數(shù)據(jù)分析在轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中的運用研究

何海斌

（酒鋼集團榆中鋼鐵有限責任公司，甘肅 蘭州 730104）

轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)需要在高溫環(huán)境下展開，受多種客觀因素影響，導致生產(chǎn)人員無法及時掌握冶煉過程實際情況，這也導致轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)存在諸多不穩(wěn)定因素。如果控制不當，不僅會影響冶煉效果，甚至會引發(fā)安全事故。而通過數(shù)據(jù)分析，可以在一定程度上彌補生產(chǎn)條件和工藝技術存在的不足之處，有利于及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉中存在的各種問題，并針對性采取措施解決，從而避免質(zhì)量問題和安全隱患的產(chǎn)生[1]。不僅如此，通過數(shù)據(jù)分析還可以有效提高轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)效率和水平，同時提高產(chǎn)品精度，一方面可以充分滿足社會發(fā)展需求，另一方面能夠為冶煉企業(yè)帶來更大經(jīng)濟效益。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)概述

轉(zhuǎn)爐冶煉是將鐵水、廢鋼鐵等進行高溫煉化，使其形成含有一定量的化學成分鋼材，其冶煉生產(chǎn)過程具有復雜性和系統(tǒng)性特征，任何一個環(huán)節(jié)存在問題，都會直接影響鋼材質(zhì)量，甚至會引發(fā)安全問題。當前，轉(zhuǎn)爐煉鋼已經(jīng)成為大批量煉鋼生產(chǎn)的主要方式，在實際生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)參數(shù)。這些數(shù)據(jù)參數(shù)標準與否，與產(chǎn)品最終生產(chǎn)質(zhì)量息息相關。然而，由于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)境復雜，所以生產(chǎn)過程存在諸多諸多不穩(wěn)定因素，容易導致生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)生變化。而通過數(shù)據(jù)分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題所在，有利于全過程掌握轉(zhuǎn)爐冶煉實際狀態(tài)，將質(zhì)量問題扼殺在搖籃中，從而使冶煉企業(yè)達到理想的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 數(shù)據(jù)分析的重要性

隨著科學技術不斷進步，以先進科學技術為基礎的數(shù)據(jù)分析技術應運而生，一切以數(shù)據(jù)說話，是現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的流行趨勢。將數(shù)據(jù)分析應用到轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中，成為衡量轉(zhuǎn)爐冶煉各項指標的重要方式之一。眾所周知，轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個復雜、多元的物理化學轉(zhuǎn)換過程，其主要的特點就是反應速度較快，在反應過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)參數(shù)，僅通過數(shù)學模型無法對其進行精準表達。所以需要通過數(shù)據(jù)分析技術對參數(shù)動態(tài)化發(fā)展過程進行深入分析。在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，由于缺乏有效的數(shù)據(jù)處理技術，導致數(shù)據(jù)庫中90%以上的數(shù)據(jù)無人問津，但隨著數(shù)據(jù)分析技術的廣泛普及，這些堆積如山的數(shù)據(jù)被得到了充分利用，通過對以往轉(zhuǎn)爐冶煉中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的分析，能夠科學精準掌握轉(zhuǎn)爐運行狀態(tài)和運行效率。另外，在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，一些不易觀察的數(shù)據(jù)信息，也可以通過數(shù)據(jù)分析技術進行研究。如此則能夠及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉中存在的問題和隱患，有利于煉鋼廠及時采取針對性措施調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉流程，從而保證轉(zhuǎn)爐運行的安全性和穩(wěn)定性，從根源上減少質(zhì)量隱患和安全隱患，同時提高冶煉效果和冶煉效率，為煉鋼廠創(chuàng)造最大化經(jīng)濟效益。

3 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中數(shù)據(jù)分析的具體應用

3.1 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)條件

本文以某煉鋼廠實際生產(chǎn)為例進行分析，該煉鋼廠采用120t轉(zhuǎn)爐進行生產(chǎn)冶煉。氧槍操作方式有三種，分別為恒壓方式、變槍位方式以及恒流量方式。供養(yǎng)強度標準為3.95/m3。在該煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，首先需要明確生產(chǎn)過中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)參數(shù)[2]。具體來說。鐵水溫度需要控制在1300℃~1380℃之間，W（C）需要控制在4.0%~4.5%之間。W（si）需要控制在0.3%~0.6%之間，W（P）需要控制在0.10%范圍內(nèi)。另外，造渣劑是轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中的必要物質(zhì)條件，該煉鋼廠最常用的造渣劑有三種，分別為石灰、輕燒白云石以及燒結(jié)礦。

3.2 轉(zhuǎn)爐在冶煉#70高碳鋼時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

#70高碳鋼常用于車輪制造、鋼絲生產(chǎn)以及扁圓彈簧制造等方面，所以在生產(chǎn)過程中對硬度、強度需求較高，需要嚴格控制鋼材成分，盡可能降低夾雜物含量。為了滿足這一需求，需要提高轉(zhuǎn)爐終點磷的一次命中率，同時需要保證出鋼溫度在標準范圍內(nèi)。與此同時，還要在確保鋼材生產(chǎn)質(zhì)量的情況下盡量減少生產(chǎn)成本。

3.2.1 #70高碳鋼冶煉過程中的轉(zhuǎn)爐控制要求

轉(zhuǎn)爐在冶煉#70高碳鋼過程中，需要將W（c）控制在0.08%范圍內(nèi)，終點溫度控制在1620℃范圍內(nèi)，同時要保證W（P）高于0.016%。

