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

我國除少數(shù)企業(yè)的一些大型轉(zhuǎn)爐采用動態(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“測溫定碳”或“爐前取樣快速 分析 ”來進行人工經(jīng)驗判定。國外發(fā)達國家的轉(zhuǎn)爐終點控制，目前已進入全自動吹煉控制階段，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)爐自動控制技術(shù)，提高煉鋼終點的控制精度和命中率、優(yōu)化各項冶煉指標，是當前國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中急需解決的問題。

目前，我國的轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)技術(shù)已實現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)有條件的大型轉(zhuǎn)爐廠應采用副槍、動態(tài)模型控制實現(xiàn)自動化煉鋼；對于眾多的中小轉(zhuǎn)爐廠，由于容積規(guī)模便小，適宜采用價格便宜、維護成本低，不用對設(shè)備、廠房大改造的煙氣 分析 技術(shù)。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

1、當前世界轉(zhuǎn)爐煉鋼趨勢

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

鐵水預處理對改進轉(zhuǎn)爐操作指標及提高鋼的質(zhì)量有著十分重要的作用。美國及西歐各國鐵水預處理只限于脫硫，而日本鐵水預處理則包括脫硫、脫硅及脫磷。例如1989年日本經(jīng)預處理的鐵水比例為：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、西歐各國的幾十家鋼廠以及其它國家的所有新建鋼廠，在轉(zhuǎn)爐上都裝有檢測用的副槍，在預定的吹煉時間結(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，即無需再檢驗化學成分，當然也就無需補吹。此外，這也使產(chǎn)量提高，使補襯磨損大大減少。

復合吹煉能促進各項冶煉參數(shù)穩(wěn)定，因而在許多國家得到推廣。80年代初期誕生于盧森堡和法國的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。無論是LBE原型，還是各派生工藝，實踐證明它們有其各自的優(yōu)勢。LBE、LD—KC、BAP、 TBM這些方法實際無差別—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。各種復合吹煉工藝可用以下數(shù)字（轉(zhuǎn)爐座數(shù)）說明其推廣情況。1983年63座，1988年140座，1990年228座。奧地利、澳大利亞、比利時、意大利、加拿大、盧森堡、葡萄牙、法國、瑞士、韓國等這些國家全部或幾乎全部轉(zhuǎn)爐都采用復合吹煉。

單純底吹的氧氣煉鋼法（Q—BOP、OBM、 LWS）未能推廣。1983年運行的這類轉(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，接著從爐底吹氬，使鋼水中碳含量達到0.01%。這對汽車用鋼、薄板用鋼及電工用鋼的冶煉尤為重要。

值得注意的是，日本正在開發(fā)復合吹煉條件下調(diào)控冶煉過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程連續(xù)監(jiān)測鋼中錳含量；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)測鋼水溫度；并在進行噴濺預測及預防方面的 研究 。

神戶制鋼公司開發(fā)的噴濺預測是以頂吹氧槍懸吊系統(tǒng)的檢測為基礎(chǔ)。日本NKK公司京濱廠是通過對出鋼口的監(jiān)測來減輕噴濺。當熔渣猛烈上浮時，視頻信號發(fā)出往爐內(nèi)添煤或石灰石的指令。比較好用的材料 （從平息熔池的時間來說）是煤。

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

2、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝各項指標取決于鐵水的化學成分，而對鐵水的主要要求是含硫量低（低于0.03%），相應要求較高含硅（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程理化規(guī)律及動力特性 分析 表明，在動力方面，在鐵水中比在鋼水中更容易保證脫硫反應，因為在含碳量較高及氧化度較低條件下硫具有更高的活性。然而在高爐煉鐵當中很難脫硫，因為在高爐一系列復雜的氧化—還原反應中，深脫硫的各種熱動力條件的能量不可避免地會增高硅含量并因此導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)爐吹煉中脫硫也無效果，因為鋼渣系中達不到平衡狀態(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)爐冶煉中實現(xiàn)深脫硫，并導致煉鋼生產(chǎn)在技術(shù)及經(jīng)濟上的巨大消耗。無論是在高爐煉鐵，還是在轉(zhuǎn)爐煉鋼當中都保證不了金屬有效脫硫所需的熱動力條件，因此進行高爐煉鐵及轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的深脫硫 研究 ，在技術(shù)及經(jīng)濟上都是不可取的。而合理的作法是將脫硫過程從高爐及轉(zhuǎn)爐中分離出來。這就可簡化燒結(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，使高爐爐外脫硫成為設(shè)計大型聯(lián)合鋼廠和重要工藝環(huán)節(jié)，在冶煉低硅鐵的同時不必再為保證轉(zhuǎn)爐中的精煉進行代價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出鋼前終點鋼水氧化度起調(diào)節(jié)作用，長期實踐證明，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)爐里氧化導致錳原料及錳本身不可彌補的巨大損失，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，氧化度的影響如此之大，以致會把錳的最終含量定在極窄范圍內(nèi)，實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0.5%-1.2%，但鋼的最終錳含量實際上都一樣（0.07%-0.11%）。因此在當代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝條件下（各爐次都有過吹操作），沒必要在燒結(jié)混合料中使用含錳原料來提高鐵水原始錳含量，更合理的作法是冶煉低錳鐵。同時為節(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。對眾多爐次進行工業(yè)平衡計算所得工藝指標的對比表明，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間。

鐵水中硅、錳含量低及無需脫硫，這些條件會改變造渣機理及動力特性，因為這時石灰消耗下降，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勁動力。

