煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰變化特征與吹煉數(shù)據(jù)的規(guī)律

楊　帆

（河鋼宣鋼二鋼軋廠, 河北 張家口 075100）

摘　要：在當(dāng)今的鋼鐵生產(chǎn)中，煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰的動態(tài)變化特征成為現(xiàn)如今被重點研究的課題之一，因其和煉鋼過程中的吹煉的數(shù)據(jù)存在很大的關(guān)聯(lián)性，在煉鋼過程的不同吹煉時段，因煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰不同，吹煉的數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生不同的規(guī)律。本文通過對煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口的火焰動態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)規(guī)律進(jìn)行研究，從而對爐口的火焰變化特征進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，使得出的相關(guān)規(guī)律可以為煉鋼轉(zhuǎn)爐的鋼鐵生產(chǎn)工作提供有效的幫助。

關(guān)鍵詞：煉鋼轉(zhuǎn)爐；火焰動態(tài)變化；吹煉數(shù)據(jù)

1　我國煉鋼工藝現(xiàn)狀

　　在我國當(dāng)今的工業(yè)體系當(dāng)中，鋼鐵工業(yè)占到了極其重要的地位，由于各種重工業(yè)都需要鋼鐵，煉鋼工業(yè)的發(fā)展程度也就是我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度。在我國現(xiàn)今的煉鋼工業(yè)中，煉鋼工藝大多采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，使用轉(zhuǎn)爐煉鋼的企業(yè)占到了煉鋼企業(yè)中的百分之80 左右。

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼，是一種使用鐵水、廢舊鋼鐵以及鈦合金等金屬為原材料的煉鋼工藝。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，煉鋼爐并不需要使用外加的能源，主要是用融化的鐵水自身產(chǎn)生的熱量以及融化的鐵水中各種化學(xué)成分之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量從而在煉鋼轉(zhuǎn)爐中實現(xiàn)鋼鐵的提煉。

在煉鋼轉(zhuǎn)爐中，煉鋼的耐火材料有兩種，堿性和酸性，煉鋼轉(zhuǎn)爐也因為耐火材料的不同分為堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐。由于煉鋼中轉(zhuǎn)爐內(nèi)有氣體吹入，根據(jù)部位的不同分為三種，底吹、頂吹和側(cè)吹。根據(jù)吹入的氣體種類的不同，煉鋼轉(zhuǎn)爐分為氧氣轉(zhuǎn)爐和空氣轉(zhuǎn)爐。其中，使用氧氣吹入，從頂部吹入，且耐火材料為堿性的煉鋼轉(zhuǎn)爐因為各類技術(shù)指標(biāo)較高，生產(chǎn)速度較快，成為當(dāng)今大多數(shù)工廠最先使用的煉鋼爐。

在煉鋼過程中，碳含量和溫度是兩個非常重要的指標(biāo)，對碳含量和溫度的控制直接決定了煉出來的鋼鐵的質(zhì)量好壞。在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，對于碳含量以及對于溫度的控制其實就是對于煉鋼終止過程的控制。在現(xiàn)如今的煉鋼工藝中，大多數(shù)情況還是通過人工的方式控制其煉鋼終點，但這種方法太依靠工人的經(jīng)驗，如果工人經(jīng)驗不足，熟練程度不夠或者存在其他主觀因素，很可能導(dǎo)致煉鋼終點判斷失誤。在另一種靜態(tài)控制方法中，從鋼鐵吹煉的初始狀態(tài)開始進(jìn)行分析，將其中的各種參數(shù)定量計算，從而對煉鋼終點進(jìn)行明確地判斷。這種方法較為靜態(tài)，而轉(zhuǎn)爐煉鋼中的各類參數(shù)是不斷變化當(dāng)中，其中涉及到的各類反應(yīng)非常的復(fù)雜，導(dǎo)致這種方法的精度提不上去。還有一種方法就是動態(tài)控制方法，在動態(tài)控制方法中，操作人員使用專業(yè)的探頭和相對應(yīng)的檢測工具對煉鋼過程中煉鋼轉(zhuǎn)爐中的鋼水溫度進(jìn)行及時檢測，并從而判斷其中的含碳量大小，但這種動態(tài)控制方法也存在相關(guān)缺陷，例如這種方法雖然屬于動態(tài)控制，但其只能做到間斷性地檢測，并非實時。而且由于探頭一直是在高溫且腐蝕性較高的環(huán)境中工作，探頭時常需要進(jìn)行更換，這使得這種方法的操作成本非常高^[1]。

