第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)除少數(shù)企業(yè)的一些大型轉(zhuǎn)爐采用動(dòng)態(tài)控制外，大多數(shù)轉(zhuǎn)爐的裝備、控制水平還較低，很多轉(zhuǎn)爐鋼廠，特別是中小型轉(zhuǎn)爐，因技術(shù)、資金等方面的限制，日常生產(chǎn)是借助于“測(cè)溫定碳”或“爐前取樣快速 分析 ”來(lái)進(jìn)行人工經(jīng)驗(yàn)判定。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制，目前已進(jìn)入全自動(dòng)吹煉控制階段，主要方法為煙氣 分析 法、副槍法或二者相結(jié)合。因地制宜地采用適合本廠具體情況的轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制技術(shù)，提高煉鋼終點(diǎn)的控制精度和命中率、優(yōu)化各項(xiàng)冶煉指標(biāo)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中急需解決的問(wèn)題。

目前，我國(guó)的轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)有條件的大型轉(zhuǎn)爐廠應(yīng)采用副槍、動(dòng)態(tài)模型控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煉鋼；對(duì)于眾多的中小轉(zhuǎn)爐廠，由于容積規(guī)模便小，適宜采用價(jià)格便宜、維護(hù)成本低，不用對(duì)設(shè)備、廠房大改造的煙氣 分析 技術(shù)。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

1、當(dāng)前世界轉(zhuǎn)爐煉鋼趨勢(shì)

提高鋼水潔凈度，即大大降低吹煉終點(diǎn)時(shí)的各種夾雜物含量，要求S低于0.005%；P低于0.005%，N低于20ppm。提高化學(xué)成分及溫度給定范圍的命中精度，為此采用復(fù)合吹煉、對(duì)熔池進(jìn)行高水平攪拌并采用現(xiàn)代檢測(cè)手段及控制模型。減少補(bǔ)吹爐次比例，降低噸鋼耐材消耗。

鐵水預(yù)處理對(duì)改進(jìn)轉(zhuǎn)爐操作指標(biāo)及提高鋼的質(zhì)量有著十分重要的作用。美國(guó)及西歐各國(guó)鐵水預(yù)處理只限于脫硫，而日本鐵水預(yù)處理則包括脫硫、脫硅及脫磷。例如1989年日本經(jīng)預(yù)處理的鐵水比例為：NKK公司京濱廠為55%，新日鐵君津廠為74%，神戶廠為85%，川崎千葉廠為90%。

日本所有轉(zhuǎn)爐鋼廠，美國(guó)、西歐各國(guó)的幾十家鋼廠以及其它國(guó)家的所有新建鋼廠，在轉(zhuǎn)爐上都裝有檢測(cè)用的副槍，在預(yù)定的吹煉時(shí)間結(jié)束前的幾分鐘內(nèi)正確使用此槍可保證極高的含碳量及鋼水溫度命中率，使90% -95%的爐次都能在停吹后立即出鋼，即無(wú)需再檢驗(yàn)化學(xué)成分，當(dāng)然也就無(wú)需補(bǔ)吹。此外，這也使產(chǎn)量提高，使補(bǔ)襯磨損大大減少。

復(fù)合吹煉能促進(jìn)各項(xiàng)冶煉參數(shù)穩(wěn)定，因而在許多國(guó)家得到推廣。80年代初期誕生于盧森堡和法國(guó)的LBE煉鋼法，除原型方案外，相繼演化出一系列派生工藝，有20多種名稱，例如：STB、LD—KC、BAP、TBM、LD—OTB、LD—CB、K—BOP、K—OBM、LET等。無(wú)論是LBE原型，還是各派生工藝，實(shí)踐證明它們有其各自的優(yōu)勢(shì)。LBE、LD—KC、BAP、 TBM這些方法實(shí)際無(wú)差別—都是爐頂吹氧及經(jīng)爐底噴人氬氣。

