王慶春，張繼軍，楊繼剛，范樹璐，姬光剛

（1山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博256414；2萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪271104）

不倒?fàn)t轉(zhuǎn)爐煉鋼TCO終點(diǎn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

王慶春1，張繼軍2，楊繼剛2，范樹璐2，姬光剛2

（1山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博256414；2萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪271104）

為了提高終點(diǎn)命中率，引進(jìn)了不倒?fàn)t轉(zhuǎn)爐煉鋼TCO終點(diǎn)控制系統(tǒng)，通過制定控制檢測(cè)方案，實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，鋼水溫度測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到100%，鋼水中碳含量測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到93.75%，氧含量測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到100%。滿足不倒?fàn)t定碳、測(cè)溫?zé)掍摰囊蟆?/p>

轉(zhuǎn)爐；不倒?fàn)t煉鋼；終點(diǎn)控制；TCO

1 前言

TCO（測(cè)溫、定碳、定氧）檢測(cè)技術(shù)又稱投彈式檢測(cè)技術(shù)，由自動(dòng)投彈裝置和檢測(cè)儀表裝置組成。投彈裝置可自動(dòng)精密控制進(jìn)行探測(cè)；檢測(cè)裝置由探頭、信號(hào)處理器、顯示器組成。檢測(cè)投放時(shí)，探頭從12 m左右高度自由落下，擊穿渣層，垂直插入鋼水400 mm深度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并將信號(hào)準(zhǔn)確傳回檢測(cè)儀表。TCO技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、安全性高、操作簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，能夠迅速有效地預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)爐的冶煉終點(diǎn)。

萊鋼煉鋼廠老區(qū)有4座轉(zhuǎn)爐，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一直以終點(diǎn)碳在0.08%～0.20%的普碳鋼和熱軋帶肋鋼筋為主，冶煉終點(diǎn)控制通過倒?fàn)t測(cè)溫取樣后由人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，存在拉碳時(shí)機(jī)掌握不準(zhǔn)，多次倒?fàn)t造成鋼水過氧化和生產(chǎn)節(jié)奏緊張的現(xiàn)象。為了解決這些問題，引進(jìn)了TCO不倒?fàn)t轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制系統(tǒng)，首先在50 t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。

2 檢測(cè)原理及使用條件

TCO不倒?fàn)t檢測(cè)系統(tǒng)可在冶煉過程中不倒?fàn)t的情況下，對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的溫度與氧離子分布情況進(jìn)行精確檢測(cè)。利用海量數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)回歸成為適合現(xiàn)場(chǎng)使用的公式，通過爐內(nèi)溫度與氧的規(guī)律性變化，以氧碳平衡原理為基礎(chǔ)，對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的［O］含量、［C］含量及溫度進(jìn)行推算。在實(shí)際使用中，TCO不倒?fàn)t檢測(cè)系統(tǒng)在完全不倒?fàn)t的情況下進(jìn)行檢測(cè)，平均檢測(cè)時(shí)間僅為15 s，而倒?fàn)t測(cè)碳法的測(cè)碳時(shí)間約為135 s，由此可見，TCO不倒?fàn)t檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際冶煉中可大幅度提高現(xiàn)場(chǎng)煉鋼節(jié)奏，并能精確提高終點(diǎn)雙命中率（鋼水溫度與碳含量），從而達(dá)到提高產(chǎn)量、節(jié)約能源、安全生產(chǎn)、提高效益的目的。

TCO不倒?fàn)t檢測(cè)系統(tǒng)的適用條件：冶煉Q195系列、Q215系列等低碳鋼種；鐵水的穩(wěn)定條件（溫度在1 220～1 300℃、鐵水［Si］＜0.8%、鐵水［S］＜0.04%）；下料溜槽、煙道沒有粘渣（鋼），爐口沒有大塊積渣；渣面沒有粘（鐵塊）廢鋼；煙道、氧槍及爐口沒有漏水現(xiàn)象；轉(zhuǎn)爐吹煉后期沒有明顯返干現(xiàn)象；轉(zhuǎn)爐拉碳前2 min之內(nèi)不加輔料，且吹煉終點(diǎn)保證壓槍時(shí)間大于20 s。

