李海波

（中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，河北 秦皇島 066004）

隨著電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)目標(biāo)必須堅(jiān)持綠色、節(jié)能、高效，電弧爐煉鋼行業(yè)的新型資源設(shè)備很多種。近幾年，在環(huán)保節(jié)能領(lǐng)域上，電弧爐煉鋼技術(shù)有一定的進(jìn)展，在綠色及智能化方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，極大地推動(dòng)了鋼鐵技術(shù)的高度發(fā)展，體現(xiàn)出我國(guó)能源發(fā)展的新趨勢(shì)。

1 電弧爐煉鋼綠色化技術(shù)分析

相較于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)在進(jìn)行煉鋼的時(shí)候具有較長(zhǎng)的工作流程，電弧爐短流程煉鋼技術(shù)在節(jié)省能源、環(huán)保等各個(gè)方面來(lái)講具有強(qiáng)大的功能和不可忽視的優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)煉鋼技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，人類對(duì)于生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重視程度日益提升，節(jié)能環(huán)保理念開(kāi)始相繼問(wèn)世，朝向綠色化生產(chǎn)方向發(fā)展是未來(lái)電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.1 廢鋼破碎分選技術(shù)

作為再生能源的一種，廢鋼至關(guān)重要，在循環(huán)利用鋼鐵領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)非常顯著。廢鋼資源對(duì)該行業(yè)的技術(shù)升級(jí)、節(jié)能減排等方面的貢獻(xiàn)非常大。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)行業(yè)、汽車、設(shè)備等報(bào)廢的增多，廢舊金屬回收的成分也不斷增加，涵蓋有很多的元素，比如有色金屬、黑金屬、非金屬等。高質(zhì)量破碎廢鋼和分選是確保電弧爐煉鋼原料的關(guān)鍵性要素，是電弧爐煉鋼進(jìn)行綠色冶煉的核心環(huán)節(jié)。自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)和德國(guó)開(kāi)始研究破碎分選廢鋼鐵技術(shù)，這兩個(gè)國(guó)家開(kāi)啟的破碎鋼片(Shred)入爐技術(shù)的研究歷程，對(duì)于保持回收鋼品質(zhì)、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面皆有卓越的貢獻(xiàn)。德國(guó)在20世紀(jì)80年代末所研制而成的廢鋼破碎機(jī)(Shredder)技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，技術(shù)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了其他先進(jìn)國(guó)家。

廢鋼破碎機(jī)的類型主要有兩種：其一是破碎機(jī)，其二是碎屑機(jī)。

碎屑機(jī)主要對(duì)鋼屑進(jìn)行破碎，破碎機(jī)主要是在大型廢鋼破碎，破碎機(jī)的類型主要有幾種，比如軋輥式、錘擊式和刀刃式。通過(guò)相應(yīng)的破碎操作以后，我們就可以通過(guò)多種分選系統(tǒng)對(duì)廢鋼鐵進(jìn)行回收處理，回收處理的時(shí)候主要根據(jù)非金屬、黑金屬、有色金屬、金屬等操作。通過(guò)破碎分選以后，大大提升了廢鋼原料的純潔度，極大地彰顯了其環(huán)保價(jià)值，為電弧爐煉鋼奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 廢鋼預(yù)熱技術(shù)

在電弧爐煉鋼廢鋼預(yù)熱技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)出了質(zhì)量較為卓越的雙爐殼、豎式等等廢鋼預(yù)熱型電弧爐。雙爐殼電弧爐由于技術(shù)發(fā)展較為滯后，余熱效率低、設(shè)備維護(hù)技術(shù)系數(shù)難度大等問(wèn)題，在市場(chǎng)上已經(jīng)淘汰；豎式預(yù)熱電弧爐因?yàn)樵舷侣鋾?huì)對(duì)篦水冷結(jié)構(gòu)造成沖擊，致使其壽命受到影響，因此需要投入大量人類財(cái)力展開(kāi)維護(hù)，加上裝備的可靠性低下，因此該技術(shù)也在不斷淘汰中。

