转炉炼钢过程控制及造渣制度优化

2020-01-07张勇

中国金属通报 2020年8期

张勇

（陕钢集团汉钢公司，陕西汉中 724200）

近年来，国内钢材交易市场异常火爆，社会各领域对钢材产品的需求量与日俱增，同时，国家及行业相关部门对炼钢生产过程的节能环保要求也越来越高，因此，如果借助于炼钢过程信息对冶炼全过程的各项技术指标以及造渣制度进行优化，使产品质量符合标准要求，并完成生态效益指标，已经成为钢铁生产企业亟需面对和解决的问题。

1 转炉炼钢的自动控制系统

据统计数据表明，我国有80%以上的钢铁产品来自于转炉炼钢生产工艺，而且这一数据还在不断被刷新，由此可见，转炉炼钢已经成为钢铁生产领域的一项主导技术。随着转炉炼钢自动化技术水平的提升，目前，我国钢铁企业的一些大吨位转炉采用的过程控制方法全部实现了自动控制。从系统结构组成来看，转炉炼钢包括转炉本体、一次性除尘装置、散装料、吹氩站、循环水泵房、二次除尘装置等。生产过程的技术原理是：当吹氧温度达到1700℃时，转炉后的钢包就会流出钢水，然后向转炉吹氮，当钢水倒入钢包后，利用合金元素调节钢水成分，此时，转炉烟气通过两个除尘系统排出，其中，一次除尘系统借助于高压风机从转炉烟罩抽风，二次除尘系统在高压风机作用下，抽出天车从转炉倒入钢水的烟气。

自动控制系统能够对炼钢炼铁全过程进行监控，对生产过程中的各项数据指标进行精准定位、记录、分析、检测，这就大幅减少了人工操作工序。自动控制系统主要由过程控制计算机、微型计算机、自动检测仪、电子称量装置等，而辅助系统则包括供氧系统、原料系统以及煤气回收系统等，这些系统和装置统一由计算机进行管理和操控。

2 转炉炼钢过程控制方法

转炉炼钢自动控制系统的工作原理较为复杂，动态检测方法也包括多种类型，其中最为常见的是副枪检测法、炉气分析以及音频测渣法。通过动态检测，得到精准数据，计算机系统对这些数据进行分析、比较、筛选，以数学模型的方式在计算机系统中显示出来，然后根据设计好的程序指令，对数学模型进行仿真模拟，通过模拟图像来确定和选择最为优化的控制方法[1]。

目前，转炉炼钢过程控制主要包括定点控制与全程控制两种方法。定点控制主要是选取到达吹炼点之前的某一时刻，利用检测设备对熔池钢水成分与温度进行检测，然后将检测结果与吹炼终点钢水的目标成分与温度进行比对，再对炼钢生产工艺进行调整，以促进生产效率的提高。相比于定点控制，全程控制法则更加高效和实用。这种方法主要是利用系统的反馈信息进行分析、计算，然后根据计算结果数据对生产工艺进行优化调整。通过全程控制，技术人员能够得到炼钢生产每一个生产环节的数据指标，掌握钢水每一个变化过程的数据信息，进而制订出最优化的整改方案，这样，有利于产品质量的提升，对企业实现经济效益最大化指标也将起到积极助推作用。

3 转炉炼钢过程控制优化策略

采用转炉炼钢工艺冶炼钢铁产品，生产过程当中存在许多不可控的变量，比如氧气流量、氧枪的枪位、辅料的投入方式等，这些变量极易对自动控制效果产生不利影响，在应用一键炼钢的自动化控制技术时，炼钢过程的一些数据指标容易发生改变，进而降低产品质量档次，影响单位时间内的生产效率，因此，针对过程控制中存在的变量，应当采取有效的优化措施，以达到保质、保量、提效的目的。

（1）氧气流量的优化策略

转炉设备在运转过程中，需要向转炉内部吹入足够的氧气量，但是，每一道炼钢工序对氧气的需求量都存在较大差异。比如在钢水脱碳、脱硫、脱磷工序，由于工艺流程较为复杂，所需要的时间较长，这就需要供给大量的氧气，使氧气能够有效清除钢水中的杂物。如果一味的供给氧气，导致供氧量超出标准范围，这些多余的氧气就会与钢水中的贵金属合金发生化学反应，进而降低产品的品质。因此，在控制氧气流量时，应当综合考虑两方面内容，其一是氧气的充分利用，尽量保证氧气无剩余。其二是减少贵金属的氧化损失，以确保产品质量，达到节约成本的目的。