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0.10%-0.15%。錳含量低使渣中氧化鐵補償作用提高，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，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發(fā)出一種在轉(zhuǎn)爐里預煉鋼水的方法，即用氬氣對熔池進行脈動吹洗，這樣可明顯提高精煉效果。

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

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

但這種高產(chǎn)、經(jīng)濟、靈活的轉(zhuǎn)爐煉鋼法有一個極嚴重的缺陷，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加載能體的熱利用率。從理論上說，把排出的CO100%地燃燒成CO2可使爐料中廢鋼用量達到53%的最高水平。為將廢鋼比例加大到30%-32%，曾通過往熔池吹惰性氣體加強攪拌及在爐內(nèi)燃盡所排煙氣，來強化此項工藝。同時為將爐料中的廢鋼比例提高到45%-50%及100%，還試驗往熔池里加無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行冶煉，這種煉鋼法的突出的問題是冶煉周期變長，金屬料消耗過高以及生產(chǎn)狀況惡化。因此雖然作過大量嘗試，但此煉鋼法未能得到更大的發(fā)展。

3、副槍產(chǎn)品工藝特點或流程

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

副槍裝置的特點有：

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

（2）采用水冷式結(jié)構(gòu)槍體，有較長的使用壽命，較低的維護費用；

（3）機構(gòu)安裝有多層次的安全措施，運行安全可靠。由于探頭質(zhì)量的不斷改進，采用副槍技術(shù)后的轉(zhuǎn)爐動態(tài)控制，碳、溫度的同時命中率，已達到90%以上。副槍的端部可插裝各種功能不同的探頭，用以測定冶煉過程中爐內(nèi)溫度、成分等信息，經(jīng)過信號處理單元將獲得的各種信息傳送至過程計算機。

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

副槍檢測與終點目標動態(tài)跟蹤控制吹煉終點控制是指控制轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的進行時間，以保證鋼水溫度和成分在吹煉結(jié)束時符合要求的操作技術(shù)。煉鋼過程中，在規(guī)定的時間之內(nèi)，副槍開始測溫、定碳，并把測到的溫度及碳含量值送入過程計算機。過程計算機根據(jù)副槍測到的實際值，計算出達到目標溫度和目標碳含量所需補吹的氧量及冷卻劑加入量，并以副槍測到的實際值作為初值，預測溶池內(nèi)溫度和目標碳含量，當溫度和碳含量都進入目標范圍時，發(fā)出停吹指令，即實現(xiàn)了計算機控制煉鋼。由此可見，副槍的檢測結(jié)果是后期模型修正的依據(jù)和基礎(chǔ)， 是提高轉(zhuǎn)爐終點目標命中率的一項重要保證措施。

動態(tài)控制階段過程鋼水溫度與碳含量預測示意圖

測量系統(tǒng)的構(gòu)成

測量系統(tǒng)主要由信號處理單元、副槍控制用可編程序控制器（PLC）、過程控制計算機、曲線記錄儀及副槍本體等部分構(gòu)成。

測量系統(tǒng)的構(gòu)成圖

信號處理單元作為測量系統(tǒng)中的主要部件，擔負著測量信號的采集、 分析 和運算功能，必須具備穩(wěn)定的運行狀態(tài)和可靠的運算精度，以確保所提供的數(shù)據(jù)真實準確。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼主要通過按一鍵進行自動煉鋼的方法，實現(xiàn)從降氧槍、降罩、加料、氧槍槍位過程控制、副槍測量、自動提槍拉碳的計算機全程控制。

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，爐內(nèi)反應激烈，冶煉周期短，終點控制一直是個技術(shù)難題，如何提高終點碳和溫度的同時命中率，減少補吹次數(shù)，縮短冶煉周期，提高鋼的產(chǎn)量、質(zhì)量，降低原材料消耗，降低工人勞動強度及成本，是幾十年來各國鋼鐵界都一直致力于 研究 的問題。其中利用計算機進行控制實現(xiàn)自動化煉鋼是當前解決上述問題的最有成效的方法之一。

計算機煉鋼包括使用靜態(tài)、動態(tài)數(shù)學模型的二級計算機控制系統(tǒng)及使用副槍技術(shù)或爐氣 分析 技術(shù)等基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)兩部分。采用副槍計算機煉鋼，它不僅可以檢測出過程中間某一點的溫度、含碳量，而且可以取出樣品以及測定氧的活度。目前國內(nèi)外利用副槍計算機煉鋼技術(shù)進行過程控制的煉鋼廠，其終點碳和溫度的雙命中率一般水平不小于80%，先進水平不小于90%。

國外發(fā)達國家的轉(zhuǎn)爐終點控制技術(shù)，目前已進入全自動吹煉控制階段，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、歐洲、韓國、日本等國的轉(zhuǎn)爐有逐步采用煙氣 分析 技術(shù)代替副槍控制轉(zhuǎn)爐終點碳的趨勢。

副槍系統(tǒng)和靜態(tài)與動態(tài)控制模型為鋼材生產(chǎn)商提供了一種必不可少的、經(jīng)過實踐檢驗證明成熟可靠的LD轉(zhuǎn)爐煉鋼過程動態(tài)控制設(shè)備。國外轉(zhuǎn)爐爐氣 分析 動態(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充性。當入爐條件信息不準確時，副槍與爐氣 分析 相結(jié)合使用是較合理的選擇。

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