廢鋼預(yù)熱作為獨(dú)具特色的一門(mén)技術(shù)，憑借著對(duì)一次能源的利用，以及充分利用爐內(nèi)高溫廢氣對(duì)廢鋼展開(kāi)預(yù)熱處理，在此基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)約資源的目標(biāo)。這種技術(shù)可以使高溫廢氣在預(yù)熱豎爐中停留的時(shí)間延長(zhǎng)，極大地提升了熱傳輸效率，廢鋼沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)熱后，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的提升。但是這種系統(tǒng)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行更高的維護(hù)，所以導(dǎo)致裝備的穩(wěn)定性造成影響，需要采用更加高超的科學(xué)技能提升裝備的可靠性。

Tenova 所研發(fā)的Consteel 電弧爐是國(guó)際上首次研制出來(lái)的在投入使用的過(guò)程中可以充分對(duì)金屬原料加以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱型廢鋼電弧爐。Consteel 電弧爐具有眾多的優(yōu)勢(shì)，例如生產(chǎn)環(huán)境良好、加料的可控性高、電網(wǎng)沖擊小、煙氣余熱可以充分利用等功能。但是通常情況下要受制于二噁英的排放，這種技術(shù)應(yīng)用于西方市場(chǎng)具有較多的限制因素，不僅如此還會(huì)有封閉漏風(fēng)的情況，再者生產(chǎn)線流程較長(zhǎng)。

2 電弧爐煉鋼智能化技術(shù)進(jìn)展

隨著電弧爐煉鋼智能化技術(shù)的高度發(fā)展，電弧爐煉鋼在智能冶煉領(lǐng)域得到了較為顯著的發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)不斷進(jìn)行更新?lián)Q代，控制模型的設(shè)計(jì)也不斷地走向完善，極大地提升了電弧爐煉鋼的自動(dòng)化程度，長(zhǎng)足發(fā)展了煉鋼工業(yè)。

2.1 智能配料

就智能配料來(lái)講，對(duì)電弧爐煉鋼生產(chǎn)成本的節(jié)省非常有利，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的提升。迄今為止，先進(jìn)的電弧爐煉鋼自動(dòng)化配料系統(tǒng)逐漸在國(guó)內(nèi)外先進(jìn)電弧爐煉鋼企業(yè)系統(tǒng)所普及，這種配料技術(shù)主要是通過(guò)原料的化學(xué)配比、電弧爐設(shè)備參數(shù)、鋼種生產(chǎn)技能、原料使用量的約束等元素，設(shè)計(jì)出一套行之有效的科學(xué)配料數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)字化的規(guī)劃模式對(duì)最優(yōu)的成本予以計(jì)算而出，保障配料效果的智能化水平。原料編碼（BrandCode）是該系統(tǒng)使用的管理原料的標(biāo)準(zhǔn)，原料屬性一致于企業(yè)資源計(jì)劃，我們還可以單獨(dú)維護(hù)原料屬性和價(jià)值，實(shí)現(xiàn)原料管理的高效性、準(zhǔn)確性，具有可控性。

2.2 電弧爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)

電弧爐煉鋼鋼液終點(diǎn)參數(shù)的科學(xué)、預(yù)報(bào)穩(wěn)定及其控制是冶煉效率提升、生產(chǎn)成本降低的主要指標(biāo)。傳統(tǒng)研究者研制和設(shè)計(jì)出來(lái)反應(yīng)機(jī)理模型主要依托于電弧爐物料平衡和熱平衡建立，但是我們應(yīng)該了解到，電弧爐煉鋼需要較高的溫度，反映歷程比較快速，在生產(chǎn)的歷程中諸多參數(shù)無(wú)法被準(zhǔn)確地獲取，機(jī)理模型具有極其低下的標(biāo)準(zhǔn)性。在信息技術(shù)不斷提升的當(dāng)下，通過(guò)遺傳算法、神經(jīng)算法等多種智能算法的模型開(kāi)始在該領(lǐng)域內(nèi)使用，開(kāi)始出現(xiàn)多種計(jì)算模型，但是在計(jì)算“黑箱計(jì)算模型”的時(shí)候，對(duì)數(shù)據(jù)的生成比較依賴，指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的模式缺失，導(dǎo)致選擇樣本比較困難、計(jì)算程序繁瑣。

