副槍煉鋼技術在120t轉爐中的應用

劉志遠 欒文林 王重君 劉曉娟 朱斐斐

河北鋼鐵集團唐鋼中厚板公司 河北 唐山 063000

摘  要：河鋼唐鋼中厚板公司采用了國內(nèi)先進的副槍煉鋼技術，通過副槍的成功應用，有效的減少倒爐時間，提高了生產(chǎn)節(jié)奏，而且達到了降本增效的目的，最終鋼水質(zhì)量得以大幅提高。

關鍵詞：副槍 自動煉鋼 轉爐

Application of sublance technology for the 120t-Converter

Liuzhiyuan  Luanwenlin  Wangchongjun  Liuxiaojuan  Zhufeifei

(Tang Gang Group Heavy Plate Iron & Steel Co., Ltd, Hebei Tangshan, 063000, China)

Abstract:An advanced sublance technology is applied in 120t-converter in heavy plate of tangsteel, which could improve production efficiency based on the time of steel liquid transferring, and the quality of product is improved also.

Key words: Sublance technology; auto making; converter

隨著轉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。計算機系統(tǒng)控制模型的運用提高了煉鋼的控制水平，為了實現(xiàn)高命中率下的嚴格的終點值控制，避免二次吹煉，采用副槍系統(tǒng)和SDM靜態(tài)和動態(tài)控制模型，將有助于滿足政府對污染物排放越來越嚴格的限制要求，并為操作人員提供一種更為安全舒適的工作環(huán)境。唐鋼中厚板公司120噸轉爐工程于2016年3月開始投產(chǎn)運行，該工程主要工藝路線如下：鐵水預處理-120噸轉爐副槍系統(tǒng)-LF精煉-RH精煉-板坯連鑄機（異形坯連鑄機）。

1 轉爐副槍系統(tǒng)

1.1 副槍設備

副槍系統(tǒng)為橫移測量方式，副槍槍體采用水冷卻方式。系統(tǒng)主要由副槍本體設備的平移裝置、升降裝置、冷卻水和壓縮空氣以及氮氣供給裝置、副槍探頭自動裝卸及收集裝置、副槍的密封帽及刮渣器裝置、副槍數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成。副槍主要完成三個主要動作：副槍的升降、副槍的平移、探頭的自動裝卸。

副槍基本參數(shù)：

（1）副槍裝置工作型式：橫移式；

（2）探頭裝卸及回收：自動；

（3）測量：可在吹煉中測量，也可在停吹后進行測量；

（4）副槍定位精度：垂直精度為±10毫米，水平精度為±10毫米；

（5）副槍中心距氧槍中心 900mm。

（6）周期時間：副槍刮渣時,T1≤115秒；副槍不刮渣時,T1≤110秒；

（7）探頭插入深度：700mm。

（8）探頭箱彈倉數(shù)：5個(每個倉可存放27支探頭)

1.2 副槍探頭

（1）TSC：測溫、取樣、定碳。在吹氧85％時，測出熔池溫度和鋼液凝固溫度，通過凝固溫度和鋼水碳含量的關系求出碳含量。

（2）TSO：測溫、取樣、定氧。在吹煉終點時．測出鋼液終點溫度和氧活度，通過碳一氧平衡關系計算出終點碳含量。在進行TSO測量時，探頭通過鋼液/渣的界面時，溫度和氧活度產(chǎn)生躍變，系統(tǒng)快速計算出熔池鋼水液位高度。

1.3 煉鋼自動化系統(tǒng)

基礎自動化由電氣、儀表控制系統(tǒng)和操作站組成，主要功能是對轉爐操作過程進行控制，實行人機對話，對生產(chǎn)過程進行順序控制，完成煉鋼數(shù)據(jù)采集。并完成與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

模型控制計算機系統(tǒng)以多個高性能服務器為核心，分別完成鐵水脫硫、轉爐煉鋼、鋼包精煉爐和連鑄等區(qū)域的生產(chǎn)控制。其中煉鋼模型控制計算機通常稱之為煉鋼二級機。

2、自動煉鋼工藝控制系統(tǒng)

2.1 靜態(tài)模型控制

靜態(tài)控制過程是由靜態(tài)控制模型實現(xiàn)的，靜態(tài)模型主要包括出鋼溫度計算。鐵水、目標溫度計算模型、熱平衡計算模型(含主原料計算)、熔劑計算模型。模型的計算機理主要是基于熔池內(nèi)各種元素的化學反應和由此帶來的物料平衡和熱平衡。鐵水重量、鐵水溫度和成分、廢鋼量、鋼水量、終點溫度、熔劑加入量、渣量和供氧量等作為物料平衡和熱平衡的主要項。轉爐工藝模型的參數(shù)在自動煉鋼系統(tǒng)中由冶煉工程師在系統(tǒng)維護畫面中監(jiān)視并且可以調(diào)整。[1]

