自动化炼钢氧枪模型开发与应用

翟宝鹏（鞍钢股份市场营销中心，辽宁　鞍山　114002）

自动化炼钢氧枪模型开发与应用

翟宝鹏
（鞍钢股份市场营销中心，辽宁鞍山114002）

摘要：本文概述了转炉自动化炼钢氧枪模型的开发过程，包括液位计算模型，氧枪静态模型和氧枪动态模型在260吨转炉的开发和应用。

关键词：自动化炼钢；氧枪模型；开发

转炉炼钢法起源于1855年英国H.贝塞麦提出的贝塞麦法，即酸性空气底吹转炉炼钢法，这种方法的诞生掀开了转炉批量生产钢水的历史。1952年在林茨建成30t转炉并开始生产。目前，随着计算机技术的发展，转炉炼钢进入到自动化炼钢阶段。

1　氧枪模型开发

1.1转炉液位计算模型（DBLC）开发

熔池深度是指转炉内金属液面距炉底的距离，简称BL值（BathLevel）。生产中常用转炉内金属液面距新开炉炉底的相对距离表示，在装入量相对稳定的情况下，BL值的变化反映了炉膛的变化。如果转炉使用的BL值比实际值高，造成实际枪位偏高，渣中TFe积累，加剧对炉衬的侵蚀，易引起喷溅等恶性事故，严重的引起生产事故。如果转炉使用的BL值比实际值低，造成实际枪位偏低，碳氧反应速度快，渣中TFe消耗速率快，导致熔池返干，影响转炉脱磷效果。枪位过低炉渣返干还容易导致喷头局部粘钢，粘钢严重导致喷头蚀损漏水，引起炉内进水产生爆炸等事故。同时，BL值偏低使副枪实际插入深度比设定值深，容易烧掉探头，严重情况下烧损副枪枪体。

BL值人工测量方法采用氧枪喷头插氧气管进行测量，一般按这样的步骤进行测量：

（1）将氧气管切割成适当长度，一端焊上铁钉，再将铁钉钉入锥形木塞做成测杆。木塞大小要保证能塞入氧枪喷头不滑落。在氧枪平台把木塞塞入氧枪喷孔。

（2）兑完铁水后，转炉摇零位。假定原始BL值为a，对应的装入量为A，设定氧枪距熔池液面的相对相位为b。

（3）将氧枪降至设定枪位后，立即抬出到氧枪平台，取下测杆，测量氧枪喷头距测杆浸入铁水液面点的距离，假定距离为c。

（4）装入量影响BL值为d，则本炉BL值测定值为：BL＝a+（b-c）+d。

这种手动测量BL值的方式存在诸多缺点：一是测量液面时存在安全隐患。二是需要准备专门的测液面废钢。三是实时性不强，此前采取每班接班测一次，没有随装入量与炉况变化即时修正。四是延长熔时2～3min。五是增加测液面用木塞、测杆等工具的成本。六是准确性不高。

采用HeraeusMulti-LabⅢ型副枪仪表，实现通过TSO偶头直接测量熔池液位的功能。测量原理是通过测量与分析钢水和渣中的氧电势差来确定的。每炉都进行TSO测量，所以每一炉都能测量熔池相对深度。模型在炉次结束时保存当炉的装入量、TSO测量的BL值。下枪吹氧时，DBLC模型启动，从数据库中读取最近部分炉次的BL值及装入数量，根据当前炉次的装入量计算出本炉BL值。

模型计算出本炉BL值后，将计算结果发送到一级转炉PLC和副枪PLC，供氧枪运行和副枪运行使用。BL值还作为调整目标MgO的重要参数。

通过DBLC历史曲线还可以查询转炉BL值变化趋势，副枪BL值与DBLC计算的BL值偏差情况。

1.2氧枪静态模型开发

实际生产中，供氧制度主要是通过调整氧枪枪位和供氧流量，改变氧气射流、熔渣、金属液三者的相对运行状态，以达到控制炉内化学反应稳定有序进行的目的，实现控制炉渣化渣状态和熔池升温速率等冶炼特性。根据这一原理，开发的氧枪静态模型分为枪位维护模块、氧枪控制及显示模块、历史枪位曲线查询模块。

枪位维护模块可以根据钢种类别、铁水硅范围，调整氧步、枪位与氧气流量。调整过程快速、直观、方便。

氧枪控制及显示模块，主要功能有显示铁水基本信息、实时显示质谱仪烟气成分、采集并显示氧枪运行曲线、显示氧枪模型参数等，如图1所示。

历史枪位曲线查询模块主要功能是根据熔炼号查询历史枪位、氧气流量。能够直观显示的动态氧枪模型参数、静态氧枪模型参数、实际氧枪模型参数，分析三者之间的差异，结合实际应用效果，不断修正静态氧枪模型。

1.3氧枪动态模型开发

氧枪动态模型是在氧枪静态模型的基础上，根据质谱仪分析烟气成分含量变化情况，调整枪位控制化学反应的进程。实际生产中，冶炼过程属于多相反应，各个反应同时耦合进行，仅根据静态氧枪模型很难达到理想的控制效果。转炉炼钢过程中，碳氧反应贯穿冶炼的中后期，碳氧反应过程能反馈出熔池升温速率、炉渣状态、转炉脱磷效果、返干和喷溅等各种冶炼特征。质谱仪能够检测出烟气中CO、CO2含量，结合氧气供给速度，通过模型计算出脱碳速率。如果计算脱碳速率高于阶段最佳脱碳速率，表示碳氧反应较强，炉渣易出现返干，应适当提枪，减少氧气的利用率。如果计算脱碳速率低于阶段最佳脱碳速率，表示碳氧反应较弱，易出现FeO积累喷溅，应适当降枪，提高氧气利用率。脱碳速率公式如下：

Dc=R×（VCO+VCO2）×1000×12÷ 22.4÷r

式中：Dc—脱碳速率，g/m3；R—烟气流量，m3/min；VCO、VCO2—烟气中CO、CO2体积分数，%；r—氧气流量，m3/min。

2　吨钢氧耗变化趋势

减少了过吹和补吹炉数，也在一定程度上降低了转炉氧耗。对高碳（成品C≥0.10%）钢种进行终点高拉碳控制，有利于降低吨钢氧耗。灵活的氧枪控制模型，保证了5孔氧枪在转炉的普遍推广，这对降低吨钢氧耗具有十分重要的意义。吨钢氧耗由57.2m3/t下降到54.9m3/t。

图1　图氧枪控制及显示模块

参考文献

[1]V．A．库德林[苏]，丁成勋，译．炼钢学[M]．北京：冶金工业出版社，1988：5-9．[2]戴云阁，李文秀，龙腾春．现代转炉炼钢[M]．沈阳：东北大学出版社，1998：4-12．

中图分类号：TF748

文献标识码：A