北京科技大學(xué)在研究的過(guò)程中憑借著檢測(cè)分析爐氣手段、鋼液溫度測(cè)量模式等措施，就電弧爐爐氣溫度、構(gòu)成結(jié)構(gòu)、流量等元素展開(kāi)了連續(xù)性的跟蹤性監(jiān)測(cè)，在這個(gè)基礎(chǔ)上構(gòu)建起了基于物質(zhì)衡算的脫碳指數(shù)-積分混合模型、分析爐氣成分指數(shù)、鋼液終點(diǎn)溫度智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)模型，這些數(shù)據(jù)和模型可以對(duì)于脫碳放熱、電弧爐脫磷等質(zhì)量幾種因素是計(jì)算歷程實(shí)時(shí)性開(kāi)展的關(guān)鍵，也就意味著通過(guò)此維度能夠?qū)﹄娀t內(nèi)鋼液的成分、比例、溫度等要素予以測(cè)算；采用分段電弧爐能量的措施進(jìn)行深入的輸入控制方法，協(xié)同開(kāi)展供電、供氧、噴粉，以便于協(xié)同進(jìn)行鋼水脫碳和升溫，從而實(shí)現(xiàn)90%（±0.020%）的終點(diǎn)碳含量命中率，終點(diǎn)88%（±10℃）溫度的命中率。在此過(guò)程中我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼來(lái)講，電弧爐煉鋼冶煉具有更加惡劣的場(chǎng)地，在終點(diǎn)控制方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)；針對(duì)機(jī)理模型的測(cè)量，迄今為止的諸多參數(shù)都不達(dá)標(biāo)，“黑箱模型”建立在智能算法基礎(chǔ)之下，其對(duì)數(shù)據(jù)過(guò)度依賴，但是生產(chǎn)工藝上指導(dǎo)比較缺失，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)技術(shù)可靠性的提升，因此該領(lǐng)域今后研發(fā)智能模型及兩者的相互結(jié)合將成為主要技術(shù)模式。

2.3 熔池溫度連續(xù)測(cè)量技術(shù)

所謂的電弧爐煉鋼指的是在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)控制適宜的溫度，控制溫度不僅僅需要控制熔池表面溫度，還應(yīng)該具有控制熔池內(nèi)部溫度。由于我們需要在高溫下開(kāi)展電弧爐煉鋼，且具有惡劣的環(huán)境狀況，難以準(zhǔn)確到位的進(jìn)行連續(xù)性的測(cè)試。所以Simetal RCB Temp 測(cè)溫系統(tǒng)由SIEMENS VAI研制的過(guò)程中，即使在關(guān)閉電弧爐通電和爐門(mén)的時(shí)候，也可以不進(jìn)行接觸的進(jìn)行鋼液測(cè)溫。在鋼液溫度存在于出鋼溫度后，電弧爐可以準(zhǔn)時(shí)展開(kāi)斷電、出鋼處理。但是這種測(cè)溫技術(shù)的不足之處在于測(cè)溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性不足，使用壽命短暫。

USTB非接觸式鋼液測(cè)溫系統(tǒng)由北京科技大學(xué)自主研發(fā)，也是非接觸鋼液測(cè)溫設(shè)備的一種，此測(cè)溫主要通過(guò)鋼液溫度特征信號(hào)的獲取，然后加以處理后完成相應(yīng)溫度預(yù)報(bào)、測(cè)量工作，具有非常高的鋼液溫度準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，綠色化及智能化技術(shù)在電弧爐煉鋼行業(yè)具有非常重要的意義，科學(xué)的綠色生產(chǎn)技術(shù)及精準(zhǔn)度高的智能化檢測(cè)與控制技術(shù)是今后電弧爐煉鋼技術(shù)主要的發(fā)展方向。在對(duì)現(xiàn)存的智能化關(guān)鍵技術(shù)、電弧爐煉鋼綠色化技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)的同時(shí)，我們還應(yīng)該積極探索先進(jìn)的全流程的電弧爐煉鋼，在實(shí)現(xiàn)高效工作的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能減排效果，對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度進(jìn)一步提升，這都是今后重要的發(fā)展方向。