3.2.2 收集樣品、處理問題

為了保證數(shù)據(jù)分析準確性，需要收集該煉鋼廠近兩個月的#70高碳鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)中總結(jié)冶煉過程中存在的問題。本次研究共收集了688爐數(shù)據(jù)參數(shù)，其中存在的問題如下：第一，轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過程中存在濺渣、溢渣問題，該問題發(fā)生率在40.5%左右。第二，轉(zhuǎn)爐終點磷的一次命中率平均值為61.3%，仍然存在很大進步空間[3]。第三，終點溫度和含碳量沒有充分滿足理想需求。其中終點溫度為1621℃，終點含碳量為0.09%。

3.2.3 加料制度數(shù)據(jù)分析

在轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)過程中，優(yōu)化加料操作的主要目標是保證合適堿度，并獲取高磷爐渣。同時，從工藝操作進行分析，可以提高化渣速度，保證爐渣具備較好的流動性，從而提高爐渣脫磷效果，達到經(jīng)濟脫磷的最終目標。由此可見，做好加料數(shù)據(jù)分析工作至關重要。為滿足這一需求，需要做到以下幾個方便。

第一，確定有效、科學、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)參數(shù)。結(jié)合爐次順序，計算所有轉(zhuǎn)爐終渣堿度。并結(jié)合計算結(jié)果構建中渣堿度坐標圖，其中R代表終渣堿度，將其作為縱坐標，副槍TSC-P檢測結(jié)果作為橫坐標，如圖1所示。通過實踐可以看出，當副槍檢測結(jié)果磷越低時，其堿度R的控制也會隨之降低，此時物料的使用率相對較高，并且可以達到理想脫磷效果，同時可以減少成本支出。

圖1 終渣堿度和TSC-P之間的關系

第二，加料制度以及輔料消耗對爐渣脫磷造成的影響。本文對煉鋼廠276爐的爐渣脫磷效率進行數(shù)據(jù)分析，并將其細化為4個樣本。由于以往利用噸鋼輔料消耗進行分析，無法直接反映鐵水成分、裝入量等數(shù)據(jù)變化情況，所以可以將噸鋼輔料轉(zhuǎn)變?yōu)楣柘膯挝籟4]。對4個樣本的脫磷效率進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，其脫磷情況呈依次變差的趨勢發(fā)展。樣本情況如圖2所示。

圖2 樣本1-4參數(shù)

通過樣本對比可以看出，從堿度方面分析，樣本越差，堿度控制越高，如此則會直接影響爐渣化渣效果，導致爐渣流動性變差[5]。從輕燒加入量方面進行分析，樣本4總輕燒量與第一批輕燒加入量，嚴重超出理論需求，如此會導致爐渣流動性變差，從而影響脫磷效果。從燒結(jié)礦方面進行分析，應結(jié)合溫度變化情況進行科學調(diào)整，如果燒結(jié)礦加入過多，或者加入過少，會對溫度產(chǎn)生影響，從而影響爐渣脫磷效果。從第一批料占比進行分析，一般將其控制在0.6左右較為合理，所以在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中可以按照這一數(shù)據(jù)進行科學配比，從而提高爐渣脫磷效果。如果添加過少，會導致磷量不足從而增加轉(zhuǎn)爐前期化渣難度。

第三，優(yōu)化槍位。調(diào)整槍位的主要目標，就是在保證轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定運行狀態(tài)下，為爐內(nèi)提供充足氧氣，從而提高爐渣氧化效果，實現(xiàn)經(jīng)濟脫磷目標。為滿足這一目標，需要在終點溫度命中的情況下，適當減少鋼水碳氧化，從而降低鋼水氧化性能。槍位會對終點碳產(chǎn)生直接影響。所以，槍位在優(yōu)化過程中需要以提高供氧效率，減少供氧時間為主。另外，槍位對噴濺也會產(chǎn)生直接影響。在該煉鋼廠實際生產(chǎn)過程中，噴濺現(xiàn)象較為頻繁，其中250s噴濺占比34.7%左右，550s的噴濺占比5.67%左右。并且前期噴濺較為明顯。這也意味著前期爐渣氧化性較強。需要通過調(diào)整槍位進行改善。為了充分滿足減少噴濺、降低終點含碳量這一目標，需要對該煉鋼廠的原槍位進行調(diào)整，將190cm吹煉高度取消，縮短15s脫磷期間槍位供氧時間，總供氧時間由以往720s調(diào)整為690s[6]。通過調(diào)整槍位，對轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)水平得到有效改善，生產(chǎn)質(zhì)量也得到了提升。

4 工藝調(diào)整后效果

通過對加料制度和槍位進行合理調(diào)整后，對該煉鋼廠后兩個月生產(chǎn)情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，磷的一次命中率教原工藝效果高出6.1%左右，碳均值高出0.075%左右，溫度高出7.5℃左右，鋼水終點氧高出24/10-6，由此可見，通過優(yōu)化加料制度和槍位，能夠有效提高煉鋼廠生產(chǎn)效率，同時減少經(jīng)濟支出。在此基礎上，還可以降低終點鋼水和渣的氧化性，從而為脫氧提供有利條件。

5 結(jié)語

綜上所述，煉鋼廠中的轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過程中存在諸多不穩(wěn)定性，稍有不慎容易產(chǎn)生質(zhì)量事故和安全事故，為煉鋼廠帶來不可預估的經(jīng)濟和人員損失。上文提到。轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量參數(shù)，這些參數(shù)是否合理關系到煉鋼廠生產(chǎn)效果。為了保證生產(chǎn)順利進行，需要對各項數(shù)據(jù)參數(shù)進行合理分析，并將參數(shù)控制在科學范圍內(nèi)，從而減少鋼材冶煉的質(zhì)量問題，促進煉鋼企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。