還有一些方法是從爐底輸入一氧化碳、二氧化碳、氧氣。各種復(fù)合吹煉工藝可用以下數(shù)字（轉(zhuǎn)爐座數(shù)）說(shuō)明其推廣情況。1983年63座，1988年140座，1990年228座。奧地利、澳大利亞、比利時(shí)、意大利、加拿大、盧森堡、葡萄牙、法國(guó)、瑞士、韓國(guó)等這些國(guó)家全部或幾乎全部轉(zhuǎn)爐都采用復(fù)合吹煉。

單純底吹的氧氣煉鋼法（Q—BOP、OBM、 LWS）未能推廣。1983年運(yùn)行的這類轉(zhuǎn)爐有26座，而到1990年只剩下18座。

日本采用所謂的吹洗法，即在爐頂吹氧結(jié)束時(shí)，接著從爐底吹氬，使鋼水中碳含量達(dá)到0.01%。這對(duì)汽車用鋼、薄板用鋼及電工用鋼的冶煉尤為重要。

值得注意的是，日本正在開(kāi)發(fā)復(fù)合吹煉條件下調(diào)控冶煉過(guò)程用的新方法及新設(shè)備。其中有利用爐頂氧槍里的光纜隨吹煉進(jìn)程連續(xù)監(jiān)測(cè)鋼中錳含量；利用裝于爐底的光纖傳感器以及利用所排氣體信息連續(xù)監(jiān)測(cè)鋼水溫度；并在進(jìn)行噴濺預(yù)測(cè)及預(yù)防方面的 研究 。

神戶制鋼公司開(kāi)發(fā)的噴濺預(yù)測(cè)是以頂吹氧槍懸吊系統(tǒng)的檢測(cè)為基礎(chǔ)。日本NKK公司京濱廠是通過(guò)對(duì)出鋼口的監(jiān)測(cè)來(lái)減輕噴濺。當(dāng)熔渣猛烈上浮時(shí)，視頻信號(hào)發(fā)出往爐內(nèi)添煤或石灰石的指令。比較好用的材料 （從平息熔池的時(shí)間來(lái)說(shuō)）是煤。

轉(zhuǎn)爐爐襯壽命是極為重要的課題。日本、美國(guó)及西歐各國(guó)資料 分析 表明，影響爐襯磨損的各項(xiàng)冶煉參數(shù)，例如后期渣氧化度、堿度及吹煉終點(diǎn)時(shí)鋼水溫度，各國(guó)鋼廠之間并無(wú)大的差別。只有通過(guò)用副槍檢測(cè)方可將對(duì)爐襯最為有害的后吹時(shí)間從10-15min減少到1-3min及消除補(bǔ)吹。

2、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝各項(xiàng)指標(biāo)取決于鐵水的化學(xué)成分，而對(duì)鐵水的主要要求是含硫量低（低于0.03%），相應(yīng)要求較高含硅（0.7%-0.9%）及具有優(yōu)化造渣所需的錳量（0.8%-1.0%）。

煉鐵煉鋼各階段脫硫過(guò)程理化規(guī)律及動(dòng)力特性 分析 表明，在動(dòng)力方面，在鐵水中比在鋼水中更容易保證脫硫反應(yīng)，因?yàn)樵诤剂枯^高及氧化度較低條件下硫具有更高的活性。然而在高爐煉鐵當(dāng)中很難脫硫，因?yàn)樵诟郀t一系列復(fù)雜的氧化—還原反應(yīng)中，深脫硫的各種熱動(dòng)力條件的能量不可避免地會(huì)增高硅含量并因此導(dǎo)致石灰及焦炭消耗的增加及產(chǎn)量的下降。因此，生產(chǎn)低硫鐵需周密策劃工藝，采用含硫最少的爐料及制備高堿度混成渣。

