轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制及造渣制度優(yōu)化

張 勇

（陜鋼集團(tuán)漢鋼公司，陜西 漢中 724200）

近年來，國內(nèi)鋼材交易市場異?；鸨?，社會各領(lǐng)域?qū)︿摬漠a(chǎn)品的需求量與日俱增，同時，國家及行業(yè)相關(guān)部門對煉鋼生產(chǎn)過程的節(jié)能環(huán)保要求也越來越高，因此，如果借助于煉鋼過程信息對冶煉全過程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)以及造渣制度進(jìn)行優(yōu)化，使產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并完成生態(tài)效益指標(biāo)，已經(jīng)成為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)亟需面對和解決的問題。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動控制系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國有80%以上的鋼鐵產(chǎn)品來自于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝，而且這一數(shù)據(jù)還在不斷被刷新，由此可見，轉(zhuǎn)爐煉鋼已經(jīng)成為鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域的一項(xiàng)主導(dǎo)技術(shù)。隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)水平的提升，目前，我國鋼鐵企業(yè)的一些大噸位轉(zhuǎn)爐采用的過程控制方法全部實(shí)現(xiàn)了自動控制。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成來看，轉(zhuǎn)爐煉鋼包括轉(zhuǎn)爐本體、一次性除塵裝置、散裝料、吹氬站、循環(huán)水泵房、二次除塵裝置等。生產(chǎn)過程的技術(shù)原理是：當(dāng)吹氧溫度達(dá)到1700℃時，轉(zhuǎn)爐后的鋼包就會流出鋼水，然后向轉(zhuǎn)爐吹氮，當(dāng)鋼水倒入鋼包后，利用合金元素調(diào)節(jié)鋼水成分，此時，轉(zhuǎn)爐煙氣通過兩個除塵系統(tǒng)排出，其中，一次除塵系統(tǒng)借助于高壓風(fēng)機(jī)從轉(zhuǎn)爐煙罩抽風(fēng)，二次除塵系統(tǒng)在高壓風(fēng)機(jī)作用下，抽出天車從轉(zhuǎn)爐倒入鋼水的煙氣。

自動控制系統(tǒng)能夠?qū)掍摕掕F全過程進(jìn)行監(jiān)控，對生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位、記錄、分析、檢測，這就大幅減少了人工操作工序。自動控制系統(tǒng)主要由過程控制計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、自動檢測儀、電子稱量裝置等，而輔助系統(tǒng)則包括供氧系統(tǒng)、原料系統(tǒng)以及煤氣回收系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)和裝置統(tǒng)一由計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和操控。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制方法

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動控制系統(tǒng)的工作原理較為復(fù)雜，動態(tài)檢測方法也包括多種類型，其中最為常見的是副槍檢測法、爐氣分析以及音頻測渣法。通過動態(tài)檢測，得到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、篩選，以數(shù)學(xué)模型的方式在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中顯示出來，然后根據(jù)設(shè)計(jì)好的程序指令，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真模擬，通過模擬圖像來確定和選擇最為優(yōu)化的控制方法[1]。

目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制主要包括定點(diǎn)控制與全程控制兩種方法。定點(diǎn)控制主要是選取到達(dá)吹煉點(diǎn)之前的某一時刻，利用檢測設(shè)備對熔池鋼水成分與溫度進(jìn)行檢測，然后將檢測結(jié)果與吹煉終點(diǎn)鋼水的目標(biāo)成分與溫度進(jìn)行比對，再對煉鋼生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，以促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。相比于定點(diǎn)控制，全程控制法則更加高效和實(shí)用。這種方法主要是利用系統(tǒng)的反饋信息進(jìn)行分析、計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。通過全程控制，技術(shù)人員能夠得到煉鋼生產(chǎn)每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)指標(biāo)，掌握鋼水每一個變化過程的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而制訂出最優(yōu)化的整改方案，這樣，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提升，對企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化指標(biāo)也將起到積極助推作用。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制優(yōu)化策略

