對轉爐煉鋼過程中終點控制關鍵技術的現狀和方法進行詳細分析，通過比較合理選擇終點控制技術，達到提高終點控制水平的目的。

關鍵詞：轉爐煉鋼；關鍵技術；動態控制

由于原料的不穩定和冶煉過程的復雜，終點控制技術仍然是轉爐煉鋼采用的最難控制的技術。幾乎可以說，轉爐煉鋼過程中的時間，鋼水溫度、成分等是非常難控制的關鍵技術。在冶煉技術還未十分成熟的早期，轉爐煉鋼終點控制大多依靠人工經驗，即便是現在也還被許多小型鋼鐵企業采用。

終點控制主要的技術方法

轉爐終點控制技術的發展經歷了人工經驗控制、靜態控制、動態控制和全自動控制[1]。

人工經驗控制

拉碳補吹法

拉碳補吹法是常見的人工經驗控制技術，主要是在吹煉過程中達到終點而停止吹氧，但是一些中、高碳鋼種的含碳量脫碳速度較快，如果一次判別終點，就容易出差錯，所以在高拉碳時，需要進行補吹調整。我們國家一般是根據吹煉時的具體情況來拉碳，如依據供氧時間、耗氧量等。

一吹到底增碳法

所謂一吹到底增碳法，就是按照低碳鋼的標準控制終點，在出鋼的過程中去增碳，這樣可以更準確地達到所需的含碳量。

增碳劑則希望純度和質量越高越好，硫含量則希望低些，以免污染鋼水。這種方法雖然容易，但增碳過程關鍵要掌握好兩個地方：增碳劑質量和增碳劑收得率。

靜態控制

所謂靜態控制，即是按照事先知道的原材料條件和吹煉操作條件，根據吹煉終點的目標溫度及含碳量，在靜態模型上細致算出冷卻劑量、造渣材料等，并根據此進行吹煉，吹煉過程中依然按原有方法進行吹煉控制。這種方法需要用到理論模型，靜態理論模型一般是根據物料和熱平衡計算，通過若干平衡方程計算出供氧量、廢鋼量、石灰量等的數據信息，甚至還有人把冶煉過程的物理化學原理也包括在函數中。另外一種是經驗模型，只考慮輸入變量和輸出變量，運用統計學方法歸納模型。

動態控制

所謂動態控制，就是基于靜態控制，通過運用副槍、爐氣分析儀等檢測吹煉過程中有關變量隨著時間變化的動態情況，及時根據動態情況修正吹煉參數，期望達到預先的目標。轉爐動態控制技術主要是兩種：副槍動態終點控制和爐氣分析動態控制。

爐氣分析法

爐氣分析法是運用質譜儀來檢測轉爐成分進行連續預測吹煉過程中鋼水碳含量的方法，紅外分析儀和質譜儀是常見的兩種儀器，其中質譜儀使用最普遍。由于在很差的爐氣環境中氣體探針需要經常維修，耗費許多時間，因而不能及時提供有關數據。

副槍動態控制技術

所謂副槍動態控制技術是指在接近吹煉終點時，向熔池內插入副槍，檢測熔池的溫度和碳含量并取金屬樣。根據檢測數據和化驗結果來修正靜態模型的最終結果，確定達到吹煉終點所需要的供氧量和原料的劑量，提高轉爐冶煉自動化率和終點命中率，配合計算機實現對轉爐冶煉的動態控制[2]。

通過運用副槍技術，可以很好控制轉爐煉鋼過程的動態吹氧量，降低氧耗，減少補吹次數，來改善冶煉效果和工作條件。

全自動控制

全自動控制是指用計算機對冶煉終點進行自動控制的方法，隨著計算機的發展，轉爐自動控制的發展也很迅速。早期轉爐的自動控制效果不甚理想，受限于物理化學反應式或經驗公式。六七十年代則主要開發一些儀表檢測爐內反應的情況，并且像聲納儀、氧槍振動儀等各種檢測槍都被發明出來，數學模型也逐步建立和成熟完善起來，從而對吹煉過程進行實際控制。

不同終點控制技術的比較選擇研究

對于鋼鐵企業來說，人工經驗模型和靜態控制模型都已經被熟練掌握了。對于一些小型鋼鐵企業，小型轉爐由于經濟原因和自身的優點對他們依然具有吸引力，而且在很大程度上有存在的必要。小型轉爐的自動化水平比較低，其終點控制設備投入有限，因而大多依靠人工經驗來控制。根據這種情況，主要方向是開發一些投入較少、適用可靠的終點控制靜態模型。靜態模型的建立需要通過原材料精料控制和準確檢測保證具有一定精度的爐料和供氧量。靜態控制階段的主要特征是以碳含量、溫度控制為主，實現終點的基本命中。

動態控制階段的主要特征是在吹煉后期測定熔池碳含量、溫度，對靜態模型進行動態校正，實現終點的精確命中。副槍和爐氣作為工業化程度最高的轉爐終點控制技術，與傳統的人工經驗控制技術和靜態模型技術相比，終點控制的精度很高。爐氣分析法對于中高碳鋼的命中率比較低，在大型鋼鐵企業中常常與副槍搭配著使用。但副槍的整體尺寸大，設備昂貴，不容易維護，比較適用于大型轉爐。

轉爐自動化控制則涉及許多技術性問題，需要加強原材料的管理和提升入爐材料的質量；還需要齊全又穩定可靠的初級測量儀表，滿足數學模型的進度要求；最后還需要有規范化的操作流程和制度，嚴格按照操作規程和制度操作，加上完善的數學模型及連接的計算機，才能最終實現轉爐煉鋼的終點控制。

結語

隨著現代鋼鐵冶煉技術的逐步提升，轉爐終點控制技術大致經歷人工經驗控制、靜態控制、動態控制和自動控制等幾個階段。對于不同的鋼鐵生產企業，應該依據實際情況選用不同的終點控制技術。

（作者單位：新余鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠）

【參考文獻】

[1]馮士超，王艷紅，丁瑞鋒.轉爐煉鋼終點控制技術應用現狀[J].冶金自動化，2016，40（02）.

[2]劉超.轉爐煉鋼終點控制技術研究及應用[J].特鋼技術，2013，19（03）.