在轉(zhuǎn)爐吹煉中脫硫也無(wú)效果，因?yàn)殇撛抵羞_(dá)不到平衡狀態(tài)，渣與鋼間的硫分配系數(shù)因熔池氧化度高及碳含量低，僅為2-7。如此低的硫分配系數(shù)使得難以在轉(zhuǎn)爐冶煉中實(shí)現(xiàn)深脫硫，并導(dǎo)致煉鋼生產(chǎn)在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的巨大消耗。無(wú)論是在高爐煉鐵，還是在轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)中都保證不了金屬有效脫硫所需的熱動(dòng)力條件，因此進(jìn)行高爐煉鐵及轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的深脫硫 研究 ，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上都是不可取的。而合理的作法是將脫硫過(guò)程從高爐及轉(zhuǎn)爐中分離出來(lái)。這就可簡(jiǎn)化燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程降低生產(chǎn)成本。將脫硫從高爐及轉(zhuǎn)爐中分離出來(lái)，使高爐爐外脫硫成為設(shè)計(jì)大型聯(lián)合鋼廠和重要工藝環(huán)節(jié)，在冶煉低硅鐵的同時(shí)不必再為保證轉(zhuǎn)爐中的精煉進(jìn)行代價(jià)很高的高爐爐外脫硅。鐵水原始硅含量低還可降低錳含量。在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中錳的作用非常重要，它決定著及早造渣所需的條件并對(duì)出鋼前終點(diǎn)鋼水氧化度起調(diào)節(jié)作用，長(zhǎng)期實(shí)踐證明，需設(shè)法使鐵水中錳保持0.8%-1.0%的水平，因而在燒結(jié)混合料中必需補(bǔ)充錳，而這就提高了成本。燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐各流程錳平衡 分析 表明，上述錳在高爐里還原、然后在轉(zhuǎn)爐里氧化導(dǎo)致錳原料及錳本身不可彌補(bǔ)的巨大損失，而且還給各生產(chǎn)流程操作增加很多麻煩。在碳含量很低（0.05%-0.07%）條件下停止吹煉時(shí)，氧化度的影響如此之大，以致會(huì)把錳的最終含量定在極窄范圍內(nèi)，實(shí)際上已很少再與鐵水原始錳含量相關(guān)。在這種條件下，盡管鐵水原始錳含量達(dá)0.5%-1.2%，但鋼的最終錳含量實(shí)際上都一樣（0.07%-0.11%）。因此在當(dāng)代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝條件下（各爐次都有過(guò)吹操作），沒(méi)必要在燒結(jié)混合料中使用含錳原料來(lái)提高鐵水原始錳含量，更合理的作法是冶煉低錳鐵。同時(shí)為節(jié)約低錳鐵在轉(zhuǎn)爐煉鋼中脫氧的用量， 研究 直接采用錳礦石的效果具有重要意義。對(duì)眾多爐次進(jìn)行工業(yè)平衡計(jì)算所得工藝指標(biāo)的對(duì)比表明，冶煉鐵水不添加錳礦石，而在轉(zhuǎn)爐煉鋼中添加錳礦石，與用含錳1.13%的鐵水煉鋼，這兩種煉鋼法相比，前者每噸生鐵可節(jié)省錳礦石15.3kg.此外，還可減少錳鐵1.3kg/t鋼、石灰5kg/t，氧氣2.17m3/t的耗量，并可大大縮短吹煉時(shí)間。

鐵水中硅、錳含量低及無(wú)需脫硫，這些條件會(huì)改變?cè)煸鼨C(jī)理及動(dòng)力特性，因?yàn)檫@時(shí)石灰消耗下降，渣量減少，渣堿度及氧化度增高。在這樣的條件下，渣的精煉功能只限于鐵水脫磷。這樣就能在轉(zhuǎn)爐冶煉本身中多次利用渣，使渣具有很高的精煉能力。

根據(jù)這一原則開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝，即在轉(zhuǎn)爐煉鋼本身中多次（3-5次）利用后期渣（循環(huán)造渣）。采用這樣的工藝可降低石灰消耗及渣中鐵損。及早造就高堿度氧化渣，及使硅、錳含量低可提供鋼水深脫磷所需的強(qiáng)勁動(dòng)力。

降低鐵水硅含量可使轉(zhuǎn)爐渣中Si02含量下降，為了順利脫磷（在鋼水中低于0.005%），鐵水中的硅含量不得超過(guò)0.10%-0.15%。錳含量低使渣中氧化鐵補(bǔ)償作用提高，因而也為深脫磷創(chuàng)造有利條件。

