关于转炉炼钢终点控制技术的应用分析

李国辉

（河北钢铁集团唐钢新区热轧部，河北 唐山 063000）

1 转炉炼钢终点控制技术的发展现状

在过去，我国的炼钢行业主要工艺更多的是依托工程人员的个人经验和观察，通过查看钢水的状态判断钢水的质量，其中包括观察火焰、火花、钢水温度的变化，分析钢水中的碳含量。而这样通过目测进行分析的方式单纯依靠的是技术人员的工作经验，缺乏科学的手段，如果技术人员经验不足或是存在干扰因素，那么该炉钢水熔炼出的钢材就容易存在严重的质量问题[1]。转炉炼钢终点控制技术在于，通过控制钢水内部的温度以及碳含量来稳定成钢的质量，如果控制不当，过低会提高氮和氧的含量，过高又会使钢的磷、硫脱离得不够彻底，从而影响钢的品质，进而造成原材料的浪费消耗，也容易增加熔炉等生产成本。而如今，在计算机技术的支撑下，我国的钢产业引入了更加科学的方式，技术人员可以通过采集钢水的各种参数信息，如温度、废气等，将其导入计算机中就能直观地展示钢水的状态，从而很大地提升工作效率和工作的可靠性。当前转炉炼钢终点控制技术的衍生过程大概包括人工经验控制技术、静态控制技术、动态控制技术、自动控制技术等[2]。

2 转炉炼钢终点控制技术的应用现状说明

上个世纪中期阶段，炼铁技术人员便进行了非常精密的相关热力学实验研究，经过对有关数据信息的细致分析，科学计算了炼制钢铁的具体情况。对钢铁冶炼炉内不同材料间存在的具体化学反应及产生的热量来看，主要运用了计算机技术进行转炉炼钢生产状况分析。而所采用的转炉炼钢终点控制技术能力的强弱与炼钢生产的效率与质量密切相关，通常情况下，主要包含了钢水碳含量与冶炼温度方面的管控因素，当碳的含量太高的时候，无法满足钢种的相关规定，并且阻碍到终点脱磷；而如果含量太低的时候，则提高了钢水终点氧与氮含量。实际上，温度高低与原料冶炼时间、相应的消耗量存在着紧密的关系，带给钢水质量很大的影响。一般而言，转炉炼钢终点控制技术在应用的过程当中，会涉及到诸多不同类型的技术，如人工经验管控技术、静态与动态管控技术及自动化管控技术等[3]。

3 各类转炉炼钢终点控制技术具体分析

3.1 静态控制技术

静态控制技术依托于计算机技术，通过将钢材的原料、钢水等数据导入计算机分析，然后利用提前建立的静态模型模拟钢材的冶炼过程，再通过该模型对冶炼所需投入的材料比例、时间节点、冷却剂的投入量、吹炼终点的目标、熔炼材料的投入比例及含硫量等数据进行模拟实验，最终得到与炼钢产物技术要求相符合的系列参数数据。

3.2 动态控制技术应用

动态控制技术将静态控制作为基础，借助炉气分析仪、副枪等对吹炼期间检测有关变量随时间变化的动态信息，可使转炉炼钢的重点控制水平借助吹炼参数的修正提高，从而使命中率提高并达到预定的吹炼目标。其中的代表方法为炉气分析法和副枪动态重点控制技术两种，其中炉气分析法是借助质谱仪收集路口的逸出气体的氧体积分数和炉内脱碳速率进行迅速分析，副枪动态重点控制技术的能力将转入炼钢期间动态吹氧量进行精确控制，通常情况下，炉气分析法和副枪动态终点控制技术会共同使用。

3.3 人工经验控制技术

该技术的内核和转炉炼钢的终点控制技术相同，有很长的应用时间，而在长时间的应用中，该技术也进行了一些改良和调整，例如，通过在发现钢水的变化达到标准时停止注入氧气，或在其他情况下对氧气进行补充的补吹法，这样的方式能尽可能地减少钢材生产中出现的氧化废渣量，从而减少处理钢材氧化废渣时的损耗。该种方法通过炼钢技术人员进行视觉分析，观察钢水煅烧过程中的表现估计碳含量比例，依托于炼钢技术人员的工作经验来调整钢水的质量。

4 转炉炼钢终点控制技术的应用要点

4.1 加大光学图像方法的运用力度

通常情况下，尽管光强光谱的测定技术与理论知识均十分成熟，不过有关设备要求在离转炉很近的位置运作，会被高温所干扰，这就减少了设备的使用年限。对炉口相应的光强光谱而言，在吹炼时会表现出一种既定的规律现象，结合经过炉气激光形成的改变状况，测定炉气的构成，从而明确终点，如下图1 所示。

图1 光学图像方法

图像方法是主要针对借助摄像机以非接触的形式完成对炉口火焰相关图像信息的采集任务，并对其加以科学分析的一种方法。不过，由于图像方法需要很长的采样时间，获得数据结果的精准度不够，通常应该加强防尘与耐热保护处理。需要有效结合图像方法与光学法，以提升相应的精准性为目的，在此过程中，涵盖了采集图像、光强以及分析相关数据信息的功能。当采集和提取转炉炉口相应光强与图像信息之后，需要对其加以分析，以便明确相关参数的改变和相应吹炼终点之间的关联情况，完成科学判定炉内情况的任务。

