宣钢炼钢厂副枪技术应用

[摘 要]宣钢150吨转炉采用了国内先进的副枪炼钢技术，通过副枪的成功应用，不仅有效减少倒炉时间，大大提高生产节奏，而且优化了各类技术指标，实现了降本增效目的，最终钢水质量也得以大幅度提高。

[关键词]副枪 转炉

中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0212-03

1.前言

随着转炉生产的大型化发展，副枪系统的应用越来越广泛。宣钢150吨转炉工程于2007年开始筹划，2011年年底正式投产运行。该工程主要工艺路线如下：铁水折罐间翻罐机兑铁KR搅拌脱S150吨顶底复吹转炉（含副枪系统）LF精炼炉（或吹氩站）12机12流小方坯连铸机。为了打造宣钢精品钢市场，转炉炼钢系统首次引进了武汉华枫公司开发的副枪及自动炼钢模型系统，最终目的是实现转炉自动炼钢控制，真正实现炼钢人的最终目标――“一键炼钢”。

2.副枪功能及主要参数

2.1 副枪功能简述

宣钢150转炉副枪系统主要包括以下几部分：副枪本体、副枪升降装置（含防坠落装置）、副枪旋转装置、探头装卸及回收装置、以及导向装置、枪体矫直装置、刮渣装置、副枪孔密封装置等。副枪操作划分成三个主自动工作周期和两个辅助工作周期。

副枪操作的三个主工作周期：

――连接周期：将探头与副枪连接好。工作时间大约24S

――测量周期：进行一次测量。工作时间大约42S

――复位周期：副枪复位一次，回到可以连接探头的起始位置。工作时间大约54S。

以上三个周期合计120s

副枪操作的二个辅助工作周期（主要用于维护）

――转到测量位置

――转动到维护/连接位置

副枪系统主要完成三个作业：探头安装、测量、探头拔取和送样。

在冶炼过程中，使用副枪可在不中断吹炼或不倒炉的状态下，去获取转炉熔池的各种所需要的信息，例如：温度、碳含量、氧含量、熔池高度及取出熔池钢样。这样便可以借助转炉计算机对吹炼所需要的氧量和冷却剂的添加量进行计算，调整系统的各种参数，以命中碳、温度的目标值，避免后吹。

2.2 副枪系统主要工艺及设备参数：

1）主要技术参数：

测量周期： 120s/炉

副枪中心距氧枪中心： 1000mm

副枪冷却水：流量：48-60m3/h，进出水流量差10 m3/h

2）副枪本体：

外径：φ114.3mm

长度： 23241mm

探头直径：φ80mm

探头长度：2000mm

插杆长度：1000mm

探头插入熔池深度：650mm

3）探头装置及插接：

探头贮箱能力：135 支

探头贮格数：5 格

3.副枪在生产实践中的应用：

3.1 副枪探头的使用

副枪的投入，从根本上改变了传统炼钢过程的倒炉、测温、取样、人工看碳操作，在全程不中断吹氧的情况下直接完成以上各个工艺环节。实现以上功能除了副枪自身系统外，很关键的还有副枪测试探头，副枪在测试过程中使用两种探头，分别是TSC、TSO探头。两种探头的作用及使用要求如下：

TSC探头主要用于测定冶炼过程温度、定碳、取样。它采用高精度的定碳室，通过测定钢水的凝固温度，计算出钢水中的碳含量，以决定后吹的时间及供氧量。同时取出一个钢样，可做光谱和燃烧分析用。为保证TSC探头测量的准确性，必须做到以下几点：

1）熔池温度>1540℃，废钢全部熔化。

2）降低氧枪供氧强度和底吹气体流量。

3）吹炼终点前2分钟使用。

4）副枪探头插入深度500―700mm。

5）测量时间7秒。

6）碳含量大于0.15% （可以保证较高精度）。

7）根据测量结果，调整补吹氧量和枪位达到终点温度和碳的命中。

TSO探头主要用于测定冶炼终点温度、氧活度、取样。采用氧电池精确测定终点钢水的氧活度，根据转炉钢水的碳氧平衡计算钢水中的碳含量，以决定出钢时的配碳及脱氧剂的加入量，并可测定溶池的液面高度。同时取出一个钢样，可做光谱和燃烧分析用。为保证TSO探头测量的准确性，必须做到以下几点：

