试论转炉炼钢终点控制技术

摘要：转炉炼钢是钢铁生产厂的重要生产和制造工艺，随着科学技术的发展和社会生产规模扩大以及优化生产结构与升级生产工艺的要求，在转炉炼钢的生产中，终点控制技术已经成为限制转炉炼钢工艺和质量的关键环节。提高转炉炼钢的终点控制技术能够极大的降低能源消耗并提高炼钢的生产效率和生产厂家的经济效益。

关键词：转炉炼钢；终点控制；技术探讨

0.引言

转炉炼钢终点控制技术作为转炉冶炼技术的后期操作是非常关键的技术操作，终点控制水平对产品质量和生产效率都有直接的影响。转炉炼钢终点控制技术包括对钢水的温度和碳含量的控制，其中的碳含量控制过低会提高钢中的氮和氧的含量，但是如果控制的过高则会导致钢的脱磷和脱硫效果变差，从而影响钢的品质；而终点控制在温度上如果控制的过高或过低也会不同程度的增加冷却剂及副原材料的消耗，从而增加冶炼的时间和冶炼金属的消耗，对炉衬寿命产生很大的影响。转炉炼钢的终点控制技术有拉碳补吹法、一吹到底增碳法、成分测算法等，在炼钢过程中还要注重对终点的静态和动态控制，并积极引进先进的和智能型的终点控制技术，提高转炉炼钢的质量和效率。

1.转炉炼钢终点人工经验控制技术

1.1.拉碳补吹法

拉碳补吹法是一种比较常见的以人工经验为主的控制技术。主要工作内容是在吹炼后期，根据钢中的碳含量来判定是否达到目标和停止吹氧，但这种终点控制方法是以人工经验判定为主的。但是，在钢的中、高碳含量生产过程中，由于钢中碳含量较高且碳的氧化速度比较快，所以人工经验判定钢中碳含量的难度比较大，此时，高拉碳加补吹调整的操作技术则是最佳的终点控制方法[1]。这种方法的操作前提条件是要对供氧时间及其耗氧量以及吹炼时钢的特征来考虑，将终点判定定位在稍微高于炼钢中实际碳含量的上限，同时，在取样与测定温度后对炼钢的温度进行调节并补吹。

拉碳补吹法的操作的特征在于终点钢水中含氧量较少，钢中锰含量较高、脱氧剂消耗较少、金属获得率较高，此方法适合中、高碳钢的冶炼，但是它的终点一次命中率低。

1.2.一吹到底增碳法

此种方法是低拉碳加调温再加增碳的终点控制法。它的优点在于吹炼过程中无需倒炉和抬枪，可以一吹到底，实现对钢碳含量和温度的控制，温度调整后即可出钢，且用增碳法使钢中碳含量达到标准。一吹到底增碳法节省时间、操作稳定、化渣效果好、脱磷和脱硫率高，终点一次命中率高，能达到85%以上。这种方法在低碳钢和高废钢低铁水的冶炼中效果明显[2]。

1.3.质谱仪定碳法

质谱仪定碳法是利用质谱仪对炉气中的成分进行分析后预测吹炼钢时的碳含量，是一种气相定碳法。其实，气相定碳法还有红外分析仪，但是质谱仪的使用范围更加广泛。它的工作原理是将氦和氩等惰性气体作为示踪剂，然后根据气体的物料平衡管理计算冶炼过程中的烟气流量，从而测定吹炼过程中钢的碳含量。例如，用氩气来测定，就是根据烟气中的氩含量来计算出烟气流量，以及烟气组成成分的含量及计算所得的烟气流量来评价渣中氧气吸收速度及熔池中的脱碳速度，然后就能得到钢中碳含量了。

2.提高转炉炼钢的其他终点控制技术

2.1.静态控制

转炉炼钢终点控制的静态控制方法是一种预测性和基础性的控制手段。主要是根据炼钢静态模型分析来进行，根据原材料、钢的成分分析、温度等方面的基本数据并按照热平衡和物料平衡原理来计算冶炼公式，从而得出废钢、铁水、渣料、冷却剂、铁合金和氧的使用量等基本数据，这样可以有计划的进行物料装入和规范的吹炼，使得转炉炼钢的终点变得可控和可预见。

静态控制以静态模型的建立为基准，对人工经验的随机性和不可预见性有很好的完善作用。常用的静态模型有经验模型、机理模型、人工神经网路模型和统计模型，在实际应用中可以根据冶炼的情况选择合适的模型。但是静态模型对真实的冶炼状况并不能完全预测，所以它在终点命中率上有很大的局限性。

2.2.动态控制

转炉炼钢终点的动态控制要以静态控制为前提，在吹炼后期采用炉气分析仪、副枪火自动测温设备等来检测吹炼变量在吹炼过程中发生的动态变化，并根据检测到的动态信息和数据进行分析，对出现问题的变量进行及时的在线修正。以炉气分析仪为例，它是在吹炼的后期对炉气口逸出的气体进行检测，从而计算出熔池脱碳率，这样可以对钢水成分和温度做出准确的判定。同时，根据检测的气体成分和计算结果实现对系统的调整和对终点的预测[3]。

动态控制的优点在于它可以对冶炼中的钢的温度和碳含量这些动态信息做出连续性的预测和报告，并及时进行调整和修正。炉气分析仪安装不受炉口尺寸大小的局限。炉气分析仪对转炉炼钢终点的含碳量较低的钢水其终点命中率是很高的，可以达到90%以上。但是不可否认的是，动态控制仪器设备都是大型的且构造复杂的，在日常保养和维修上都会耗费较高的人力和财力。

2.3.自动控制

转炉炼钢终点控制技术的自动控制是将静态控制技术和动态控制技术结合起来的一种综合控制方法。对终点温度、钢的碳含量的动态测定、原材料和氧气的加入都有非常好的控制和调整。转炉自动吹炼技术很早就出现并得到广泛的应用。例如，人工神经网路技术、炉渣在线检测技术、模糊判断技术等。以人工神经网络技术为例，它是根据终点影响因素的非线性关系利用人工智能静态控制与动态控制模型来处理和分析各因素的变化和反应能力，从而提高转炉炼钢的终点命中率[4]。

3.结语

现代炼钢技术的发展和科学技术的进步使得转炉炼钢的终点控制技术从静态、动态和自动化三方面获得了发展，并以自动化控制为发展方向。转炉炼钢控制技术正走向智能化、科技化、现代化，转炉炼钢的效率和产品质量将会大大提高。

参考文献：

[1]李秀涛.转炉炼钢终点控制技术的探讨[J].科技论坛，2013，5（15）.

[2]胡燕，何腊梅.转炉炼钢中点控制技术及应用[J].钢铁技术，2009，12（25）.

[3]许刚，雷洪波，李惊鸿等.转炉炼钢终点控制技术的发展[J].控制理论与应用，2012，2（8）.

[4]陈凤银.转炉炼钢终点控制技术[J].仪器仪表学报，2008，11（20）.