侯 榮
（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第一煉鋼廠， 江蘇 南京 210035）
摘 要：簡要介紹了轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的控制技術(shù)，從碳氧含量、出鋼溫度和脫磷條件三個方面詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的影響因素，提出通過完善留渣操作、降低出鋼溫度、控制吹煉強度和進行補熱升溫等針對性的控制策略，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率，以期為轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率提高及控制提供參考，確保轉(zhuǎn)爐煉鋼穩(wěn)定作業(yè)，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)質(zhì)量和效率。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；終點命中率；控制技術(shù)；控制措施
0 引言
轉(zhuǎn)爐煉鋼是目前應(yīng)用范圍最廣、應(yīng)用頻率最高的煉鋼工藝，終點命中率則是衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量及經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)之一，終點命中率控制效果直接決定了轉(zhuǎn)爐煉鋼成本、生產(chǎn)作業(yè)效率、鋼水質(zhì)量。為了保障轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)水平及經(jīng)濟效益，煉鋼廠及技術(shù)人員有必要從設(shè)備、原料、工藝等角度分析終點命中率控制影響因素，在此基礎(chǔ)上對原有生產(chǎn)作業(yè)流程進行優(yōu)化?？v觀現(xiàn)階段轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，部分煉鋼廠依然存在無法全面提高終點命中率的情況，為此，對提高轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的控制措施展開分析。
1 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的控制技術(shù)
1.1 人工控制技術(shù)
拉碳補吹為常見的人工經(jīng)驗轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制技術(shù)，需要技術(shù)人員具備一定的專業(yè)能力和從業(yè)經(jīng)驗，通過轉(zhuǎn)爐煉鋼的碳含量要求等參數(shù)判斷是否需要吹氧操作。如果是生產(chǎn)碳鋼或高碳鋼，技術(shù)人員還需要在上述判斷指標(biāo)中增加目標(biāo)碳含量、氧化速度[1]。拉碳補吹技術(shù)的操作流程較為簡單，不會造成過多轉(zhuǎn)爐煉鋼原料損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)對于碳化率、耗氧量的準(zhǔn)確控制，但是對于技術(shù)人員能力的要求過高。
1.2 靜態(tài)控制技術(shù)
靜態(tài)控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制中的應(yīng)用，需要同時考慮終點靜態(tài)控制現(xiàn)狀、原材料狀態(tài)和煉鋼種類，從而明確廢鐵、廢鋼、鐵水和合金等原材料的應(yīng)用量，計算原材料所需氧量。在靜態(tài)控制過程中，技術(shù)人員需要掌握人工控制靜態(tài)點的上下界限，從而通過非變更轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的形式控制終點命中率，一般能夠?qū)⒔K點命中率提高至 80％左右。靜態(tài)控制技術(shù)的主要互聯(lián)網(wǎng)模型為經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃蜋C理模型。機理模型在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制中的應(yīng)用頻率更高，但是操作流程較為復(fù)雜，容易受到外界因素的影響，技術(shù)人員需要格外注重物料平衡及熱平衡計算結(jié)果的準(zhǔn)確程度[2]。
1.3 動態(tài)控制技術(shù)
副槍動態(tài)重點控制技術(shù)需要技術(shù)人員根據(jù)熔池溫度等副槍檢測數(shù)據(jù)實時掌握轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)數(shù)據(jù)，并進行有效更正，有利于提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的穩(wěn)定程度，從而精確控制終點命中率。
爐氣分析動態(tài)終點控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制中的應(yīng)用頻率較高，需要技術(shù)人員根據(jù)爐口表爐氣成分判斷熔池脫碳速度、鋼水成分是否達到了終點溫度要求。相比較人工控制，動態(tài)控制的準(zhǔn)確程度更高，并且能夠優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)參數(shù)。這就要求技術(shù)人員具有較高的控制能力。