1）吹炼终点氧枪提枪后使用。

2）副枪插入深度700mm。

3）测量时间10秒。

4）测量终点温度和氧含量，并根据碳氧平衡计算终点碳，判断是否出钢。

3.2 副枪过程TSC测量及终点TSO测量控制要点

3.2.1 TSC测量控制要点

副枪在使用过程中，转炉吹炼前期，提前做好副枪测量准备工作，即联接TSC探头，整个联接周期为全自动进行，过程只需在操作画面上点击“联接周期”即可，探头联接完毕，联接OK信号显示，表示联接正常。为保证副枪测量数据的准确性，同时为下一步调整操作留有时间，当供氧量达到85%-90%左右，钢水碳范围波动在0.40-0.60%之间，此时，副枪准备开始一次测量，即TSC测量，原则上副枪测试前2分钟内炉内不再入料，同时，为了防止烧枪，当副枪开始测量信号发出时，转炉二级系统接受并立即自动将供氧流量降低至正常流量的55%-60%，目前150吨转炉正常供氧流量为34000-36000m3/h，副枪测试时氧枪流量降至20000 m3/h以下，同时将底吹流量自动由正常过程中每块砖50m3/min降低至25m3/min，以减弱炉内钢水反应，之后副枪开始执行测量周期，并将测量数据，包括熔池温度、结晶温度、结晶定碳值传至炉前主控画面，同时完成了取样任务，测量数据按测量精度分为A、B、C、D、E五个等级，精度随之递减，根据实际生产情况来看，副枪测量精度多为A、B级，对炉前参考指导性较强。炉前工将取得的钢样通过炉后风动送样系统发至炉前化验室，分析做出后直接传输至炉前主控画面，指导下一步操作。

3.2.1.1 副枪TSC测试后钢水碳含量具体测定与计算：

副枪吹炼中测量熔池中钢水的碳含量采用钢液的快速结晶定碳法，其基本原理是基于铁碳相图。钢液一般为非纯金属，除Fe元素外，还有Mn、Si、S、P、O等元素，其结晶温度按下式计算：

（℃）

式中，1538℃――纯铁的结晶温度

t――纯铁中某元素含量增加1%时结晶温度的下降值（℃）

X――各元素在钢中的百分含量%

根据转炉冶炼的特点，在吹炼中TSC 进行测量时，钢液中除C元素外的其它元素含量较低且变化小，钢液中主要的元素是C，变化大影响钢液结晶温度的也是C元素，在钢液的结晶温度（t）和C含量之间有显著的线性关系，即

C（%）=f（t）

通过测定钢液的结晶温度，来直接计算钢液中的碳含量。

3.2.2 副枪终点TSO测量及控制要点：

副枪TSC测量完毕后，根据测得的温度、碳含量，对比各钢种终点目标要求，决定继续吹炼的时间、供氧流量、枪位以及是否需要补加冷料等等，原则上不再补料，如果需要补加冷料，规定只允许加轻烧、生白，尽量不入球团、烧结矿等富含FeO类冷却剂，防止终点钢水氧化性过强，钢水收得率降低，同时终渣发稀，影响溅渣护炉效果。此外，副枪一次TSC测量完毕后，距离终点一般也只有2分钟左右的吹炼时间，而副枪在第一次测量时氧枪供氧流量已降至20000 m3/h以下，属于软吹状态，当流量恢复至正常时距离终点提枪时间已所剩无几，为保证终点强搅效果，炉前操作一方面将枪位降至最低1.4-1.5 m，另一方面将供氧流量调至最高，最高可达38000m3/h，这样可保证终点钢水温度、成分的均匀性，同时终渣作粘，降低钢水氧化性。

当终点提枪停止吹炼后，钢水静置时间保证0.5分钟以上，方可执行终点TSO测量，目的也是为了使钢水内的反应趋于平静，保证测量数据准确无误。此次测量完毕，熔池温度、钢水碳含量、氧含量及熔池液面高度同时测出，顺利出钢。需要强调的是，终点氧含量及熔池液位高度的测定意义重大。随着车间品种钢开发力度的不断加大，对终点钢水氧含量的要求也更为严格，氧含量过高会直接恶化钢水质量，导致铸坯出现皮气泡等废品，氧含量过低也会造成连铸机中包蓄流断机事故，而通过副枪终点定氧功能的实现，炉前操作就可以在放钢前做到心中有数，进氩站后进行精确控氧，确保合格钢水供连铸机。大大减少了过去那种只能靠人工经验判断带来的种种不确定因素，并导致控氧不好钢水质量难以保证的局面。熔池液位高度的测定，使得操作者能够及时准确掌握转炉炉型的变化，不仅有利于冶炼过程枪位的精准调节，也对炉衬维护起到一定的指导作用。

