1、前言

　　濟(jì)鋼第三煉鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖?fù)吹工藝，通過(guò)幾年的經(jīng)驗(yàn)摸索和數(shù)據(jù)積累，結(jié)合濺渣護(hù)爐工藝，有效控制爐底形狀，維護(hù)底吹透氣磚與轉(zhuǎn)爐同步長(zhǎng)壽命，吹煉終點(diǎn)碳氧積在0.0030%以下。實(shí)踐證明復(fù)合吹煉的冶金效果可以加速脫碳反應(yīng)，降低了脫碳速度特性發(fā)生變化時(shí)的臨界碳含量；降低渣中金屬含量；降低鋼中氧含量；提高鋼水中余錳含量；節(jié)約合金；減少石灰、白云石等用量；提高鋼水收得率等。

　　2、轉(zhuǎn)爐底吹工藝介紹

　　轉(zhuǎn)爐底吹控制系統(tǒng)的目標(biāo)是控制轉(zhuǎn)爐底部氣體攪拌的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)控制入口吹攪氣體流量，加大或減小通過(guò)位于轉(zhuǎn)爐底部的透氣磚的吹氣量，從而提高鋼水質(zhì)量，獲得優(yōu)質(zhì)鋼，同時(shí)通過(guò)調(diào)整合金加入量、吹氧量及吹攪氣體的消耗，進(jìn)行特種鋼的生產(chǎn)。為達(dá)到控制目的，必須依賴(lài)于煉鋼過(guò)程實(shí)際數(shù)據(jù)狀態(tài)及吹氧系統(tǒng)數(shù)據(jù)，底吹系統(tǒng)的設(shè)備將根據(jù)煉鋼過(guò)程數(shù)據(jù)狀態(tài)及吹氧系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作；同時(shí)底吹系統(tǒng)的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)將顯示在HMI（如圖2所示）上，在HMI上要求操作人員進(jìn)行必要的選擇與確認(rèn)。

　　目前，濟(jì)鋼第三煉鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐底吹工藝設(shè)計(jì)方案為8塊透氣磚（如圖1、圖2所示），總管供氣壓力為1.5MPa，總管供氣流量最大為720Nm3/h,即每個(gè)透氣元件最大氣體流量為90Nm3/h,避免鋼水或鋼渣穿透的最小氣體流量為18Nm3/h；設(shè)計(jì)供氣強(qiáng)度為0.02～0.09Nm3/t•min。

　　圖1底吹透氣磚分布

　　圖2底吹系統(tǒng)總畫(huà)面

　　3、目前底吹方案的局限性

　　如圖3所示，在實(shí)際煉鋼過(guò)程中，全程吹氮模式（設(shè)定曲線(xiàn)3）從未應(yīng)用過(guò)，即實(shí)際應(yīng)用的只有兩種曲線(xiàn)（設(shè)定曲線(xiàn)1、2）。底吹工藝曲線(xiàn)相對(duì)單一，不是全程吹氬就是氮?dú)迩袚Q，且各個(gè)切換點(diǎn)的切換時(shí)機(jī)也不靈活。設(shè)定的總耗氧量一般不修正，裝入量、裝入制度變化或鐵水成分變化時(shí)，過(guò)程控制（如脫碳速度、返干噴濺期等）將發(fā)生較大變化，這就意味著切換時(shí)機(jī)將相應(yīng)提前或滯后，從而影響到底吹的實(shí)際效果；同時(shí)在各個(gè)階段的底吹流量值是一成不變的，不能根據(jù)實(shí)際需求靈活的進(jìn)行調(diào)整。

　　圖3底吹模式及參數(shù)設(shè)定

　　隨著底吹工藝的完善及生產(chǎn)工藝的實(shí)際要求，尤其是冶煉品種鋼的需要，目前的底吹方案已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。原曲線(xiàn)中流量設(shè)定是按照出鋼量120t計(jì)算，但現(xiàn)在實(shí)際的出鋼量已經(jīng)達(dá)到155t，以設(shè)計(jì)時(shí)底吹流量供氣強(qiáng)度為0.02～0.09Nm3/t•min標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，目前實(shí)際的底吹流量應(yīng)控制在186～837Nm3/h之間，而目前實(shí)際流量最大值360Nm3/h，明顯偏低；冶煉45#等鋼種終點(diǎn)碳含量控制相對(duì)較高時(shí)，底吹模式曲線(xiàn)中如果流量過(guò)大，終點(diǎn)倒?fàn)t出鋼時(shí)C-O繼續(xù)反應(yīng)且相對(duì)較為激烈，易引起爐口下渣或潑鋼，影響鋼水質(zhì)量，且存在安全隱患。

　　4、底吹動(dòng)態(tài)控制模型

　　資料表明，吹煉終點(diǎn)碳氧積影響因素是出鋼溫度、熔池深度、爐膛形狀及底吹效果。因此，通過(guò)改善底吹工藝方案，提高底吹效果，降低吹煉終點(diǎn)碳氧積，可進(jìn)一步提高鋼水質(zhì)量，以滿(mǎn)足越來(lái)越多的高附加值鋼種的生產(chǎn)需要。

　　根據(jù)實(shí)際出鋼量及實(shí)際熔池液位、渣中（FeO）含量變化，調(diào)整完善原曲線(xiàn)中各拐點(diǎn)時(shí)機(jī)及參數(shù)；根據(jù)鋼種終點(diǎn)控制要求（終點(diǎn)[C]含量的控制），區(qū)分不同鋼種，以確定選取對(duì)應(yīng)的后期流量曲線(xiàn)；同時(shí)啟動(dòng)“后攪”模式，尤其是低碳鋼種，以進(jìn)一步促進(jìn)C-O反應(yīng)，降低碳氧積，可以提高鋼水質(zhì)量。

