转炉炼钢终点控制技术研究与分析_任燕雄.pdf

20Metallurgical smelting冶金冶炼转炉炼钢终点控制技术研究与分析任燕雄，彭超，许君诚，何文浩摘要：在钢铁生产中，转炉炼钢终点技术是转炉后期操作流程中非常重要的一个环节，这一技术的有效应用可以促使钢铁冶炼效率的提升，对于钢铁的生产非常重要。目前，转炉炼钢终点技术在应用中也逐渐暴露出诸多不足之处，为了有效规避问题，需要不断进行技术优化，进而保障转炉炼钢的实用性得以提升。本文就转炉炼钢终点控制技术进行全面研究详细分析，力求能为使炼钢相关技术人员提供参考依据。关键词：转炉炼钢；终点控制；冶炼；技术伴随着社会经济的快速发展，基础设施全面推进过程中，对于钢铁资源的需求量也在不断增加，在钢铁冶炼与生产全流程中，转炉炼钢终点技术是一项非常关键的技术，因其具有保障产品品质，提升钢铁冶炼效率的优势而在行业内部被广泛应用。经历了多年的发展，尽管转炉炼钢终点控制技术已经发育了新型发展技术和新型发展模式，但在该技术转入后期操作流程中，依然会存在很多不足之处，这些问题在一定程度上影响了产品的质量和性能。为了更好的满足社会发展对于钢铁资源的需要，持续为全国基础设施建设及城市改造提供更多的钢铁产品，技术管理人员需要在技术层面不断创新，不断的促使钢铁冶炼的质量得以提升，同时确保冶炼的效率得以提升，通过系统的优化以及全流程的技术改良，使转炉炼钢的安全性能得以提升，并且保障炼钢的稳定性和实用性。本文根据实际业务需要，对于转炉炼钢重点控制技术的应用现状进行了系统的总结和全面的分析，并对常见的终点控制技术进行了系统的分析与介绍，为确定技术应用要点，选择最匹配需求、最有效完成生产目标的技术，最大限度确保钢材质量，确保其在施工中发挥重要作用。1 转炉炼钢终点控制技术发展研究与应用现状概述早在20世纪60年代，人们在钢铁冶炼过程中就已经开始使用转炉炼钢方法。转炉炼钢终点技术最早是从事冶炼钢铁相关工作的技术人员，在工厂实践工作中总结出的零散的经验和技巧，伴随着多年的发展与师带徒传递，钢铁冶炼技术人员借助于热力实验实现了对相关数据进行系统的分析，并明确其各项参数，这些数据详细的记录了在钢铁冶炼的全流程中，所有使用的原材料在冶炼过程中所产生的化学反应，同时，也分析、核算以及调查总结了所产生的热量，同时，也有效测试了在冶炼过程中每一个生产环节的投入产出比。伴随着科学技术的不断发展，计算机云技术等新兴技术开始普及，并影响了各行各业。冶炼钢铁技术在历经多年的沉淀，也取得了一定的成果。在早期，钢铁冶炼技术人员借助于精密度的热力学实验，获取到了非常可靠的数据，详细地计算了在钢铁冶炼的全流程中，各个原材料时间所存在的化学反应以及关联性，而每一种化学反应必然会释放出一定的热量，如果对热量以及原材料化学反应不能科学、精准、有效的掌控，必然会影响整个冶炼过程甚至结果，因此，计算机信息技术被引入到钢铁冶炼行业并开始发挥作用。借助于计算机信息技术，转炉炼钢终点技术的应用开始变得更加灵活而精准。事实上，转炉炼钢终点控制技术的水平直接决定了钢材产品的生产效率以及生产质量，而产生影响因素最主要的两个因子就是钢材中的水碳含量以及冶炼过程中的温度控制。从大量的实验以及生产实践结果上发现，转炉炼钢的方法所获取到的钢铁的总量以及质量会受到多方面因素的影响，包括冶炼的各个环节工序以及每一个环节工序中所投入的原材料的总量。当然，通过专业的实验数据可以发现，在进行转炉炼钢时，钢产品的质量会受到钢中的水碳含量的影响，同时，相对应的冶炼温度同样也会影响质量，因此，必须要对钢的水碳含量以及冶炼温度这两个因素进行有效的控制，因为一旦这两个因素没有控制在合理范围内，就会直接导致钢材的碳含量过高，进而影响到铁矿物质脱硫，这些情况在一定程度上都会导致钢材产品中的氮和氧含量升高，进而带来不良后果。在钢铁冶炼过程中，冶炼的温度控制同样也是非常重要的，温度失控会导致生产环节中各类原材料发生化学反应或者物理反应，进而产生超过标准的不可控的消耗，进而导致钢材冶炼的周期延长，效率变低，严重者会影响到钢材的质量。