唐鋼新區二煉鋼車間轉爐工序先進技術應用

安連志，吉祥利

（唐鋼國際工程技術股份有限公司，河北063100）

0 引言

目前，我國煉鋼行業正在快速發展，轉爐煉鋼的新技術和裝備取得了長足的進步，其自動化水平和智能化水平也提升到一個新的高度。這些新技術和裝備極大促進了轉爐煉鋼事業的發展，有效提高了轉爐煉鋼的生產效率和產品質量水平，為鋼鐵企業產品轉型升級、增加市場競爭力夯實了基礎。

河鋼唐鋼新區二煉鋼車間，建有3 座公稱容量100 t 的頂底復吹轉爐，為新區棒線材及型材生產線提供鑄坯。該轉爐煉鋼工序應用了多項國內先進成熟的技術和裝備，具有較高程度的自動化和智能化水平。本文以唐鋼新區二煉鋼車間轉爐系統配置及特點為例，對轉爐頂底復合吹煉、轉爐智能化自動煉鋼和轉爐自動出鋼等先進技術和裝備的應用情況進行了詳述，并對這些先進技術和裝備的應用效果進行了總結。

1 轉爐系統配置及技術特點

1.1 轉爐系統主要配置

本項目轉爐系統主要設備配置如表1 所示。

表1 轉爐系統主要設備配置

1.2 主要技術特點

轉爐系統主要采用下述先進工藝、設備和技術：

（1）頂底復吹技術。該技術可有效控制終轉爐冶煉終點氧含量，降低原、輔料消耗，縮短吹煉時間、提高金屬收得率和氧氣利用率，提高轉爐生產的綜合經濟效益[1，2]。

（2）副槍自動化煉鋼技術。該技術可以提高轉爐終點碳、溫目標命中率，在實現轉爐煉鋼標準化作業同時，減輕工人勞動強度，縮短冶煉周期，提高轉爐煉鋼生產效率。

（3）音頻化渣技術。該技術配合轉爐副槍系統使用，可以實現轉爐全程自動煉鋼，縮短冶煉周期，降低工人勞動強度和原材料消耗，提高冶煉效率和冶煉終點命中率[3]。

（4）轉爐自動出鋼技術。該技術避免了由于人員判斷不準確所引發的安全操作事故，有利于煉鋼工序標準化生產，可以有效提高煉鋼成功率，改善工人的工作環境，降低工人的勞動強度。

2 轉爐頂底復吹工藝

2.1 轉爐頂底復吹工藝特點

轉爐頂底復合吹煉工藝是轉爐煉鋼工藝的一項重大技術改革，即由轉爐頂部吹氧的同時從轉爐底部供給惰性氣體（N2/Ar）的一種轉爐煉鋼方法。該技術兼有頂吹與底吹轉爐兩種工藝的技術優勢，作為轉爐高效冶煉的關鍵技術，目前業已成熟。復吹工藝可以強化熔池攪拌，使［C］、［O］反應接近平衡，降低鋼水和熔渣中的氧含量，提高鋼水中的余錳含量，提高合金收得率；由于轉爐底部惰性氣的攪拌，可改善轉爐冶煉反應的動力學條件，提高脫磷、脫硫效率；同時復吹工藝具有成渣快、吹煉平穩、熔池溫度和化學成分均勻的特點，可有效控制吹煉過程噴濺的發生，降低鋼鐵料、合金料及輔料的消耗。因此，復吹工藝不僅可以提高轉爐冶煉效率、降低冶煉成本，還可提高的鋼質量，更適合優質鋼的冶煉。