采用轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝冶煉鋼鐵產(chǎn)品，生產(chǎn)過程當(dāng)中存在許多不可控的變量，比如氧氣流量、氧槍的槍位、輔料的投入方式等，這些變量極易對自動控制效果產(chǎn)生不利影響，在應(yīng)用一鍵煉鋼的自動化控制技術(shù)時，煉鋼過程的一些數(shù)據(jù)指標(biāo)容易發(fā)生改變，進(jìn)而降低產(chǎn)品質(zhì)量檔次，影響單位時間內(nèi)的生產(chǎn)效率，因此，針對過程控制中存在的變量，應(yīng)當(dāng)采取有效的優(yōu)化措施，以達(dá)到保質(zhì)、保量、提效的目的。

（1）氧氣流量的優(yōu)化策略

轉(zhuǎn)爐設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，需要向轉(zhuǎn)爐內(nèi)部吹入足夠的氧氣量，但是，每一道煉鋼工序?qū)ρ鯕獾男枨罅慷即嬖谳^大差異。比如在鋼水脫碳、脫硫、脫磷工序，由于工藝流程較為復(fù)雜，所需要的時間較長，這就需要供給大量的氧氣，使氧氣能夠有效清除鋼水中的雜物。如果一味的供給氧氣，導(dǎo)致供氧量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，這些多余的氧氣就會與鋼水中的貴金屬合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而降低產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，在控制氧氣流量時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮兩方面內(nèi)容，其一是氧氣的充分利用，盡量保證氧氣無剩余。其二是減少貴金屬的氧化損失，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

（2）精準(zhǔn)控制氧槍槍位

氧槍位置的高低直接決定產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，高度不同，也會對鋼水產(chǎn)生不同的影響。雖然許多鋼鐵企業(yè)對這一問題予以高度重視，制訂了標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)模式，但是，取決于位置的不確定性，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，仍然暴露出諸多問題。比如在實(shí)際操作時，氧槍的槍位通常分為高—低—高、高—低—高—低、低—高—低—高—低等模式，鋼鐵企業(yè)選用哪一種槍位，與轉(zhuǎn)爐的冶煉要求有著直接關(guān)聯(lián)，同時，也與各個不同階段的需氧量有著千絲萬縷的聯(lián)系，因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，合理調(diào)整氧槍的高度。為了對氧槍位置進(jìn)行有效控制，可以在氧槍上面安裝爐況信息收集器，技術(shù)人員借助于收集器采集的數(shù)據(jù)信息，與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，再根據(jù)比對結(jié)果制訂科學(xué)的優(yōu)化調(diào)整方案，使氧槍的槍位始終處于標(biāo)準(zhǔn)位置。

（3）物料投放控制

物料投放是煉鋼生產(chǎn)過程中的一道關(guān)鍵工序，首先應(yīng)當(dāng)考慮物料配比問題，如果配比失衡，就會嚴(yán)重影響鋼水質(zhì)量。其次在物料投放時，應(yīng)當(dāng)對初始料倉的下料用量與造渣劑的使用量進(jìn)行有效控制，并利用監(jiān)控裝置對轉(zhuǎn)爐內(nèi)的渣況信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。作業(yè)人員在投放物料之前，應(yīng)當(dāng)參照標(biāo)準(zhǔn)要求，使投放的物料能夠達(dá)到最佳值，這樣才能保證鋼水質(zhì)量不受影響。最后在投放造渣劑時，應(yīng)當(dāng)合理控制造渣劑的使用量與投放時間，在此期間，操作人員應(yīng)當(dāng)利用監(jiān)測系統(tǒng)的反饋信息，與系統(tǒng)形成的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果調(diào)整投料時間和用量。

4 造渣制度的優(yōu)化策略

（1）減少造渣材料用量

為了提高爐內(nèi)的留渣率，國內(nèi)一些大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)相繼采取一系列造渣制度的優(yōu)化策略，其中最為常用的一種優(yōu)化方法，是減少造渣材料的使用量，這種方法不僅能夠降低生產(chǎn)成本，確保留渣率，而且能夠加快脫硫、脫碳、脫磷速度，對提高鋼水質(zhì)量能夠產(chǎn)生正向效應(yīng)。據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過減少造渣材料的使用量，鋼水中的出鋼磷元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.035%，所占的百分比高于95%，因此，這種方法的關(guān)注度也相對較高。