因此，很多研究都是针对于转炉炼钢终点控制技术的质量影响因素进行分析与研究的，并通过实验进行验证结果。2 转炉冶炼过程社会的发展对于钢铁产品的需求量不断加大，这也就促使冶炼钢铁相关行业需要借助于技术转型升级不断提升效率。目前，转炉炼钢技术在具体的冶炼钢铁实践应用中最具有代表性，这主要是因为转炉炼钢技术具有明显的优势效率高且产品质量有保障，因此，转炉炼钢技术也被称之为该行业的前沿技术。在转炉炼钢技术中，转炉炼钢终点控制技术是非常核心的一个技术部分，这一技术对于冶炼时间以及钢水质量的控制都是非常关键的。通常，在应用转炉冶炼技术时，很多因素会影响到工艺技术的产出质量。主要的影响因素有铁水成分、温度以及石灰和白云石等，同时生铁以及废钢也会影响准路冶炼，这些原料以及辅料是影响转炉冶炼技术有效发挥的重点因素。在总装入量为1282t不变的前提下，借助于废钢用量的提升以及铁水用量的21Metallurgical smelting冶金冶炼减低可以实现转炉冶炼铁耗费的指标，在废钢用量上，单炉从16t提升到28t，在铁水用量上，单炉吨降低到吨。经此调整，可实现耗铁指标由原来的900kg/t钢降低到850kg/t。因为，废钢用量的提升促使转炉的热平衡受到影响，在热平衡保持稳定性的同时，借助于技术的优化与操作的调整实现了出钢温度得以稳定的目标，进而保障了钢材产品的质量。3 各类转炉炼钢终点控制技术分析3.1经验控制技术伴随着现代技术的发展，我国的工业设计中关于转炉炼钢终点控制技术也有很多创新，而智能化控制管理就是一种比较常见的将数字化技术与传统的转炉炼钢技术相结合的一种设计。这种冶炼方法主要是通过人工操作和管理的方式对于炼炉中所涉及到的所有信息以及数据进行细致的分析和有效的处理，进而保障了数据和信息的准确度与精准度。借助于数字智能化的控制手段，转炉炼钢的质量由于参数的精准得到了保障，同时，由于信息的准确保障了效率。在实际应用中，高碳钢由于优势明显，而被广泛应用，因此，也需要借助技术管理人员的经验控制技术将智能化控制应用到转炉炼钢中来。3.1.1拉碳补吹法这是一种比较常见的、应用于转炉炼钢技术中的一种人工经验控制技术，其主要是在吹炼后期发挥作用，借助于人工经验，有效的对钢中的含碳量进行判断与评估，确认含量是否已经达到标准值，进而基于对含碳量的预判来有效控制吹氧。从拉碳补吹法的应用来看，其主要的优势在于具有较高的尽数收益率，与此同时，在钢内的各类元素含量上也具有一定的优势，如锰的含量相对偏高，而钢水的含氧量测试偏低的，另外，终渣中，氧化亚铁的含量低，从其主要特点以及优势上进行分析可以发现，其在中、高碳钢生产中应用价值最高。但是，在实际应用中可以发现，这一控制技术是在终点采取措施，其成功率在60%左右，一次命中率相对不高，风险大，因此，在应用过程中要慎重结合具体的冶炼需求，慎重选用此种控制方法。3.1.2一吹到底增碳法这种人工经验控制技术通常需要充分结合调温特点以及低拉碳和增碳操作的特点实施，要根据人工经验来判断碳含量。在吹碳过程中做到不抬枪和不倒炉，进而确定终点钢碳含量要在下限，同时要保证温度控制在上限，待完成温度的调整以后出钢。当然，在出钢的全过程中，为了调整碳含量还需要使用增碳法达到目标并且要控制增量，保证在合理范围内的调整。这种技术最大的优势在于能够有效的实现终渣氧化铁含量高，同时热收入多，并且具有较高的稳定性，因此能够很好的达成脱硫和脱磷的目标，相比较于拉碳补吹法，其最大的优势在于一次命中率高达85%以上，其效果更明显，也因此被广泛应用。3.2静态控制技术依托于炼钢原材料的差异和设备系统的差异，通常需要选择不同的新型技术和方法工具来实现对于不同钢种的吹捧和挑拣，这就需要借助于有效的模型来实现静态控制技术。在进行量钢操作时，要将铁水以及铁合金加入，然后要对炼钢系统的基本供氧情况与相关的数据信息进行系统计算，此外，还需要有效评估和分析原材料的基本特点以及质量情况进行吹炼，这些操作之所以能够把控最佳时间点，都是因为有相关模型实现数据处理和有效控制。