翟寶鵬（鞍鋼股份市場營銷中心，遼寧　鞍山　114002）

自動化煉鋼氧槍模型開發(fā)與應(yīng)用

翟寶鵬
（鞍鋼股份市場營銷中心，遼寧鞍山114002）

摘要：本文概述了轉(zhuǎn)爐自動化煉鋼氧槍模型的開發(fā)過程，包括液位計算模型，氧槍靜態(tài)模型和氧槍動態(tài)模型在260噸轉(zhuǎn)爐的開發(fā)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動化煉鋼；氧槍模型；開發(fā)

轉(zhuǎn)爐煉鋼法起源于1855年英國H.貝塞麥提出的貝塞麥法，即酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，這種方法的誕生掀開了轉(zhuǎn)爐批量生產(chǎn)鋼水的歷史。1952年在林茨建成30t轉(zhuǎn)爐并開始生產(chǎn)。目前，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼進(jìn)入到自動化煉鋼階段。

1　氧槍模型開發(fā)

1.1轉(zhuǎn)爐液位計算模型（DBLC）開發(fā)

熔池深度是指轉(zhuǎn)爐內(nèi)金屬液面距爐底的距離，簡稱BL值（BathLevel）。生產(chǎn)中常用轉(zhuǎn)爐內(nèi)金屬液面距新開爐爐底的相對距離表示，在裝入量相對穩(wěn)定的情況下，BL值的變化反映了爐膛的變化。如果轉(zhuǎn)爐使用的BL值比實際值高，造成實際槍位偏高，渣中TFe積累，加劇對爐襯的侵蝕，易引起噴濺等惡性事故，嚴(yán)重的引起生產(chǎn)事故。如果轉(zhuǎn)爐使用的BL值比實際值低，造成實際槍位偏低，碳氧反應(yīng)速度快，渣中TFe消耗速率快，導(dǎo)致熔池返干，影響轉(zhuǎn)爐脫磷效果。槍位過低爐渣返干還容易導(dǎo)致噴頭局部粘鋼，粘鋼嚴(yán)重導(dǎo)致噴頭蝕損漏水，引起爐內(nèi)進(jìn)水產(chǎn)生爆炸等事故。同時，BL值偏低使副槍實際插入深度比設(shè)定值深，容易燒掉探頭，嚴(yán)重情況下燒損副槍槍體。

BL值人工測量方法采用氧槍噴頭插氧氣管進(jìn)行測量，一般按這樣的步驟進(jìn)行測量：

（1）將氧氣管切割成適當(dāng)長度，一端焊上鐵釘，再將鐵釘釘入錐形木塞做成測桿。木塞大小要保證能塞入氧槍噴頭不滑落。在氧槍平臺把木塞塞入氧槍噴孔。

（2）兌完鐵水后，轉(zhuǎn)爐搖零位。假定原始BL值為a，對應(yīng)的裝入量為A，設(shè)定氧槍距熔池液面的相對相位為b。

（3）將氧槍降至設(shè)定槍位后，立即抬出到氧槍平臺，取下測桿，測量氧槍噴頭距測桿浸入鐵水液面點(diǎn)的距離，假定距離為c。

（4）裝入量影響B(tài)L值為d，則本爐BL值測定值為：BL＝a+（b-c）+d。

這種手動測量BL值的方式存在諸多缺點(diǎn)：一是測量液面時存在安全隱患。二是需要準(zhǔn)備專門的測液面廢鋼。三是實時性不強(qiáng)，此前采取每班接班測一次，沒有隨裝入量與爐況變化即時修正。四是延長熔時2～3min。五是增加測液面用木塞、測桿等工具的成本。六是準(zhǔn)確性不高。

采用HeraeusMulti-LabⅢ型副槍儀表，實現(xiàn)通過TSO偶頭直接測量熔池液位的功能。測量原理是通過測量與分析鋼水和渣中的氧電勢差來確定的。每爐都進(jìn)行TSO測量，所以每一爐都能測量熔池相對深度。模型在爐次結(jié)束時保存當(dāng)爐的裝入量、TSO測量的BL值。下槍吹氧時，DBLC模型啟動，從數(shù)據(jù)庫中讀取最近部分爐次的BL值及裝入數(shù)量，根據(jù)當(dāng)前爐次的裝入量計算出本爐BL值。

