轉(zhuǎn)爐副槍測量合格率提升工藝研究

賈宇璇 郭朝軍 連 波

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司）

0 前言

自上世紀(jì)70 年代，荷蘭Danieli Corus 在 Umuiden公司第二煉鋼廠23 號轉(zhuǎn)爐上安裝副槍系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼以來［1］，副槍系統(tǒng)加二級動(dòng)靜態(tài)計(jì)算模型的自動(dòng)化煉鋼模式正成為世界煉鋼的主流。截止目前，國內(nèi)共有近50 多家鋼廠引進(jìn)了Danieli Corus 的副槍系統(tǒng)，不論是在普鋼廠還是特鋼廠，都極大地得到推廣。河鋼集團(tuán)邯鋼公司，2010 年引進(jìn)了達(dá)涅利 Corus公司的轉(zhuǎn)爐副槍和二級自動(dòng)化煉鋼控制模型等技術(shù)。經(jīng)過多年的運(yùn)行和摸索，對副槍在煉鋼過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和整理，并制定了有效的整改措施，大幅度地提升了副槍測量合格率和自動(dòng)化煉鋼終點(diǎn)命中率。

1 副槍在線測量的原理和意義

相對于轉(zhuǎn)爐用氧槍而言，在爐體上方安裝可以裝載用于溫度、成分、高度等不同測量方式探頭的槍體，在不倒?fàn)t或者不中斷煉鋼的前提下完成在線測溫、測成分和取樣等工作。作為一鍵式自動(dòng)化煉鋼的重要一環(huán)，副槍系統(tǒng)通過在煉鋼冶煉過程和終點(diǎn)的鋼水測量，并為SDM 動(dòng)靜態(tài)自動(dòng)化控制模型提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煉鋼終點(diǎn)命中率的穩(wěn)步提升。相比傳統(tǒng)的倒?fàn)t測溫取樣，副槍系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：代替人工倒?fàn)t測溫取樣，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境；提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的效率，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐過程的動(dòng)態(tài)控制；不倒?fàn)t連續(xù)或單獨(dú)地測定鋼水溫度、碳含量、氧含量、液面高度并取樣，減少倒?fàn)t帶來的溫度損失，降低生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)倒?fàn)t測溫和副槍在線測量如圖1、圖2 所示。

圖1 副槍在線測量系統(tǒng)

圖2 傳統(tǒng)的倒?fàn)t測溫系統(tǒng)

2 副槍系統(tǒng)在線測量存在的問題

2.1 副槍探頭種類及目的

根據(jù)測量目的不同，副槍測量共有測溫探頭（T），測溫度和碳含量探頭（TSC），測溫度和氧含量探頭（TSO），測溫度、氧含量和磷含量探頭（TSOP）。目前，邯鋼公司根據(jù)生產(chǎn)需要配備了主流的TSC 和TSO 兩種探頭。其中，TSC 用在煉鋼吹煉過程中測量取樣，可測量鋼水溫度、碳含量。TSO 用在煉鋼吹煉結(jié)束時(shí)測量取樣，可測量鋼水溫度、碳含量、氧含量、液面高度。

2.2 測量過程存在的問題

副槍系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，受設(shè)備、能源介質(zhì)和工藝條件等因素影響，存在著探頭測量不出數(shù)據(jù)或者取不出樣的現(xiàn)象，進(jìn)而影響SDM 動(dòng)靜態(tài)模型的控制和終點(diǎn)成分和溫度的命中，主要問題集中在：（1）TSC 測量鋼水溫度、碳含量失敗，模型無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算；（2）TSO 測量鋼水溫度、碳含量失敗，無法判斷終點(diǎn)控制情況是否滿足出鋼要求；（3）副槍整體測量合格率僅為85.6%，嚴(yán)重制約自動(dòng)化煉鋼控制和轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的提高。

2.3 副槍測量失敗類型及典型圖片

結(jié)合多年的煉鋼實(shí)際控制情況，整理出測量失敗類型和典型圖片，分別見表1 和圖3。

表1 副槍測量失敗類型整理

圖3 副槍在線測量系統(tǒng)

2.4 副槍測量失敗原因分析

針對副槍在線測量過程中出現(xiàn)的問題和失敗類型逐一進(jìn)行設(shè)備、能源介質(zhì)與工藝控制情況分析，查找原因。其中，溫度測量失敗原因主要有：（1）鋼水溫度控制超出熱電偶使用范圍；（2）廢鋼未完全融化，在測量終點(diǎn)時(shí)會(huì)頂?shù)礁睒專M(jìn)而影響測量過程；（3）鋼水測量條件差，熔池?cái)嚢鑵柡Γ瑴囟刃盘柌杉环€(wěn)。TSC 碳含量測量失敗主要原因：（1）碳含量超出測量標(biāo)準(zhǔn)范圍；（2）副槍測量槍體插入深度超出使用條件范圍；（3）底吹流量、供氧強(qiáng)度過大，影響測量數(shù)據(jù)；（4）測量停留時(shí)間較短，未能收集相關(guān)數(shù)據(jù)。TSO 氧含量測量失敗原因集中在：（1）測量時(shí)機(jī)不合適；（2）副槍測量插入深度不合適；（3）鋼渣分離不夠充分。TSO 液面高度測量失敗原因包括：（1）裝入量變化，未及時(shí)調(diào)整測量標(biāo)準(zhǔn)；（2）爐底深度變化，未及時(shí)調(diào)整測量標(biāo)準(zhǔn)；（3）測量條件不合適，鋼中氧電勢、溫度變化不同步。