2.2 轉爐頂底復吹系統構成

轉爐頂底復吹系統主要由轉爐氧槍頂吹系統和轉爐底吹系統構成。

2.2.1 轉爐頂吹系統

轉爐頂吹系統主要由氧槍在線快速更裝置和氧槍在線刮渣裝置構成。

（1）氧槍快換裝置。氧槍快速換槍技術可以縮短氧槍換槍時間，提高轉爐冶煉效率，降低工人勞動強度。氧槍快換裝置結構特點：槍尾快換裝置采用不銹鋼“凹、凸”插接件，通過三層O 型密封圈密封的形式來完成；升降車上設調整板，調整板相對于小車平面360°范圍內可調；氧槍通過調整板上的導輪旋轉偏心軸進行調整。上述結構特點在實現快速換槍的同時，可以確保氧槍與氧槍升降橫移的快速精準對位。

（2）氧槍在線刮渣裝置。氧槍在線刮渣裝置的應用，有效的解決了人工清渣勞動強度大和工作環境差的問題。氧槍在線刮渣裝置布置及特點：唐鋼新區二煉鋼車間100 t 轉爐氧槍系統配備了副槍系統，因此在氧槍線刮渣裝置區域還布置有副槍刮渣和副槍口密封系統；此外該區域還布置有汽化冷卻煙道、煙道橫移臺車以及煙道移動段冷卻水分水器。所以該區域空間極為有限，氧槍刮渣器以及刮渣器下部可拆卸支撐結構的布置需要進行特殊設計（見圖1）。

圖1 氧槍在線刮渣器布置圖

2.2.2 轉爐底吹系統

（1）轉爐底吹系統布置。根據產品大綱相關鋼種的冶煉特點，考慮到底吹元件布置要盡可能降低對副槍測溫取樣的影響，轉爐底吹系統采用6 支路底吹元件布置方案，具體布置方案如圖2 所示[4，5]。

圖2 轉爐底吹元件布置圖

（2）轉爐底吹系統主要技術參數。轉爐底吹強度為0.03～0.20 Nm3/min·t，單支路流量調節精度為±5‰；底吹氣體在吹煉過程中可快速切換并可調，且響應時間＜10 秒。

3 轉爐自動煉鋼技術

本項目轉爐自動煉鋼技術主要包括轉爐副槍系統和音頻化渣系統兩部分。

3.1 轉爐副槍系統

3.1.1 副槍系統功能

副槍系統主要功能是在不中斷轉爐吹煉的情況下，從轉爐中采集熔池溫度、碳含量、氧含量、熔池液位等有關信息以及鋼水樣[6]。

副槍系統的應用，可以實現轉爐自動煉鋼，減少人為因素對轉爐冶煉的影響，有利于煉鋼工序標準化生產，同時節省因為轉爐倒爐測溫取樣而浪費的冶煉時間及溫度損失。

3.1.2 副槍系統組成

轉爐副槍系統主要組成如圖3 所示。

圖3 轉爐副槍系統

3.1.3 副槍系統操作吹氧量接近85%時啟動副槍測量周期，副槍單個測量周期內的具體操作如圖4 所示[7]。

圖4 副槍操作簡圖

3.2 音頻化渣系統

轉爐吹煉過程中，爐渣狀態直接影響鋼水質量與冶煉效率。爐渣熔化效果不好，一般會伴隨爐渣返干發生；相反，如果化渣過度，轉爐將發生噴濺，會造成鋼鐵料損失及安全事故。同時，轉爐爐渣返干會造成終點鋼水成分不合格。目前我國大多數鋼鐵企業依然采用人工經驗判斷轉爐爐內爐渣化渣效果[8]。

3.2.1 音頻化渣系統功能

本項目轉爐音頻化渣系統由麥克風組件、灰塵清掃系統和專業分析軟件等組成。轉爐吹煉時，當音頻信號強度超出音頻化渣系統預設音頻界線時，則需要音頻化渣系統介入，并采取提槍和降槍等調整措施。因此，轉爐音頻化渣系統在對轉爐內化渣情況實時監測的同時，可以為氧槍槍位控制系統提供槍位調整依據，在確保良好化渣效果的同時，實現氧槍系統的智能控制。