随后，相关的技术人员可以及时的进行人工校验，基于人工检验模式来实现对于终点钢中的碳质量分数以及温度的有效控制，确保结果的科学性。其作用在于能够有效的促使炼钢的整体质量得以提升，同时也保障炼钢效率，进而满足实际需要，在终点控制技术中能够呈现出时间周期短、发展效率高的新型模式。3.2.1机理模型所谓机理模型就是理论模型，其主要技术基础就是钢铁冶炼过程额传输机理以及反应机理，在物料平衡以及热平衡方程的应用下，根据具体的条件来确定相关假设条件，基于假设条件进行推导，建立理论模型。事实上转炉炼钢技术的生产过程是比较复杂的，而且有诸多的影响因素，最主要的难点在于存在一部分物料平衡以及热平衡的数据是借助于假设条件来确定的，假设条件毕竟与真实性有所偏差。所以，从理论模型建模的角度出发，半机理+半经验模型的建立还需要大量的数据予以支持，否则难以实现有效的控制。3.2.2统计模型借助于黑箱原理可实现统计模型的建立，在钢铁冶炼过程中，并不需要物理学以及化学规律进行详细的分析，仅仅借助于系统，通过输入量以及输出量二者之间的实际关系就可以进行系统的分析。通过收集和整理大量的实验数据并进行数理统计法，进而实现变量的变化以及数值的变化来构建模型。在转炉冶炼生产过程中，由于影响要素非常多，因此，在实际的冶炼应用过程中，因此需要大量的数据予以支持，这种模型的应用率并不高。3.2.3人工神经网络模型近年来，伴随着技术的快速更新迭代，人工神经网络技术有了较大的发展空间，目前，该技术已经有效的应用到了转炉冶炼终点控制技术之中。相比较于传统的控制模型，人工神经网络技术最大的优势就在于其具有较强的自组织以及自学习性，因此，是可以以任意精度接近于非线性函数相关功能的，因此，在这一基础上就可以构建有效人工神经网络控制模型，进而实现对于冶炼全流程实现精准化管理，精准的指导冶炼生产全流程，由于其优势，该模型的应用非常广泛。3.3动态控制技术3.3.1副枪动态终点控制技术动态控制技术同样是转炉炼钢终点控制技术的一个重要形式，炼钢全流程即将结束并到达吹炼终点时，必须要将副枪插入到熔池内，进而能够对于熔池内部的温度以及碳的含量进行检测，基于所测数据有效的调整。在调整过程中要注意根据已有的检测参数对于静态模型计算结果进行修正，技术人员可以结合相关的数据参数来确保静态模型计算的结果处于稳定阶段。为22Metallurgical smelting冶金冶炼了确保全流程转炉冶炼技术的有效实施，在确保吹炼终点的供氧量的同时，需要充分结合副原材料的加入量以及数值，其目的就是实现转炉冶炼稳定，并确保合理的终点命中率，当然，这一操作是可以借助于计算机信息系统来完成动态控制的。当然，要同步分析机械设备系统对于转炉控制的影响，所以必须要对原材料进行详细的分析，包括碳质量分数，可以通过结晶定碳的相关手段等来实现碳质量分数的测定，并对其进行有效管理，其目的就是确保数据的精准性。在炼钢全流程中，如果碳质量分数没有达到预期要求，会导致钢产品的质量下降，测量的精准度也不足。需要注意的是，如果碳治疗量分数过高，那么测量的精准度会降低，测定结果的准确性就难达成。因此，有经验的技术人员会在低碳钢生产时，将动态终点控制技术有效应用其中。3.3.2炉气分析动态终点控制技术通常情况下，在吹炼后期，需要对炉口表炉气的成分进行详细的检测，其目的就是为了保障钢铁熔池脱碳的速率，这样就能够很好的对钢水成分以及温度进行合理的判断，进而可以有效的实现转炉炼钢终点动态的控制。这一技术最明显的优势在于能够有效的促使钢水碳含量以及温度可以被及时测定并有效的提示，而且，对于控制系统还能够及时的进行动态化的校正，控制人员可以借助于这一技术知晓钢水的S、P的变化情况。当然，如果在吹炼终点，钢水碳的质量分数相对比较低，那么，测量的精度就会提升，与此同时，一次命中率也会提升至90%以上，其效果非常明显。4 转炉炼钢