3 改進(jìn)措施

3.1 副槍測量標(biāo)準(zhǔn)建立

首先建立了副槍探頭測量標(biāo)準(zhǔn)，針對不同的測量問題，采取不同的改進(jìn)措施，確保副槍在線測量時(shí)可以準(zhǔn)確地完成相關(guān)任務(wù)并收集到相關(guān)數(shù)據(jù)，副槍測量標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 副槍測量標(biāo)準(zhǔn)

3.2 副槍測量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

結(jié)合實(shí)際測量數(shù)據(jù)和化驗(yàn)室檢驗(yàn)結(jié)果，對DIRC 測量系統(tǒng)內(nèi)TSC 凝固溫度與碳含量的變化關(guān)系，TSO 溫度與氧含量、碳含量的變化關(guān)系進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使之更接近與實(shí)際。具體如圖4所示。

圖4 副槍測量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

3.3 副槍失敗應(yīng)急預(yù)案

在提升副槍測量合格率的同時(shí)，建立了副槍測量失敗應(yīng)急預(yù)案，避免了多次測量增加生產(chǎn)成本。主要內(nèi)容包括：（1）將DIRC 系統(tǒng)畫面引至轉(zhuǎn)爐爐前操作室，呈現(xiàn)出副槍測量過程和最終曲線變化情況，給操作工作提供參考標(biāo)準(zhǔn)；（2）通過對現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，建立了1 911 爐TSC 測量數(shù)據(jù)庫，利用回歸方程建立凝固溫度與碳含量的對應(yīng)關(guān)系，給出相關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)，建立TSC 凝固溫度與碳含量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫；（3）通過對現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，建立了1 856 爐TSO 測量數(shù)據(jù)分析，利用回歸方程建立終點(diǎn)氧含量與碳含量的對應(yīng)關(guān)系，給出相關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)，建立TSO 終點(diǎn)氧含量與碳含量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

應(yīng)急預(yù)案實(shí)例1（如圖5 所示）：TSC 測量結(jié)束后，溫度和凝固溫度都失敗。但根據(jù)DIRC 系統(tǒng)中鋼水溫度和凝固溫度的平衡線信息可以初步推斷出鋼水溫度為1 560 ℃，凝固溫度為1 500 ℃，然后通過數(shù)據(jù)庫查詢可以得出碳含量為0.35%。應(yīng)急預(yù)案實(shí)例2（如圖6 所示）：TSO 測量結(jié)束后，氧含量測量失敗。但根據(jù)DIRC 系統(tǒng)中氧電勢平衡線初步推斷出鋼水氧含量為5.7×10-4，通過在數(shù)據(jù)庫查詢可得出碳含量為0.05%。

圖5 副槍測量實(shí)例1

圖6 副槍測量實(shí)例2

應(yīng)急預(yù)案實(shí)例3（如圖7 所示）：TSO 測量結(jié)束后，液面高度測量數(shù)據(jù)缺失。但根據(jù)DIRC 系統(tǒng)中鋼水溫度和氧電勢跳變點(diǎn)，可以初步推斷出副槍高度，進(jìn)而計(jì)算出副槍插入深度為67 cm。

圖7 副槍測量實(shí)例3

4 實(shí)施效果

通過采取上述優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)了副槍測量合格率穩(wěn)步提升和自動(dòng)化煉鋼的推進(jìn)，達(dá)到了提升煉鋼控制水平和降低成本的目的。副槍測量合格率對比和副槍探頭消耗量對比分別如圖8、圖9所示。

圖8 副槍測量合格率對比

圖9 副槍探頭消耗量對比

5 結(jié)論

（1）通過對影響副槍測量的設(shè)備、能源介質(zhì)和工藝條件進(jìn)行了逐一分析，并制定了專門的改進(jìn)措施，從根源上促進(jìn)了副槍在線測量合格率的提升。

（2）在副槍測量失敗的情況下，建立應(yīng)急預(yù)案，通過數(shù)據(jù)庫曲線可以識別部分測量數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以繼續(xù)為SDM 動(dòng)靜態(tài)模型提供數(shù)據(jù)支撐，也進(jìn)一步促進(jìn)了副槍測量成本的降低和自動(dòng)化煉鋼數(shù)據(jù)的完整性。