4.2 确保动态管控技术运用的科学性

首先，合理运用副枪技术。通过借助副枪技术，可以科学管控转炉炼钢时相应的动态吹氧量，让耗氧量下降，并减小补吹的数量，进一步增强冶炼的成效，完善相关的运行条件。例如，日本一些企业合理应用副枪技术之后，终点的命中率超过了91%。其次，气分析法的科学利用。该类方法主要应用了质谱仪设备，持续测定炉口逸出气体的构成成分，并及时将获取到的脱碳速率、氧体积分数等相关结果反馈到相应的动态管控模型中，再科学调控有关吹氧量。显而易见，该方法属于间接测定的方式。

4.3 二次冶金技术

二次冶金也称炉外精炼是指为了满足出钢的更高质量或特殊品质的需要，在冶炼中增加的一种特殊处理工艺，这种特殊工艺是从主冶炼工艺移向较为独立的下游工序阶段，但仍属炼钢的一部分。转炉炼钢铁水预处理比的指标含义是指经过预处理的铁水量占入转炉铁水量的比例。该指标既反映了企业炼钢工艺程度，也反映了炼钢对铁水的要求程度。二次冶金比就是特殊处理工艺的钢水处理量占转炉全部出钢量的比重，可以反映企业炼钢的生产技术工艺水平。

4.4 连铸熔渣检测系统应用

在全球炼钢工艺中，钢水连铸已经是一种成熟的工艺，而且已经作为了一种主流的生产工序。不过，截至目前，连铸工艺的一些环节还是没有实现自动化，还是极大地依赖于人工劳动和实践经验。如果没有自动化，操作人员需要借助多年的经验才能决定熔渣何时开始进入中间包，以及何时需要更换钢包。这一步骤是主观的、容易产生错误的，而且极大地取决于操作人员的警惕性。决定何时停止钢水从钢包中流出是非常重要的，因为过早停止该工序就会影响产量，而过晚关闭出流阀门则会让熔渣进入连铸工序。连铸工序对于自动化装置来说是非常恶劣的环境，特别是高温、粉尘、蒸气、电磁辐射和钢水的喷溅等，都会严重影响大多数传感器和其他仪器的使用寿命。

4.5 注重对静态管控技术的科学利用

静态管控技术，存在着一定的先进性优势。当依靠这种技术方式管控转炉炼钢的过程当中，需要合理设计相关的冷却剂和熔炼材料，以静态的形式开展实验，从而让所得到的炼钢产物满足有关参数的规定。一般来说，处于钢铁冶炼初期阶段，可以借助计算机技术以人为的方式完成对静态控制模型的设定，并且采用模拟方法，合理设计和调控该冶炼过程中使用的物料比重与时点情况，确保符合相关标准要求，从而降低因为人工经验不足致使炼钢生产中不确定性的不良影响，其拥有良好的应用前景。

4.6 热成像技术应用

热图像技术的发展热图像摄像机出现于20 年之前。作为一种非接触型技术，它不会出现磨损或者消耗。钢水和熔渣之间的发射率不同，在相同温度下，熔渣发射率很高，而钢水发射率较低。因此，钢水和熔渣发射率的差异在整个红外光谱上都在改变，在较长波长上，二者的差别更大。控制室呈现的出钢钢水流的热图像就可以便于操作人员轻易辨别出亮度的变化，并检测熔渣何时开始倾倒。热图像理论由于成分不同，即便是在相同温度下，熔渣和钢水之间的红外发射率也不同，这使得红外摄像机可以记录实时图像，加以区分。在显示器上可以采用一种颜色代表熔渣，而另一种颜色代表钢水，当检测到熔渣时，显示器就会发出报警信号。即便是绝对温度与钢水相同，由于熔渣的发射率高于钢水，因而产生了更高的红外辐射温度。

5 钢铁产业未来发展趋势

目前，我国的钢铁产量和质量虽然已经受到了更高的认可，不过距离真正的国际发达水平还存在不小的差距。目前的粗放型钢铁生产模式将逐步走向集约化，未来将逐渐取缔以技术人员工作经验为主的传统生产模式，静态控制和动态控制技术将成为主流的终点控制技术，并且逐步发展完善，从而提高钢铁的生产效率和生产质量。并且在我国的钢铁产业中，很多钢铁厂由于自身的发展规模，转炉规模依然是中小型，向大型转炉转换依然不成熟，而中小型转炉在冶炼钢铁的过程中存在某些漏洞，容易影响产出钢铁的质量，因此在未来，中小型转炉转换为大型转炉是可见的趋势，并且该要求较为迫切。

6 结语

综上所述，为了能够进一步提高转炉炼钢实际的生产效率，就需广大技术人员能够积极投身于实践探索当中，积累更多关于转炉炼钢终点控制技术实践应用经验，充分把握终点的控制技术各项应用优势，将其巧妙地运用至转炉炼钢生产环节，以确保转炉炼钢高效化地生产，促进转炉炼钢相关生产企业能够稳步迈向新的发展征程。希望此次研究与分析的内容和结果，能够得到有关转炉炼钢终点控制技术工作人员的关注与重视，并且从中获取相应的借鉴和帮助，以便增强转炉炼钢终点控制技术的实际应用效果，进而确保我国钢铁冶炼的效率和质量。