因此，在用低硅、低錳鐵水煉鋼時(shí)，由于渣氧化度及堿度較高及鐵水中Si02和Mn含量低，可提供轉(zhuǎn)爐煉鋼深脫磷（0.001%-0.005%P）的有利條件。

為配合爐外處理還開(kāi)發(fā)出一種在轉(zhuǎn)爐里預(yù)煉鋼水的方法，即用氬氣對(duì)熔池進(jìn)行脈動(dòng)吹洗，這樣可明顯提高精煉效果。

為提高鋼水爐外處理的經(jīng)濟(jì)性，提出對(duì)具體鋼種采用一些針對(duì)性的爐外處理工藝。

這項(xiàng)工藝的內(nèi)容是：在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行以穩(wěn)定為目的的處理，煉出潔凈的標(biāo)準(zhǔn)中間產(chǎn)品，然后進(jìn)行爐外處理，最終煉出任意復(fù)雜成分的優(yōu)質(zhì)潔凈鋼。

但這種高產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、靈活的轉(zhuǎn)爐煉鋼法有一個(gè)極嚴(yán)重的缺陷，即它能處理的廢鋼比例有限（25%—27%），而且其效果要取決于此工藝自身及補(bǔ)加載能體的熱利用率。從理論上說(shuō)，把排出的CO100%地燃燒成CO2可使?fàn)t料中廢鋼用量達(dá)到53%的最高水平。為將廢鋼比例加大到30%-32%，曾通過(guò)往熔池吹惰性氣體加強(qiáng)攪拌及在爐內(nèi)燃盡所排煙氣，來(lái)強(qiáng)化此項(xiàng)工藝。同時(shí)為將爐料中的廢鋼比例提高到45%-50%及100%，還試驗(yàn)往熔池里加無(wú)煙煤和吹入天然氣以及從外部另行輸送氧氣的冶煉方案。增加金屬爐料中的廢鋼用量進(jìn)行冶煉，這種煉鋼法的突出的問(wèn)題是冶煉周期變長(zhǎng)，金屬料消耗過(guò)高以及生產(chǎn)狀況惡化。因此雖然作過(guò)大量嘗試，但此煉鋼法未能得到更大的發(fā)展。

3、副槍產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化程度的日益提高，采用副槍來(lái)探測(cè)熔池，已成為獲得煉鋼過(guò)程中熔池內(nèi)信息變化的最主要手段。

副槍裝置的特點(diǎn)有：

（1）功能齊全，外裝探頭式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同的檢測(cè)目的，插裝不同功能的探頭；

（2）采用水冷式結(jié)構(gòu)槍體，有較長(zhǎng)的使用壽命，較低的維護(hù)費(fèi)用；

（3）機(jī)構(gòu)安裝有多層次的安全措施，運(yùn)行安全可靠。由于探頭質(zhì)量的不斷改進(jìn)，采用副槍技術(shù)后的轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)控制，碳、溫度的同時(shí)命中率，已達(dá)到90%以上。副槍的端部可插裝各種功能不同的探頭，用以測(cè)定冶煉過(guò)程中爐內(nèi)溫度、成分等信息，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元將獲得的各種信息傳送至過(guò)程計(jì)算機(jī)。

