转炉炼钢终点控制关键技术研究

张传来 赖建华

摘 要：转炉炼钢是世界上应用最高效、最普及的技术，而炼钢过程中最重要的环节就是终点控制技术。终点控制的好坏，对于提高钢水的质量以及最终产品的形成都具有十分重要的意义。本文主要对转炉炼钢过程中终点控制关键技术的现状和方法进行详细分析，通过比较合理选择终点控制技术，达到提高终点控制水平的目的。

关键词：转炉炼钢；关键技术；动态控制

由于原料的不稳定和冶炼过程的复杂，终点控制技术仍然是转炉炼钢采用的最难控制的技术。几乎可以说，转炉炼钢过程中的时间，钢水温度、成分等是非常难控制的关键技术。在冶炼技术还未十分成熟的早期，转炉炼钢终点控制大多依靠人工经验，即便是现在也还被许多小型钢铁企业采用。

终点控制主要的技术方法

转炉终点控制技术的发展经历了人工经验控制、静态控制、动态控制和全自动控制[1]。

人工经验控制

拉碳补吹法

拉碳补吹法是常见的人工经验控制技术，主要是在吹炼过程中达到终点而停止吹氧，但是一些中、高碳钢种的含碳量脱碳速度较快，如果一次判别终点，就容易出差错，所以在高拉碳时，需要进行补吹调整。我们国家一般是根据吹炼时的具体情况来拉碳，如依据供氧时间、耗氧量等。

一吹到底增碳法

所谓一吹到底增碳法，就是按照低碳钢的标准控制终点，在出钢的过程中去增碳，这样可以更准确地达到所需的含碳量。

增碳剂则希望纯度和质量越高越好，硫含量则希望低些，以免污染钢水。这种方法虽然容易，但增碳过程关键要掌握好两个地方：增碳剂质量和增碳剂收得率。

静态控制

所谓静态控制，即是按照事先知道的原材料条件和吹炼操作条件，根据吹炼终点的目标温度及含碳量，在静态模型上细致算出冷却剂量、造渣材料等，并根据此进行吹炼，吹炼过程中依然按原有方法进行吹炼控制。这种方法需要用到理论模型，静态理论模型一般是根据物料和热平衡计算，通过若干平衡方程计算出供氧量、废钢量、石灰量等的数据信息，甚至还有人把冶炼过程的物理化学原理也包括在函数中。另外一种是经验模型，只考虑输入变量和输出变量，运用统计学方法归纳模型。

动态控制

所谓动态控制，就是基于静态控制，通过运用副枪、炉气分析仪等检测吹炼过程中有关变量随着时间变化的动态情况，及时根据动态情况修正吹炼参数，期望达到预先的目标。转炉动态控制技术主要是两种：副枪动态终点控制和炉气分析动态控制。

炉气分析法

炉气分析法是运用质谱仪来检测转炉成分进行连续预测吹炼过程中钢水碳含量的方法，红外分析仪和质谱仪是常见的两种仪器，其中质谱仪使用最普遍。由于在很差的炉气环境中气体探针需要经常维修，耗费许多时间，因而不能及时提供有关数据。

副枪动态控制技术

所谓副枪动态控制技术是指在接近吹炼终点时，向熔池内插入副枪，检测熔池的温度和碳含量并取金属样。根据检测数据和化验结果来修正静态模型的最终结果，确定达到吹炼终点所需要的供氧量和原料的剂量，提高转炉冶炼自动化率和终点命中率，配合计算机实现对转炉冶炼的动态控制[2]。

通过运用副枪技术，可以很好控制转炉炼钢过程的动态吹氧量，降低氧耗，减少补吹次数，来改善冶炼效果和工作条件。

全自动控制

全自动控制是指用计算机对冶炼终点进行自动控制的方法，随着计算机的发展，转炉自动控制的发展也很迅速。早期转炉的自动控制效果不甚理想，受限于物理化学反应式或经验公式。六七十年代则主要开发一些仪表检测炉内反应的情况，并且像声纳仪、氧枪振动仪等各种检测枪都被发明出来，数学模型也逐步建立和成熟完善起来，从而对吹炼过程进行实际控制。

不同终点控制技术的比较选择研究

对于钢铁企业来说，人工经验模型和静态控制模型都已经被熟练掌握了。对于一些小型钢铁企业，小型转炉由于经济原因和自身的优点对他们依然具有吸引力，而且在很大程度上有存在的必要。小型转炉的自动化水平比较低，其终点控制设备投入有限，因而大多依靠人工经验来控制。根据这种情况，主要方向是开发一些投入较少、适用可靠的终点控制静态模型。静态模型的建立需要通过原材料精料控制和准确检测保证具有一定精度的炉料和供氧量。静态控制阶段的主要特征是以碳含量、温度控制为主，实现终点的基本命中。

动态控制阶段的主要特征是在吹炼后期测定熔池碳含量、温度，对静态模型进行动态校正，实现终点的精确命中。副枪和炉气作为工业化程度最高的转炉终点控制技术，与传统的人工经验控制技术和静态模型技术相比，终点控制的精度很高。炉气分析法对于中高碳钢的命中率比较低，在大型钢铁企业中常常与副枪搭配着使用。但副枪的整体尺寸大，设备昂贵，不容易维护，比较适用于大型转炉。

转炉自动化控制则涉及许多技术性问题，需要加强原材料的管理和提升入炉材料的质量；还需要齐全又稳定可靠的初级测量仪表，满足数学模型的进度要求；最后还需要有规范化的操作流程和制度，严格按照操作规程和制度操作，加上完善的数学模型及连接的计算机，才能最终实现转炉炼钢的终点控制。

结语

随着现代钢铁冶炼技术的逐步提升，转炉终点控制技术大致经历人工经验控制、静态控制、动态控制和自动控制等几个阶段。对于不同的钢铁生产企业，应该依据实際情况选用不同的终点控制技术。

（作者单位：新余钢铁股份有限公司第一炼钢厂）

【参考文献】

[1]冯士超，王艳红，丁瑞锋.转炉炼钢终点控制技术应用现状[J].冶金自动化，2016，40（02）.

[2]刘超.转炉炼钢终点控制技术研究及应用[J].特钢技术，2013，19（03）.