2.2 動態(tài)模型控制

動態(tài)控制過程是由動態(tài)控制模型實現(xiàn)的，動態(tài)模型的依據(jù)是轉爐內(nèi)冶煉末期的信息，根據(jù)計算結果需要加入的冷卻劑和供氧量，跟蹤完成吹煉工藝過程。

在轉爐煉鋼吹煉過程的后期，副槍啟動第一次測量。動態(tài)控制模型根據(jù)副槍的TSC探頭測量結果或測量原始數(shù)據(jù)計算出動態(tài)階段需要的末期吹氧量和冷卻劑加入量，同時根據(jù)該鋼種冶煉標準確定的吹煉終點目標范圍啟動動態(tài)校正吹煉過程，并根據(jù)動態(tài)控制階段的實際吹氧量及冷卻劑實際加入量，按氧步實時預測鋼水的碳含量和溫度。當預測值進入吹煉終點目標范圍內(nèi)時，向一級控制系統(tǒng)發(fā)出提槍停吹指令。停吹結束，動態(tài)控制模型同步停止計算，動態(tài)校正過程完成。

2.3 測量過程中熔池中鋼水的C含量

測量鋼水中C含量采用鋼液的快速結晶定碳法，其基本原理是基于鐵碳相圖（TSC探頭，測溫、取樣、定C）。鋼液一般為非純金屬，除Fe元素外，還有Mn、Si、P、S、O等元素，其結晶溫度按下式計算：

T=1538-ΣΔt×Χ

式中，1538℃-純鐵的結晶溫度；

Δt—純鐵中某元素含量增加1%時結晶溫度的降低值，℃；

Χ—各元素在鋼中的百分含量，%；

T—結晶溫度，℃；

鋼水中主要是C含量變化大，通過測定鋼液的結晶溫度可直接計算鋼液中的C含量。C含量與溫度呈線性關系，即C（%）=ƒ（t），以實現(xiàn)終點C、溫度雙命中。

2.4 測量吹煉終點熔池中鋼水的O含量和C含量

終點鋼水中的[O]主要取決于鋼液的氧電勢（MV）和溫度（t），即O（×10-6）= ƒ（t,MV），通過用TSO探頭，測出終點鋼液的氧電勢和溫度，即可計算出鋼液中的氧含量。根據(jù)碳-氧活度關系計算出鋼水的實際碳含量。

3、工藝技術管理完善

副槍自動煉鋼是一個復雜的系統(tǒng)工程，是以計算機模型控制為核心，對冶煉全過程的參數(shù)計算和優(yōu)化。用計算機控制轉爐煉鋼，對基礎自動化準確控制、各種過程數(shù)據(jù)檢測準確可靠、原材料達到精料標準均有較高要求。

3.1 完善數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為了滿足副槍自動煉鋼工藝管理需要，強化和完善了數(shù)據(jù)采集管理，建立了生產(chǎn)和檢化驗數(shù)據(jù)自動采集、傳送的數(shù)據(jù)自動化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

3.2 加強計量管理

副槍自動煉鋼要求對鐵水、廢鋼、副原料、鐵合金、鋼水等的重量進行準確稱量。為達到稱量精度要求，進行了煉鋼系統(tǒng)全面的校稱工作，稱量精度達到≤0.5%。同時對部分料倉進行改造，稱量方式改為減量控制方式，如圖2所示。通過以上優(yōu)化措施的實施，實現(xiàn)冷卻劑連續(xù)精準投料，控制下料速度，解決吹煉前期大批量加料及吹煉中后期勻速小批量加料問題。實現(xiàn)冶煉過程平穩(wěn)并保證煙氣分析的精度。

采用電磁振動給料機實現(xiàn)實時稱重，便于確認下料速度，下料累計值較目標加入了相差＜300kg時降低加料速度，下料累積誤差＜50kg。

3.3 氧槍槍位和氧流量的精確控制

為實現(xiàn)氧槍槍位和氧流量的準確控制，對氧槍控制編碼器進行改造，由原來的增量型編碼器改為絕對值編碼器，控制程序增加了槍位動態(tài)校正功能，控制精度達到了±50mm；對氧氣流量孔板進行重新計算校核標定和更換，實現(xiàn)了氧氣流量等的準確計量控制。

根據(jù)唐鋼中厚板公司現(xiàn)場實際條件，優(yōu)化現(xiàn)有4孔氧槍，使用新5孔氧槍進行試驗，如圖3所示。終點渣FeO含量為16.44%，相比改進前降低1.0%。同時優(yōu)化氧槍槍位，如圖4所示。

3.4 改進底吹系統(tǒng)

冶煉低碳和超低碳鋼采用增大后期供氧量和大氣量底吹后攪工藝，有利于脫碳，脫磷，脫硫。轉爐復吹系統(tǒng)，使用底吹透氣磚快換技術，在底吹效果不好時進行更換，滿足自動煉鋼對底吹的要求，如圖4所示，同時建立按氧步控制調(diào)節(jié)的動態(tài)復吹供氣模式和不同鋼種工藝的底吹后攪模式，發(fā)揮復吹效果。