副槍檢測(cè)的功能包括：測(cè)量鋼水溫度、測(cè)量鋼水碳含量、測(cè)量鋼水含氧量、取鋼樣和渣樣、測(cè)量熔池內(nèi)金屬液面位置等。

副槍檢測(cè)與終點(diǎn)目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤控制吹煉終點(diǎn)控制是指控制轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程的進(jìn)行時(shí)間，以保證鋼水溫度和成分在吹煉結(jié)束時(shí)符合要求的操作技術(shù)。煉鋼過(guò)程中，在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，副槍開(kāi)始測(cè)溫、定碳，并把測(cè)到的溫度及碳含量值送入過(guò)程計(jì)算機(jī)。過(guò)程計(jì)算機(jī)根據(jù)副槍測(cè)到的實(shí)際值，計(jì)算出達(dá)到目標(biāo)溫度和目標(biāo)碳含量所需補(bǔ)吹的氧量及冷卻劑加入量，并以副槍測(cè)到的實(shí)際值作為初值，預(yù)測(cè)溶池內(nèi)溫度和目標(biāo)碳含量，當(dāng)溫度和碳含量都進(jìn)入目標(biāo)范圍時(shí)，發(fā)出停吹指令，即實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制煉鋼。由此可見(jiàn)，副槍的檢測(cè)結(jié)果是后期模型修正的依據(jù)和基礎(chǔ)， 是提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)目標(biāo)命中率的一項(xiàng)重要保證措施。

動(dòng)態(tài)控制階段過(guò)程鋼水溫度與碳含量預(yù)測(cè)示意圖

測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成

測(cè)量系統(tǒng)主要由信號(hào)處理單元、副槍控制用可編程序控制器（PLC）、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、曲線記錄儀及副槍本體等部分構(gòu)成。

測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成圖

信號(hào)處理單元作為測(cè)量系統(tǒng)中的主要部件，擔(dān)負(fù)著測(cè)量信號(hào)的采集、 分析 和運(yùn)算功能，必須具備穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)和可靠的運(yùn)算精度，以確保所提供的數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼主要通過(guò)按一鍵進(jìn)行自動(dòng)煉鋼的方法，實(shí)現(xiàn)從降氧槍、降罩、加料、氧槍槍位過(guò)程控制、副槍測(cè)量、自動(dòng)提槍拉碳的計(jì)算機(jī)全程控制。

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，爐內(nèi)反應(yīng)激烈，冶煉周期短，終點(diǎn)控制一直是個(gè)技術(shù)難題，如何提高終點(diǎn)碳和溫度的同時(shí)命中率，減少補(bǔ)吹次數(shù)，縮短冶煉周期，提高鋼的產(chǎn)量、質(zhì)量，降低原材料消耗，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度及成本，是幾十年來(lái)各國(guó)鋼鐵界都一直致力于 研究 的問(wèn)題。其中利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煉鋼是當(dāng)前解決上述問(wèn)題的最有成效的方法之一。

計(jì)算機(jī)煉鋼包括使用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及使用副槍技術(shù)或爐氣 分析 技術(shù)等基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)兩部分。采用副槍計(jì)算機(jī)煉鋼，它不僅可以檢測(cè)出過(guò)程中間某一點(diǎn)的溫度、含碳量，而且可以取出樣品以及測(cè)定氧的活度。目前國(guó)內(nèi)外利用副槍計(jì)算機(jī)煉鋼技術(shù)進(jìn)行過(guò)程控制的煉鋼廠，其終點(diǎn)碳和溫度的雙命中率一般水平不小于80%，先進(jìn)水平不小于90%。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制技術(shù)，目前已進(jìn)入全自動(dòng)吹煉控制階段，其采用的基本方法，主要為副槍法、煙氣 分析 法或副槍與煙氣 分析 結(jié)合法。值得一提的是，由于氣體快速 分析 與高精度 分析 技術(shù)的突破，目前美國(guó)、歐洲、韓國(guó)、日本等國(guó)的轉(zhuǎn)爐有逐步采用煙氣 分析 技術(shù)代替副槍控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳的趨勢(shì)。

副槍系統(tǒng)和靜態(tài)與動(dòng)態(tài)控制模型為鋼材生產(chǎn)商提供了一種必不可少的、經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)證明成熟可靠的LD轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程動(dòng)態(tài)控制設(shè)備。國(guó)外轉(zhuǎn)爐爐氣 分析 動(dòng)態(tài)控制均采用與副槍相結(jié)合的技術(shù)，具有良好的可修正性和補(bǔ)充性。當(dāng)入爐條件信息不準(zhǔn)確時(shí)，副槍與爐氣 分析 相結(jié)合使用是較合理的選擇。

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