1.4 自動控制技術(shù)
自動控制主要面向的是轉(zhuǎn)爐煉鋼碳含量及溫度控制，技術(shù)人員需要通過計算機及相關(guān)軟件進行終點命中率控制，同時實現(xiàn)對于終點溫度的實時監(jiān)控。自動控制技術(shù)本質(zhì)為線上控制技術(shù)，技術(shù)人員可以通過自動控制技術(shù)做到對于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的實時查看，實時對比碳含量及溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)有效的質(zhì)量分?jǐn)?shù)管理。在自動控制技術(shù)支持下，能夠?qū)鹘y(tǒng)人工定時吹爐、掃爐、倒?fàn)t操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊僮?，并將轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)效率及終點命中率控制率提高至 85％左右。
2 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的影響因素
2.1 碳氧含量
在轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)過程中，熔池內(nèi)的 C 和 O 會產(chǎn)生強烈化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如公式 1 所示。
[C]+[O]=COΔGθ=-22 364-39.63，
其中：ΔGθ 為標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能；T 為鋼水溫度；PCO為 CO 分壓；aC 為鋼水中碳的活度，mol/L；aO 為鋼水中氧的活度，mol/L。
由式 1 可知：根據(jù)熱力學(xué)理論，溫度、PCO 是影響碳氧積的主要因素，在一定溫度、PCO 下，碳氧積為一個常數(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點 w（O）與 w（C）呈反相關(guān)關(guān)系，即在終點 w（C）相同的情況下，終點 w（O）會隨著碳氧積的降低而降低。轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)一般以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為PCO，可見影響碳氧含量的最終因素為溫度。
根據(jù)動力學(xué)理論，適當(dāng)攪拌操作有利于加快熔池內(nèi)的碳氧反應(yīng)，從而降低碳氧積，具體攪拌操作包括底吹氣體攪拌、頂吹氧槍氣流沖擊和碳氧反應(yīng)氣體攪拌等[3]。
2.2 出鋼溫度
轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)的熱量主要為鐵水化學(xué)元素氧化反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)熱量、鐵水自身的物理熱量，常規(guī)鐵水成分和溫度變化如表 1 所示。在轉(zhuǎn)爐煉鋼連續(xù)作業(yè)過程中，化學(xué)熱量及物理熱量均有一定富余。因此，技術(shù)人員需要在吹煉作業(yè)中加入一定劑量的冷卻劑，對終點溫度的進行有效控制，從而提高終點命中率。
需要注意的是，如果轉(zhuǎn)爐停爐時間較長，吹煉作業(yè)產(chǎn)生的熱量可能不足以達到出鋼溫度要求。此時，技術(shù)人員便需要進行補熱升溫，從而確保終點溫度。但是，補熱升溫可能會出現(xiàn)爐襯侵蝕加劇、鐵損增加、鋼水純凈度降低以及合金回收率降低等新的問題。此外，轉(zhuǎn)爐吹煉作業(yè)造成的噴濺會損失大量熱量，也會對終點溫度造成不利影響[4]。
2.3 脫磷條件
根據(jù)氧勢圖選擇氧化規(guī)律，在轉(zhuǎn)爐吹煉前期溫度較低、成渣 FeO 含量較高的情況下，脫磷反應(yīng)效率要高于碳氧反應(yīng)。在熔池溫度持續(xù)升高的形勢下，轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)加入石灰，融化效率開始提高，成渣堿度也隨之提高。
2P+5FeO+4CaO=4CaO·P2O5+5Fe. （2）
由式 2 可知：能夠推動脫磷反應(yīng)方程式向右進行的條件均能夠強化脫磷反應(yīng)效果。根據(jù)動力學(xué)理論，成渣保持足夠的流動性。因此，可總結(jié)脫磷反應(yīng)條件為較高的成渣 FeO 含量、較高的成渣堿度、較低的熔池溫度和良好的鋼—渣反應(yīng)界面。
3 提高轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的控制措施
3.1 完善留渣操作
為了滿足脫磷反應(yīng)條件，技術(shù)人員可以展開科學(xué)合理的留渣操作。具體來講，轉(zhuǎn)爐留渣獲得的脫硫及脫磷效果較為理想，具有倒渣時間較少、前期成渣效率較高和石灰的消耗量較少等諸多應(yīng)用優(yōu)勢。但是，留渣量過多會產(chǎn)生低溫渣噴濺問題，如果無法及時吹干濺渣，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉點火異常。因此，技術(shù)人員需要有效控制留渣量[5]。