3.5 加強原材料管理

加強了鐵水、石灰等原材料的取樣檢驗分析，建立了嚴格的檢驗管理制度。對廢鋼實行分類管理，按比例搭配使用。

4、自動煉鋼實施效果

模型根據(jù)不同的鐵水成分、溫度情況、廢鋼的分類重量和轉爐終點的要求，精確計算出需要加入的各種溶劑的重量，計算過程依據(jù)的是物料平衡和熱平衡，在準確命中終點碳溫窗口的前提下，各種物料的加入量得到了科學合理的優(yōu)化，徹底改變了根據(jù)經(jīng)驗人工確定物料加入量的盲目性，使原材料和能源得到了最經(jīng)濟的使用。同時，按模型煉鋼使煉鋼過程中人為干擾的因素降到最低，只要原材料穩(wěn)定，吹煉過程就穩(wěn)定，使轉爐吹煉過程趨于模式化。

4.1 提高冶煉效率，改善冶煉效果

副槍自動煉鋼靜態(tài)和動態(tài)模型可以提高冶煉效率，在不停吹的情況下，副槍過程(TSC)測量出鋼水溫度、碳含量，根據(jù)其測量結果，啟動動態(tài)計算，計算出還需吹煉的氧量和冷卻劑加入量，這不但提高了生產(chǎn)效率，更重要的是終點命中率不斷提高。圖5為唐鋼中厚板公司副槍使用后終點碳、溫度命中率情況。

4.2 縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)效率

副槍可以實現(xiàn)轉爐吹煉過程中不用停吹倒爐而進行自動取樣測溫，終點控制精度高，吹煉終點一次命中率高，后吹率低，大大縮短了冶煉周期。直接出鋼率情況如圖6所示。

4.3 改善工作條件

沒有配備副槍的轉爐在吹煉終點需要倒爐，進行人工測溫取樣，工人要忍受高溫和冒著噴濺的危險到轉爐爐口附近操作，對工人的健康和安全造成很大威脅。采用轉爐計算機自動煉鋼工藝后，副槍在吹煉過程中自動取樣測溫，不必倒爐，使工人從危險的人工操作中解脫出來。同時，轉爐終點碳溫一次命中率提高，使出鋼過程合金收得率保持穩(wěn)定，鋼水成分一次命中率也隨之提高，人工補加合金調(diào)整成分的情況越來越少．工人的勞動強度進一步減輕。實現(xiàn)轉爐計算機自動煉鋼后，轉爐附近的高溫區(qū)域人的活動明顯減少，地面上沒有測溫槍、樣勺、鐵鍬等工具的堆放和殘鋼渣的痕跡，現(xiàn)場環(huán)境可以保持得很整潔。工人有更多的機會考慮轉爐生產(chǎn)的操作數(shù)據(jù)和技藝，整體素質(zhì)正在從體力型向技術智能型轉變。[2]

4.4 降低終渣TFe含量

綜合考慮鋼種對碳、磷、出鋼氧值的要求，按盡可能地降低終渣中TFe含量的原則來設置拉碳時間及拉碳槍位。目前終點碳含量≥0.08％的鋼種，模型判斷熔池溫度達到出鋼要求，計算碳含量不超過內(nèi)控上限發(fā)出抬槍指令。其終渣TFe平均含量16.44%。圖7為TFe含量分布情況。

4.5效益測算

采用副槍和SDM靜態(tài)和動態(tài)控制模型后，降低渣中氧化鐵3%，鋼鐵料消耗降低2-3Kg/t，成本降低2.2-3.2元/噸。不倒爐降低溫度損失10℃左右，節(jié)省精煉電耗4元/噸左右。氧耗降低1Nm3/噸左右，成本降低0.48元/噸左右。降低終點氧位200PPm，降低合金成本降低1.2元/噸。副槍可檢測鋼水液面高度，提高氧槍槍位的控制精度，減少噴濺的發(fā)生，增效2.21元/t鋼。應用副槍自動煉鋼后，河鋼唐鋼中厚板公司取得了顯著的經(jīng)濟效益，噸鋼增效10.09-11.09元。

5、結論

（1）計算機模型、操作模式等方面滿足計算機煉鋼工藝的客觀要求，成功實現(xiàn)了轉爐計算機自動煉鋼。

（2）自動煉鋼的實現(xiàn)，在降低鋼鐵料消耗、降低合金消耗、提高生產(chǎn)效率、改善工作環(huán)境等方面效果顯著。

（3）自動煉鋼工藝還處于起步階段，在模型參數(shù)的優(yōu)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可靠性方面還要繼續(xù)做大量的工作。

參考文獻

[1] 石艷,黃亞純,曾維友,等. 轉爐煉鋼動態(tài)控制模型研究與工程應用[J].礦業(yè)工程,2014,34(7):88-89.

[2] 達涅利康力斯公司. 達涅利康力斯副槍系統(tǒng)的應用[J].鋼鐵,20014,39(11):31-32.