模型計算出本爐BL值后，將計算結(jié)果發(fā)送到一級轉(zhuǎn)爐PLC和副槍PLC，供氧槍運(yùn)行和副槍運(yùn)行使用。BL值還作為調(diào)整目標(biāo)MgO的重要參數(shù)。

通過DBLC歷史曲線還可以查詢轉(zhuǎn)爐BL值變化趨勢，副槍BL值與DBLC計算的BL值偏差情況。

1.2氧槍靜態(tài)模型開發(fā)

實際生產(chǎn)中，供氧制度主要是通過調(diào)整氧槍槍位和供氧流量，改變氧氣射流、熔渣、金屬液三者的相對運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到控制爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定有序進(jìn)行的目的，實現(xiàn)控制爐渣化渣狀態(tài)和熔池升溫速率等冶煉特性。根據(jù)這一原理，開發(fā)的氧槍靜態(tài)模型分為槍位維護(hù)模塊、氧槍控制及顯示模塊、歷史槍位曲線查詢模塊。

槍位維護(hù)模塊可以根據(jù)鋼種類別、鐵水硅范圍，調(diào)整氧步、槍位與氧氣流量。調(diào)整過程快速、直觀、方便。

氧槍控制及顯示模塊，主要功能有顯示鐵水基本信息、實時顯示質(zhì)譜儀煙氣成分、采集并顯示氧槍運(yùn)行曲線、顯示氧槍模型參數(shù)等，如圖1所示。

歷史槍位曲線查詢模塊主要功能是根據(jù)熔煉號查詢歷史槍位、氧氣流量。能夠直觀顯示的動態(tài)氧槍模型參數(shù)、靜態(tài)氧槍模型參數(shù)、實際氧槍模型參數(shù)，分析三者之間的差異，結(jié)合實際應(yīng)用效果，不斷修正靜態(tài)氧槍模型。

1.3氧槍動態(tài)模型開發(fā)

氧槍動態(tài)模型是在氧槍靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)質(zhì)譜儀分析煙氣成分含量變化情況，調(diào)整槍位控制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。實際生產(chǎn)中，冶煉過程屬于多相反應(yīng)，各個反應(yīng)同時耦合進(jìn)行，僅根據(jù)靜態(tài)氧槍模型很難達(dá)到理想的控制效果。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，碳氧反應(yīng)貫穿冶煉的中后期，碳氧反應(yīng)過程能反饋出熔池升溫速率、爐渣狀態(tài)、轉(zhuǎn)爐脫磷效果、返干和噴濺等各種冶煉特征。質(zhì)譜儀能夠檢測出煙氣中CO、CO2含量，結(jié)合氧氣供給速度，通過模型計算出脫碳速率。如果計算脫碳速率高于階段最佳脫碳速率，表示碳氧反應(yīng)較強(qiáng)，爐渣易出現(xiàn)返干，應(yīng)適當(dāng)提槍，減少氧氣的利用率。如果計算脫碳速率低于階段最佳脫碳速率，表示碳氧反應(yīng)較弱，易出現(xiàn)FeO積累噴濺，應(yīng)適當(dāng)降槍，提高氧氣利用率。脫碳速率公式如下：

Dc=R×（VCO+VCO2）×1000×12÷ 22.4÷r

式中：Dc—脫碳速率，g/m3；R—煙氣流量，m3/min；VCO、VCO2—煙氣中CO、CO2體積分?jǐn)?shù)，%；r—氧氣流量，m3/min。

2　噸鋼氧耗變化趨勢

減少了過吹和補(bǔ)吹爐數(shù)，也在一定程度上降低了轉(zhuǎn)爐氧耗。對高碳（成品C≥0.10%）鋼種進(jìn)行終點(diǎn)高拉碳控制，有利于降低噸鋼氧耗。靈活的氧槍控制模型，保證了5孔氧槍在轉(zhuǎn)爐的普遍推廣，這對降低噸鋼氧耗具有十分重要的意義。噸鋼氧耗由57.2m3/t下降到54.9m3/t。

圖1　圖氧槍控制及顯示模塊

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TF748

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