因此，對煉鋼爐爐口火焰動態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而提出一種使用火焰邊界的變化特征判斷吹煉重點的鋼鐵提煉方法，對火焰的形變進(jìn)行動態(tài)細(xì)致的描述，對其中存在的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，是極為重要的。

2　吹煉數(shù)據(jù)和火焰動態(tài)變化特征之間的關(guān)系

2.1　煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動態(tài)變化特征

　　在煉鋼轉(zhuǎn)爐的火焰中，火焰的邊界處一直是一種不斷變化的狀態(tài)，相關(guān)人員需要對其中的火焰邊緣變化繪成圖像，對其動態(tài)的變化特征進(jìn)行描述，在煉鋼爐吹煉過程中，吹煉的不同時期，火焰的變化幅度也不盡相同。在其吹煉的前期、中期和后期，火焰的變化呈現(xiàn)出的規(guī)律性也不盡相同，對其中顯示出的不同規(guī)律進(jìn)行研究，是非常重要的過程。在分析的過程中，相關(guān)人員需要對火焰的邊界進(jìn)行建模分析，并對其動態(tài)形變過程進(jìn)行分析。根據(jù)相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，在不同時期，火焰邊界的變化規(guī)律分為以下幾個：

（1）在吹煉的前期，火焰邊界的變化范圍主要是在爐口處，在其變化過程中，主要是是一種較小幅度的變化，變化的范圍也較小。（2）在吹煉的中期，火焰邊界的穩(wěn)定性極差，在此時，火焰邊界的形狀大多為一種噴射形狀，火焰邊界的變化非常的劇烈，其變化的幅度很大，變化的范圍也較廣。（3）在吹煉的末期，煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰大多都集中在爐口附近，其形狀基本無變化，比較穩(wěn)定，變化的范圍非常小。　　根據(jù)火焰邊界形變大小分析，吹煉中期的火焰邊界形變最為劇烈，具體排序為中期＞前期＞末期^[2]。

2.2　火焰動態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

根據(jù)以上的動態(tài)分析實驗，可以得出一些結(jié)論：

（1）在吹煉的前期，由于吹煉過程剛剛開始，吹煉爐爐內(nèi)的溫度還比較低，由于溫度會影響化學(xué)反應(yīng)的速度，溫度較低，化學(xué)反應(yīng)的速度也較低。因此，在這個時期，吹煉爐內(nèi)碳的氧化速度非常低，且比其他的雜質(zhì)氧化速度還低。在吹煉的前期，火焰的邊界只會在吹煉爐爐口范圍內(nèi)小幅度地進(jìn)行變化，形狀也較為穩(wěn)定，范圍較小。

（2）在吹煉的中期，由于吹煉的過程已經(jīng)進(jìn)行了較長時間，吹煉爐爐內(nèi)的溫度一直在上升，到此時溫度已經(jīng)非常高，進(jìn)而使化學(xué)反應(yīng)速度急劇加快。吹煉爐爐內(nèi)的碳被急劇氧化，從而使得火焰邊界的變化非常劇烈，變化幅度較大，形狀呈現(xiàn)一種噴射狀，變化的范圍也非常之廣。

（3）在吹煉的末期，吹煉爐中溫度大小和含碳量大小都達(dá)到了鋼鐵提煉的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，此時，溫度已經(jīng)不需要再提升了，因此，火焰的變化幅度較小，形狀也比較穩(wěn)定。火焰大多都聚集在煉鋼爐爐口，變化的范圍也比較小，此時，爐口的火焰形狀呈現(xiàn)出一種細(xì)長而且有些彎曲狀^[3]。

綜上所述，通過對煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動態(tài)變化特征與吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行實驗驗證，并進(jìn)行相關(guān)分析，從而研究出新的方法準(zhǔn)確判斷火焰邊界的動態(tài)變化特點。同時，將這種方法加以利用，應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中的煉鋼終點判定過程中，從而改進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝特點，進(jìn)而為當(dāng)今的煉鋼工藝其中出現(xiàn)的一些問題提供一種新的解決思路，使我國的煉鋼工藝能更進(jìn)一步，從而為我國的各類重工業(yè)提供更好的服務(wù)，為我國的工業(yè)建設(shè)提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尤佳, 王紹純. 通過轉(zhuǎn)爐爐口火焰紋理分析判斷氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉終點[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報,2000,22(06):524-528.

[2] 溫宏愿, 趙琦, 陳延如等. 基于爐口輻射和改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)爐終點預(yù)測模型[J]. 光學(xué)學(xué)報,2008,28(11):2131-2135.