3.2.2 音頻化渣系統原理

頂底復合吹煉轉爐生產過程中，采用拉瓦爾型噴頭的頂槍射出高速氧流沖擊熔池時會發出噪音，噪音強度大小與熔池內爐渣狀態相關。若化渣效果好，渣層厚且泡沫豐富，爐渣對噪音的吸納性能就好，轉爐內傳出的噪音就小，反之爐內傳出的噪音就大，如爐內返干時噪音就大[9]。

4 轉爐自動出鋼技術

4.1 轉爐自動出鋼的功能

目前各鋼鐵企業轉爐出鋼普遍采用人工現場出鋼的操作方式，人工現場出鋼對操作人員的經驗和應變能力等依賴性很強。采用轉爐自動出鋼，替代出鋼過程的人工現場操作，可以將操作人員現場搖爐、現場控制鋼包車和現場添加合金料等繁瑣操作簡化為遠程監視操作，有效提高煉鋼成功率，減少下渣量，縮短出鋼時間，改善工人的工作環境，減輕工人的勞動強度。

4.2 轉爐自動出鋼的控制原理

（1）根據轉爐爐襯測厚儀掃描爐襯得出的轉爐爐襯內型信息，轉爐自動出鋼系統計算出針對此爐襯內型的理想出鋼角度和出鋼重量。

（2）轉爐自動出鋼系統根據計算出的理想出鋼角度和出鋼重量，對轉爐傾動、鋼水罐車、滑板擋渣以及合金下料控制閥等裝置進行了全自動聯鎖控制。

（3）鋼水罐車位置通過激光測距儀進行檢測和定位，并將位置信息反饋給轉爐自動出鋼系統，其根據預設的模式控制鋼包車移動方向和距離。

（4）轉爐自動出鋼系統根據選擇的預設模式，控制鐵合金投料系統向鋼水罐中投放合金料。

（5）出鋼過程中，安裝在爐口附近的爐口溢渣監測系統實時監控爐口，在爐口溢渣發生前采取相應措施，防止爐口溢渣。

（6）出鋼過程中，安裝在爐口附近的紅外下渣檢測系統實時監控下渣量，根據預設下渣百分比要求，向滑板擋渣裝置發出滑板關閉信號[10]。

（7）滑板關閉后，轉爐自動出鋼系統控制轉爐和鋼水罐車返回至預設位置。

4.3 轉爐自動出鋼的基本操作

（1）利用轉爐爐襯測厚儀掃描爐襯并計算出爐襯內型現狀，然后由轉爐自動出鋼系統計算模型計算出針對此爐襯內型的理想出鋼角度和出鋼重量。

（2）鋼水罐車根據系統指令移動至爐下預定位置，就位后，轉爐開始自動傾動并開始出鋼。

（3）出鋼開始后，轉爐自動出鋼系統自動監視整個出鋼過程，轉爐傾動角度、鋼包車移動、鐵合金投料系統和滑板擋渣裝置等根據選定的預設模式進行控制。

（4）出鋼過程中，當鋼水罐中鋼水重量接近預設出鋼量的80%時，轉爐自動出鋼系統激活擋渣滑板裝置，當紅外下渣檢測系統檢測到爐渣流出時隨即發出關閉滑板信號，滑板擋渣裝置立即執行并關閉。轉爐自動出鋼系統控制轉爐回傾至預設位置，并將鋼水罐車行駛至預設位置，本次出鋼結束。

5 結語

轉爐先進技術和裝備成功的應用，極大提高了唐鋼新區二煉鋼100 t 轉爐煉鋼的自動化和智能化水平，有效提高了轉爐煉鋼的生產效率和鋼鐵料回收率，降低了原材輔料的消耗和污染物排放，改善了工人的工作環境，降低了工人的勞動強度。

另外轉爐煉鋼智能化技術水平的提高，可有效提高轉爐煉鋼命中率，提升產品實物質量穩定性、可靠性和耐久性，促進了唐鋼二煉鋼廠產品競爭力和市場占有率的提高，為建設“綠色化”、“智能化”、“品牌化”和“高效化”鋼鐵企業奠定了堅實的基礎。