　　因此，在原有3種模式的基礎(chǔ)上，增加3個(gè)系列（如圖3所示）：即高流量、中流量、低流量系列，排列組合共計(jì)9種基本曲線(xiàn)，同時(shí)每種曲線(xiàn)又是動(dòng)態(tài)的，與終點(diǎn)碳氧積、熔池液位、爐齡等參數(shù)有關(guān)，即流量曲線(xiàn)值f（x）=f(m/m0,a,b)，其中m/m0—終點(diǎn)碳氧積修正系數(shù)，a—熔池液位修正系數(shù)，b—爐齡修正系數(shù)。

　　利用現(xiàn)有的副槍測(cè)量系統(tǒng)，可以很容易得出煉鋼終點(diǎn)的碳氧積、熔池液位。在每爐終點(diǎn)副槍測(cè)量完畢后，根據(jù)測(cè)量的碳氧積、熔池液位以及定期修正或輸入的爐齡系數(shù)，PLC設(shè)定程序計(jì)算出近10爐的相關(guān)平均數(shù)據(jù)，根據(jù)平均數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，從而決定下一爐底吹流量的設(shè)定參數(shù)。

　　3種模式及3種系列同樣需要吹煉前根據(jù)鋼種規(guī)程要求進(jìn)行選擇，首先選擇模式，其次選擇系列(如圖3所示)，然后就根據(jù)程序設(shè)定的流量曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整和切換，實(shí)現(xiàn)底吹流量的動(dòng)態(tài)控制。

　　圖4三個(gè)系列設(shè)定基準(zhǔn)值

　　根據(jù)上圖中所示的流量曲線(xiàn)中的8個(gè)數(shù)值點(diǎn)，分別將其標(biāo)識(shí)為F低1～F低8；F中1～F中8；F高1～F高8，同時(shí)設(shè)定高、中、低3個(gè)系列基準(zhǔn)值：

　　三個(gè)系列設(shè)定基準(zhǔn)值見(jiàn)表1：

　　系列12345678

　　低流量216200360400144144216144

　　中流量240224400440216144216144

　　高流量264240440480240144216144

　　通過(guò)回歸分析，推導(dǎo)出終點(diǎn)碳氧積與終點(diǎn)溫度、終點(diǎn)碳含量、終點(diǎn)氧含量、熔池液位的關(guān)系，確定各點(diǎn)的流量關(guān)系式（以F低1為例），如式（1）：

　?。?）

　　其中：m=[%C][%O]/10000；

　　m0=η3•T+10-6•a；

　　a----熔池液位，cm；

　　b----爐齡；

　　T----終點(diǎn)溫度；

　　η1、η2、η3---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

　　注：[%C]、[%O]、T、a均為前10爐的平均值，副槍測(cè)量失敗時(shí)的取值：T=1650℃,a=880cm,[%C]或[%O]有1個(gè)無(wú)數(shù)值則取m=[%C][%O]=0.0025。

　　其他各點(diǎn)依次類(lèi)推(F6、F7、F8不參與系數(shù)調(diào)整)。

　　5、實(shí)踐效果

　　底吹流量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模型控制，改善了底吹氣體對(duì)熔池的攪拌作用，使得復(fù)吹時(shí)鋼—渣反應(yīng)好，吹煉過(guò)程平穩(wěn)，不易發(fā)生噴濺，吹煉終點(diǎn)碳氧濃度積更接近平衡值（如圖5所示）。

　　圖5優(yōu)化前后碳氧濃度積對(duì)比

　　通過(guò)新的底吹控制方案，加強(qiáng)了熔池的攪拌力，使熔池內(nèi)成分和溫度的不均勻性得到有效改善，碳氧反應(yīng)更進(jìn)一步接近平衡,避免了鋼水的過(guò)氧化。對(duì)終點(diǎn)渣樣成份分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后終點(diǎn)渣樣中(TFe)含量下降3.16%，從而減少了渣中的金屬損失，提高了金屬收得率。

　　動(dòng)態(tài)底吹控制方案改善了底吹氣體對(duì)熔池的攪拌作用，促進(jìn)了吹煉過(guò)程中的傳熱和傳質(zhì)，加速鋼—渣間的界面反應(yīng)，有利于熔池溫度的提高和成分的均勻，提高了氧氣的利用率，降低了噸鋼耗氧量。

　　6、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)新的底吹方案實(shí)現(xiàn)了底吹流量的動(dòng)態(tài)控制，進(jìn)一步優(yōu)化了煉鋼過(guò)程熔池?cái)嚢瑁谷鄢貎?nèi)成分和溫度的不均勻性得到有效改善，碳氧反應(yīng)更進(jìn)一步接近平衡,提高了終點(diǎn)溫度和成分的命中率，降低了吹煉終點(diǎn)碳氧積，避免了鋼水的過(guò)氧化,提高了合金、金屬收得率和鋼水質(zhì)量，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]左銳，劉小鷗.降低轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)碳氧積技術(shù)實(shí)踐[J].武鋼技術(shù)，2005，43（6）：5.

　　[2]黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].2.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.（196）.

　　作者簡(jiǎn)介：

　　張靚（1979/7—），女，工程師，現(xiàn)主要從事煉鋼基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化控制技術(shù)工作。

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