不同鐵水成分對應(yīng)的理想留渣量不同，技術(shù)人員往往需要根據(jù)成渣循環(huán)次數(shù)、鐵水硅含量確定留渣量。如果鐵水中 w（Si）較低，會減少生白、冷料、石灰等原料的添加量，技術(shù)人員需要適當(dāng)增加留渣量。如果鐵水中 w（Si）較高，上述原料的添加量會增加，技術(shù)人員需要適當(dāng)減少留渣量，確保轉(zhuǎn)爐內(nèi)成渣數(shù)量的穩(wěn)定水平。如果鐵水中 w（Si）超過 1.0％，可以不進行留渣。
3.2 降低出鋼溫度
鋼水氧含量會隨著轉(zhuǎn)爐終點溫度的提高而提高，脫氧劑應(yīng)用量也會隨之提高。為了滿足脫磷反應(yīng)條件，可以降低出鋼溫度。在轉(zhuǎn)爐熱量不足的情況下，較低的出鋼溫度能夠提高終點命中率。常見的出鋼溫度降低措施有：
1）縮短轉(zhuǎn)爐煉鋼周期，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼效率。
2）減少鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量，提高鋼包周轉(zhuǎn)效率，確保鋼包內(nèi)襯溫度能夠達到 1 000 ℃。
3）在轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)中加入合金。
4）對出站的鋼包進行保溫處理。
5）制定好各個轉(zhuǎn)爐爐次規(guī)劃。
以上出鋼溫度降低措施均能夠?qū)⑥D(zhuǎn)爐煉鋼終點溫度降低 20～30 ℃左右，將終點命中率提高 12％～13％左右，同時，能夠降低轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵消耗量。
3.3 控制吹煉強度
轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉強度控制方式主要包括變槍恒壓、變槍變壓和恒槍變壓，槍位變化主要包括前期槍位變化、中期槍位變化和后期槍位變化。不同鐵水成分及溫度對應(yīng)的理想吹煉強度不同。如果鐵水中 w（Si）較高，技術(shù)人員可以降低前期槍位、調(diào)高中期槍位較高、保持后期槍位適中。如果鐵水中 w（Si）較低，技術(shù)人員可以調(diào)高前期槍位、保持中期槍位適中、降低后期槍位。如果鐵水溫度較低，技術(shù)人員可以調(diào)高前期槍位、保持中期槍位適中、保持后期槍位適中。如果鐵水溫度較高，技術(shù)人員可以降低前期槍位、調(diào)高中期槍位較高、保持后期槍位適中。
此外，可以通過改善氧槍噴頭結(jié)構(gòu)，增加噴頭數(shù)量，從而改變氧槍對于熔池的沖擊流場，降低吹煉噴濺問題發(fā)生概率，縮短轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉周期，最終提高終點命中率。
3.4 進行補熱升溫
溫度調(diào)整為控制終點碳氧含量的基本方式，因此，可以進行補熱升溫。具體來講，氧化鐵是實現(xiàn)熔池升溫的主要元素，但是氧化鐵的應(yīng)用增加了轉(zhuǎn)爐煉鋼成本。為了進一步提高煉鋼廠生產(chǎn)效益，技術(shù)人員可以選擇在吹煉前期添加焦炭或硅鐵，既能實現(xiàn)補熱升溫，又能控制轉(zhuǎn)爐煉鋼成本。
當(dāng)然，需要計算焦炭或硅鐵添加量，具體可以應(yīng)用副槍模型。技術(shù)人員需要明確焦炭或硅鐵添加條件，例如，如果鐵水中 w（Si）超過 0.35％，2 000 kg 焦炭添加量依然無法實現(xiàn)有效補熱升溫，技術(shù)人員只能夠添加硅鐵繼續(xù)進行補熱升溫，硅鐵添加量不能超過0.60％。如果鐵水中 w（Si）未超過 0.35％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60％的硅鐵添加量依然無法實現(xiàn)有效補熱升溫，技術(shù)人員只能夠添加焦炭繼續(xù)進行補熱升溫，焦炭添加量不能超過 2 500 kg。技術(shù)人員需要掌握焦炭或硅鐵添加時間，一般在廢鋼添加結(jié)束后、結(jié)束濺渣結(jié)束后或吹煉結(jié)束后添加。如果吹煉耗氧量超過 2 500 m3，禁止繼續(xù)添加硅鐵。
4 結(jié)論
通過分析轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制技術(shù)，從技術(shù)層面為轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的提高奠定了基礎(chǔ)。
1）轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率控制技術(shù)主要包括人工控制技術(shù)、靜態(tài)控制技術(shù)、動態(tài)控制技術(shù)和自動控制技術(shù)。
2）轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率影響因素主要包括碳氧含量、出鋼溫度和脫磷條件。影響碳氧含量的最終因素為溫度，有效控制終點溫度能夠提高終點命中率。脫磷反應(yīng)條件為較高的成渣 FeO 含量、較高的成渣堿 度、較低的熔池溫度和良好的鋼—渣反應(yīng)界面。
3）提高轉(zhuǎn)爐煉鋼終點命中率的控制措施主要包括完善留渣操作、降低出鋼溫度、控制吹煉強度和進行補熱升溫，最終提高終點命中率。
參考文獻
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