3 控制測(cè)試及調(diào)試過程

3.1 制定控制檢測(cè)方案

1）由于彈頭外管為紙制，如安裝彈頭或運(yùn)輸彈頭中受力撞擊可能會(huì)導(dǎo)致紙管變型，影響彈頭下落方向。在檢測(cè)的41支彈頭中，有1支彈頭由于紙管變型，導(dǎo)致下落時(shí)檢測(cè)元件撞擊到下料墻壁，造成元件損壞。因此，彈頭在運(yùn)輸及搬運(yùn)過程中應(yīng)確保輕拿輕放，避免再次出現(xiàn)由于硬件造成檢測(cè)失敗的現(xiàn)象。2）為保證在TCO檢測(cè)過程中設(shè)備無故障運(yùn)行，要求廠家協(xié)助完成TCO機(jī)械設(shè)備和電控設(shè)備的調(diào)試工作。3）TCO投彈時(shí)間：轉(zhuǎn)爐一次拉碳前，氧槍提到待吹位，在倒?fàn)t之前投彈，TCO數(shù)據(jù)顯示后再進(jìn)行轉(zhuǎn)爐其他操作。4）為保證探頭的有效深度，轉(zhuǎn)爐應(yīng)確保全程化渣。5）為保證熔池內(nèi)鋼水的均勻性，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)保證壓槍時(shí)間＞20 s，轉(zhuǎn)爐拉碳前2 min之內(nèi)加輔料爐次不進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。6）由于檢測(cè)所使用的TCO探頭屬于低碳檢測(cè)彈頭，常規(guī)情況下適用于倒?fàn)t的碳含量控制在0.15%以下。

3.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比方式及準(zhǔn)確度要求

1）溫度：TCO測(cè)試數(shù)據(jù)分別與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫槍及賀力氏定氧探頭測(cè)溫進(jìn)行溫度對(duì)比，溫度偏差±10℃以內(nèi)視為合格。2）鋼水中［C］含量：TCO測(cè)試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)爐長(zhǎng)目測(cè)碳進(jìn)行對(duì)比，下偏差-0.025%，上偏差+0.015%視為合格。3）鋼水中［O］含量：TCO測(cè)試數(shù)據(jù)與賀力氏定氧探頭定氧進(jìn)行氧含量對(duì)比，要求偏差不大于30×10-6為合格。

3.3分析檢測(cè)數(shù)據(jù)

共試驗(yàn)41爐，其中部分爐次因設(shè)備原因沒有測(cè)出數(shù)據(jù)，成功測(cè)出數(shù)據(jù)的有37爐，其中有1爐探頭投放時(shí)，意外撞擊下料口邊緣導(dǎo)致檢測(cè)元件損壞，無法成功檢測(cè)數(shù)據(jù)，有2爐次拉碳渣未化透，1爐次拉碳過高，數(shù)據(jù)檢測(cè)異常，其他爐次檢測(cè)正常。

3.3.1 數(shù)據(jù)分析

1）鋼水溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。通過現(xiàn)場(chǎng)操作過程的觀察，進(jìn)行檢查的所有爐次中，鋼水溫度5爐次TCO檢測(cè)溫度比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫高出10℃，原因?yàn)檗D(zhuǎn)爐渣面粘廢鋼，在倒?fàn)t時(shí)渣面廢鋼熔化降溫幅度較大，而在滿足TCO檢測(cè)條件的情況下，TCO溫度測(cè)準(zhǔn)率為100%。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鋼水溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)

2）鋼水［C］含量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。鋼水［C］含量5爐次TCO檢測(cè)超出要求范圍，其中有4爐粘廢鋼較為嚴(yán)重，在倒?fàn)t時(shí)渣面廢鋼熔化增碳，同時(shí)爐長(zhǎng)拉碳時(shí)機(jī)較早，終點(diǎn)碳較高，未滿足TCO檢測(cè)條件。1爐次拉碳渣黏，測(cè)試曲線異常。在TCO檢測(cè)條件滿足的情況下，TCO鋼水［C］測(cè)準(zhǔn)率為93.75%。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 鋼水［C］含量檢測(cè)數(shù)據(jù)