（2）優(yōu)化成渣條件，制訂安全操作流程

為了增加留渣量，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)可以對成渣條件進(jìn)行優(yōu)化，制訂標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的留渣操作工藝流程以及完善的造渣制度，為了規(guī)范作業(yè)人員的個人行為，使作業(yè)人員能夠樹立高度的主人翁責(zé)任意識與安全意識，鋼鐵企業(yè)可以根據(jù)煉鋼生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)與操作步驟，制訂針對性強(qiáng)、實(shí)用性高的安全操作流程，避免作業(yè)人員在實(shí)際操作當(dāng)中出現(xiàn)人為失誤現(xiàn)象。在制訂造渣制度時，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)參與到制度編制過程當(dāng)中，結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)，建立一個符合企業(yè)發(fā)展實(shí)際的留渣率目標(biāo)。比如有些企業(yè)將留渣率目標(biāo)定為60%以上，這樣，在煉鋼生產(chǎn)當(dāng)中，全員上下就可以結(jié)合這一目標(biāo)，嚴(yán)格遵照操作規(guī)范[2]。

此外，對于技術(shù)人員來說，應(yīng)當(dāng)熟練掌握轉(zhuǎn)爐設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造與自動控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，結(jié)合轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對氧槍的噴頭進(jìn)行改良，以降低轉(zhuǎn)爐內(nèi)的供氧強(qiáng)度，以此擴(kuò)大氧氣在爐內(nèi)的接觸面積，這樣，能夠有效防止噴濺與返干等現(xiàn)象的發(fā)生。這種新型的供氧方式，既能夠提高鋼水的脫碳、脫硫效率，而且也能夠減少鋼水中貴金屬的消耗量，進(jìn)而為企業(yè)節(jié)省大量的生產(chǎn)成本。

（3）使用固體顆粒渣

為了進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)爐造渣工藝，鋼鐵企業(yè)可以利用固體顆粒渣來提升前期的化渣速度，這種固態(tài)顆粒渣進(jìn)入爐體后，能夠?qū)t內(nèi)溫度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，以滿足煉鋼生產(chǎn)需要。具體操作流程是：在生產(chǎn)過程中，首先向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹煉3—5分鐘的大約200kg的固體顆粒渣，需要注意的是，不同體積的轉(zhuǎn)爐，添加劑量也有所不同，這些固體顆粒渣進(jìn)入爐體后可以作為返回渣使用，這樣，能夠促使前期爐渣快速形成。在煉鋼生產(chǎn)中后期，向爐內(nèi)添加適量的固體顆粒渣，能夠調(diào)節(jié)爐內(nèi)的鋼水溫度，這樣，能夠節(jié)約大量的礦石原材料以及石灰等輔助材料。另外，為了防止鋼水噴濺事故的發(fā)生，在造渣時，操作人員需要控制好終點(diǎn)溫度。

（4）加大跟蹤檢查力度

雖然煉鋼生產(chǎn)自動化控制技術(shù)已經(jīng)日漸純熟，但是，為了防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)意外事故，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確自身的管理監(jiān)督職責(zé)，經(jīng)常對冶煉原材料進(jìn)行檢查，從源頭上控制渣化結(jié)果。比如向爐內(nèi)添加的固體顆粒化渣劑以及石灰渣劑等，技術(shù)人員對這些渣劑的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致檢查，對渣劑源頭進(jìn)行追蹤調(diào)查，對渣劑的使用量進(jìn)行記錄。在檢測石灰渣劑質(zhì)量是否合格時，可以采取水化試驗(yàn)的方法，測定石灰質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量曲線上下波動值較大，應(yīng)當(dāng)及時將檢測結(jié)果反饋給上一級主管領(lǐng)導(dǎo)，并對相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行嚴(yán)肅處理。另外，為了提高技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)水平，使其熟練掌握造渣原理與轉(zhuǎn)爐工作原理，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立健全內(nèi)部教育培訓(xùn)體系，并制訂適時可行的月度、季度、年度培訓(xùn)計(jì)劃，通過培訓(xùn)，增強(qiáng)各級管理人員與現(xiàn)場作業(yè)人員的責(zé)任意識，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制與造渣制度進(jìn)行優(yōu)化，是鋼鐵企業(yè)規(guī)范管理、高效運(yùn)營的一項(xiàng)重要舉措，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的一條有效路徑，因此，隨著市場競爭形勢的日趨嚴(yán)峻，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，打好提前亮，通過制訂科學(xué)精準(zhǔn)的過程控制與造渣制度優(yōu)化策略，促進(jìn)企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。