3.2.2.1副枪TSO测试后钢水氧含量和碳含量的具体测定与计算：

在转炉冶炼终点时，钢液中的C、Mn、P、S等元素含量进一步降低，唯一增加的是O含量，在低C含量时， 钢液中的C含量和O含量有很强的对应关系，即钢中的C×O为一常数E，E=C×O。测得钢中得氧含量，根据E值即可计算出钢液中的碳含量，C=E/O。

终点钢水的氧含量（O）主要取决于钢液的氧电势（mV）和温度（t），即O（10-6）=f（t，mv）。

通过用TSO探头，测出终点钢液的氧电势（mV）和温度（t），即可计算出钢液中的氧含量。

在顶底复吹转炉中，E值波动在0.002～0.0035之间，主要受底吹冶金效果得影响，底吹冶金效果高时E值小，底吹冶金效果弱时E值大，应用氧含量来计算钢液中的碳含量，关键技术是总结出不同底吹冶金效果时的E值。

3.2.2.2副枪TSO测试后熔池液位具体测定与计算：

在应用TSO探头进行终点测量时，探头在经过钢液和渣层时，同时获得氧含量和温度两个参数，随着副枪测量运行高度的变化，当副枪经过钢渣分界线时，温度明显下降，有一拐点，同时，氧含量有明显上升趋势，出现另一拐点，根据温度、氧含量两个拐点在时间上的不同，推算出钢渣界面，即为熔池液位。由于探头测量时，上述两个拐点并不完全重合，测定的熔池液位可能会有一定的偏差。

4.副枪数据准确性对比情况：

通过几个月的生产实践，对副枪过程及终点测试数据（主要是碳含量，因为温度、氧含量等可通过系统自身校验进行修正，而液位高度值可以对比人工测量值）进行了大量的摸索对比，以下只选取了部分数据：

通过以上数据可能看出，当过程碳在0.40-0.60%之间时，副枪定碳值平均高于实际化验值6.6%（化验室做分析时标样均以校验）；当终点碳≤0.10%之时，副枪定碳值平均低于实际化验值1.2%。以上偏差是在副枪DAS系统未做调整前取得的数据，通过大量的数据表明，以上偏差值具有较强的代表性和稳定性，后与厂家沟通，将以上差值直接在副枪系统程序内进行调整，调整后，画面显示数据与实际数据基本稳合。

5.副枪应用效果：

具体体现如下：

1）提高冶炼终点C-T双命中率，提高冶炼精度；

2）不倒炉直接出钢大大缩短冶炼周期，平均每炉钢至少节约6分钟，大大增加了产能；

3）减少补吹率，降低渣中全铁含量，不仅提高钢水收得率，钢水质量也大大提高，以下是使用副枪前后渣样对比：

副枪使用前渣样分析表4：

副枪使用后渣样分析表5：

通过上表数据对比，渣中FeO由副枪使用前的平均15.3%降低至13.4%，平均降低了2个百分点。

4）因终点控制稳定，后吹次数大幅度减少，同样终点碳条件下，钢中氧含量降低，合金吸收率提高。据统计，目前操作可节约SiMn合金0.2kg/t钢；SiFe合金0.04kg/t钢；脱氧剂0.09kg/t钢。

5）减少钢水过氧化，延长了转炉寿命；

6）由于副枪的应用优化了炼钢操作，大大节约了氧气消耗，目前吹炼用氧量较未使用副枪平均降低0.8Nm3/t钢。

7）由于采用副枪可实现过程不倒炉直接出钢，一方面减少了倒渣带铁损失，另一方面减少了转炉热损失，在相同废钢消耗下，可多吃球团矿2.5kg/t，可节约钢铁料1.55kg/t；

8）应用副枪后，过程吹炼更加稳定，减少了喷溅、返干现象，烟罩和炉口粘钢粘渣减少，可节约钢铁料消耗0.5 kg/t。

6、结语：

150吨转炉副枪系统自2010年11月份投入运行以来，大大提高了转炉过程和终点控制水平，结束了倒炉拉碳看碳的历史，特别是终点碳温命中率大幅提升，一次拉碳率提高到95%以上，钢水过氧化现象明显减少，钢水纯净度、钢水质量明显上升，为今后品种开发，冶炼高附加值产品提供了有力保障，同时，通过副枪应用优化了人工操作，各类消耗显著降低，节能降耗效果显明。

参考文献

[1] 刘浏 《转炉全自动吹炼技术》北京冶金工业出版社，1999.

[2] 郑金星 《转炉炼钢工》 北京化学工业出版社，2010.

[3] 戴阁.李文秀，龙腾春.《现代转炉炼钢》沈阳：东北大学出版社，1998.