3）鋼水［O］含量測(cè)試數(shù)據(jù)分析：TCO鋼水［O］偏差在±30×10-6以內(nèi)測(cè)準(zhǔn)率為100%。

3.3.2 檢測(cè)異常分析

在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，TCO彈頭與現(xiàn)場(chǎng)操作有很大關(guān)系。當(dāng)爐渣異常時(shí)（厚、黏），TCO彈頭可能無法達(dá)到預(yù)期的深度，所檢測(cè)的碳含量值的代表性減弱，即出現(xiàn)與目測(cè)碳有一定的偏差，如果爐渣無法化開，甚至可能出現(xiàn)彈頭下落后砸在未化開的原料上，造成檢測(cè)失敗。另外，外界的干擾情況偶爾也會(huì)出現(xiàn)，在檢測(cè)中，部分爐次出現(xiàn)由于外部干擾造成的檢測(cè)偏差，但基本保持在0.01%以內(nèi)。

3.3.3 對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)圖的直觀分析

在檢測(cè)過程中遇到不同干擾時(shí)，檢測(cè)曲線變化非常明顯，列舉了如下幾種圖面，圖1是正常檢測(cè)時(shí)的狀態(tài)，本次檢測(cè)碳偏差僅為0.002%，并且沒有外界的干擾，曲線平直，為最佳檢測(cè)狀態(tài)下進(jìn)行的檢測(cè)，爐前操作規(guī)范；圖2是受到外界干擾的狀態(tài)，本次檢測(cè)偏差為0.009%，曲線出現(xiàn)鋸齒狀撥動(dòng)，但是基本上整體曲線還是平直的，故檢測(cè)相對(duì)準(zhǔn)確；圖3是爐渣厚且黏，探頭在通過渣層時(shí)可能出現(xiàn)包渣，本次檢測(cè)偏差為0.01%，通過曲線估計(jì)，探頭包渣后進(jìn)入鋼水，造成鐵帽無法正常融化（先從后部融化），之后前端融化后，開始正常檢測(cè)；圖4是操作過程中爐渣未化好，拉碳時(shí)爐渣較黏，曲線出現(xiàn)波動(dòng)。

圖1 正常狀態(tài)的檢測(cè)曲線

圖2 受到外界干擾時(shí)的檢測(cè)曲線

圖3 爐渣厚且黏時(shí)的檢測(cè)曲線

圖4 終渣較黏情況下的檢測(cè)曲線

4 應(yīng)用效果

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果看，在滿足系統(tǒng)使用條件的前提下，鋼水溫度測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到100%，鋼水中碳含量測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到93.75%，鋼水中氧含量測(cè)準(zhǔn)率達(dá)到100%，滿足不倒?fàn)t定碳、測(cè)溫?zé)掍摰囊?，并可以解決目前遇到的生產(chǎn)節(jié)奏緊張和終點(diǎn)人工判斷不穩(wěn)定性的問題。但由于對(duì)鋼水成分S、P不能檢測(cè)，當(dāng)原料條件P、S較高時(shí)，必須倒?fàn)t進(jìn)行確認(rèn)，因此其弱點(diǎn)是冶煉S、P較高的鐵水時(shí)，不能使用此系統(tǒng)進(jìn)行終點(diǎn)控制。

TCO不倒?fàn)t轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制系統(tǒng)在萊鋼煉鋼廠成功應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)不倒?fàn)t自動(dòng)檢測(cè)直接出鋼的目的，縮短了轉(zhuǎn)爐冶煉周期、提高了吹煉終點(diǎn)命中率、減低了物料消耗和終點(diǎn)鋼水氧含量，獲得了良好的冶金效果，為萊鋼轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)一鍵式數(shù)字煉鋼提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

Application of TCO End-point Control System in Non-inverted Converter Steelmaking

WANG Qing-chun1,ZHANG Ji-jun2,YANG Ji-gang2,FAN Shu-lu2,JI Guang-gang2
（1 Shandong Vocational College of Industry,Zibo 256414,China; 2 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

In order increase the percentage of the end-point hits,non-inverted converter steelmaking TCO end-point control system was introduced.Through making detection scheme,actual detection data showed that the accuracy of the hot metal temperature and end-point oxygen content reached to 100%and the accuracy of the terminal carbon content was up to 93.75%. So that it met steelmaking needs of determining terminal carbon content and the temperature in non-inverted converter.

converter;non-inverted steelmaking;end-point control;TCO

TF345

B

1004-4620（2010）01-0059-02

2009-09-02

王慶春，男，1964年生，1987年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院冶金學(xué)院院長(zhǎng)、副教授、工程師，從事冶金工程教學(xué)與科研工作。