（2）精准控制氧枪枪位

氧枪位置的高低直接决定产品质量的好坏，高度不同，也会对钢水产生不同的影响。虽然许多钢铁企业对这一问题予以高度重视，制订了标准的作业模式，但是，取决于位置的不确定性，在实际应用当中，仍然暴露出诸多问题。比如在实际操作时，氧枪的枪位通常分为高—低—高、高—低—高—低、低—高—低—高—低等模式，钢铁企业选用哪一种枪位，与转炉的冶炼要求有着直接关联，同时，也与各个不同阶段的需氧量有着千丝万缕的联系，因此，钢铁企业应当结合生产实际，合理调整氧枪的高度。为了对氧枪位置进行有效控制，可以在氧枪上面安装炉况信息收集器，技术人员借助于收集器采集的数据信息，与数据库中的标准值进行比对，再根据比对结果制订科学的优化调整方案，使氧枪的枪位始终处于标准位置。

（3）物料投放控制

物料投放是炼钢生产过程中的一道关键工序，首先应当考虑物料配比问题，如果配比失衡，就会严重影响钢水质量。其次在物料投放时，应当对初始料仓的下料用量与造渣剂的使用量进行有效控制，并利用监控装置对转炉内的渣况信息进行实时监测。作业人员在投放物料之前，应当参照标准要求，使投放的物料能够达到最佳值，这样才能保证钢水质量不受影响。最后在投放造渣剂时，应当合理控制造渣剂的使用量与投放时间，在此期间，操作人员应当利用监测系统的反馈信息，与系统形成的数学模型进行比对，根据比对结果调整投料时间和用量。

4 造渣制度的优化策略

（1）减少造渣材料用量

为了提高炉内的留渣率，国内一些大型钢铁生产企业相继采取一系列造渣制度的优化策略，其中最为常用的一种优化方法，是减少造渣材料的使用量，这种方法不仅能够降低生产成本，确保留渣率，而且能够加快脱硫、脱碳、脱磷速度，对提高钢水质量能够产生正向效应。据现场实验数据表明，通过减少造渣材料的使用量，钢水中的出钢磷元素含量远远小于0.035%，所占的百分比高于95%，因此，这种方法的关注度也相对较高。

（2）优化成渣条件，制订安全操作流程

为了增加留渣量，钢铁生产企业可以对成渣条件进行优化，制订标准化、规范化的留渣操作工艺流程以及完善的造渣制度，为了规范作业人员的个人行为，使作业人员能够树立高度的主人翁责任意识与安全意识，钢铁企业可以根据炼钢生产的每一个环节与操作步骤，制订针对性强、实用性高的安全操作流程，避免作业人员在实际操作当中出现人为失误现象。在制订造渣制度时，技术人员应当参与到制度编制过程当中，结合自身的工作经验与专业技术水准，建立一个符合企业发展实际的留渣率目标。比如有些企业将留渣率目标定为60%以上，这样，在炼钢生产当中，全员上下就可以结合这一目标，严格遵照操作规范[2]。

此外，对于技术人员来说，应当熟练掌握转炉设备的内部构造与自动控制系统的各项功能，结合转炉结构特点，对氧枪的喷头进行改良，以降低转炉内的供氧强度，以此扩大氧气在炉内的接触面积，这样，能够有效防止喷溅与返干等现象的发生。这种新型的供氧方式，既能够提高钢水的脱碳、脱硫效率，而且也能够减少钢水中贵金属的消耗量，进而为企业节省大量的生产成本。

（3）使用固体颗粒渣

为了进一步优化转炉造渣工艺，钢铁企业可以利用固体颗粒渣来提升前期的化渣速度，这种固态颗粒渣进入炉体后，能够对炉内温度进行有效调节，以满足炼钢生产需要。具体操作流程是：在生产过程中，首先向转炉内吹炼3—5分钟的大约200kg的固体颗粒渣，需要注意的是，不同体积的转炉，添加剂量也有所不同，这些固体颗粒渣进入炉体后可以作为返回渣使用，这样，能够促使前期炉渣快速形成。在炼钢生产中后期，向炉内添加适量的固体颗粒渣，能够调节炉内的钢水温度，这样，能够节约大量的矿石原材料以及石灰等辅助材料。另外，为了防止钢水喷溅事故的发生，在造渣时，操作人员需要控制好终点温度。

（4）加大跟踪检查力度

虽然炼钢生产自动化控制技术已经日渐纯熟，但是，为了防止生产过程中出现意外事故，技术人员应当明确自身的管理监督职责，经常对冶炼原材料进行检查，从源头上控制渣化结果。比如向炉内添加的固体颗粒化渣剂以及石灰渣剂等，技术人员对这些渣剂的质量应当进行认真细致检查，对渣剂源头进行追踪调查，对渣剂的使用量进行记录。在检测石灰渣剂质量是否合格时，可以采取水化试验的方法，测定石灰质量，如果发现质量曲线上下波动值较大，应当及时将检测结果反馈给上一级主管领导，并对相关责任人进行严肃处理。另外，为了提高技术人员的专业技术水平，使其熟练掌握造渣原理与转炉工作原理，钢铁企业应当建立健全内部教育培训体系，并制订适时可行的月度、季度、年度培训计划，通过培训，增强各级管理人员与现场作业人员的责任意识，为企业创造更多的经济效益。