炼钢转炉炉口火焰变化特征与吹炼数据的规律

杨帆

摘 要：在当今的钢铁生产中，炼钢转炉的炉口火焰的动态变化特征成为现如今被重点研究的课题之一，因其和炼钢过程中的吹炼的数据存在很大的关联性，在炼钢过程的不同吹炼时段，因炼钢转炉的炉口火焰不同，吹炼的数据也会产生不同的规律。本文通过对炼钢转炉炉口的火焰动态变化特征和吹炼数据之间存在的相关规律进行研究，从而对炉口的火焰变化特征进行数据描述，使得出的相关规律可以为炼钢转炉的钢铁生产工作提供有效的帮助。

关键词：炼钢转炉；火焰动态变化；吹炼数据

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.071

1 我国炼钢工艺现状

在我国当今的工业体系当中，钢铁工业占到了极其重要的地位，由于各种重工业都需要钢铁，炼钢工业的发展程度也就是我国国民经济的发展程度。在我国现今的炼钢工业中，炼钢工艺大多采用转炉炼钢，使用转炉炼钢的企业占到了炼钢企业中的百分之80左右。

转炉炼钢，是一种使用铁水、废旧钢铁以及钛合金等金属为原材料的炼钢工艺。在转炉炼钢中，炼钢炉并不需要使用外加的能源，主要是用融化的铁水自身产生的热量以及融化的铁水中各种化学成分之间产生的化学反应而产生的热量从而在炼钢转炉中实现钢铁的提炼。在炼钢转炉中，炼钢的耐火材料有两种，碱性和酸性，炼钢转炉也因为耐火材料的不同分为碱性转炉和酸性转炉。由于炼钢中转炉内有气体吹入，根据部位的不同分为三种，底吹、顶吹和侧吹。根据吹入的气体种类的不同，炼钢转炉分为氧气转炉和空气转炉。其中，使用氧气吹入，从顶部吹入，且耐火材料为碱性的炼钢转炉因为各类技术指标较高，生产速度较快，成为当今大多数工厂最先使用的炼钢炉。

在炼钢过程中，碳含量和温度是两个非常重要的指标，对碳含量和温度的控制直接决定了炼出来的钢铁的质量好坏。在转炉炼钢工艺中，对于碳含量以及对于温度的控制其实就是对于炼钢终止过程的控制。在现如今的炼钢工艺中，大多数情况还是通过人工的方式控制其炼钢终点，但这种方法太依靠工人的经验，如果工人经验不足，熟练程度不够或者存在其他主观因素，很可能导致炼钢终点判断失误。在另一种静态控制方法中，从钢铁吹炼的初始状态开始进行分析，将其中的各种参数定量计算，从而对炼钢终点进行明确地判断。这种方法较为静态，而转炉炼钢中的各类参数是不断变化当中，其中涉及到的各类反应非常的复杂，导致这种方法的精度提不上去。还有一种方法就是动态控制方法，在动态控制方法中，操作人员使用专业的探头和相对应的检测工具对炼钢过程中炼钢转炉中的钢水温度进行及时检测，并从而判断其中的含碳量大小，但这种动态控制方法也存在相关缺陷，例如这种方法虽然属于动态控制，但其只能做到间断性地检测，并非实时。而且由于探头一直是在高温且腐蚀性较高的环境中工作，探头时常需要进行更换，这使得这种方法的操作成本非常高[1]。

因此，对炼钢炉炉口火焰动态变化特征和吹炼数据之间的关系进行分析，从而提出一种使用火焰边界的变化特征判断吹炼重点的钢铁提炼方法，对火焰的形变进行动态细致的描述，对其中存在的相关参数进行分析，是极为重要的。

2 吹炼数据和火焰动态变化特征之间的关系

2.1 炼钢转炉炉口火焰动态变化特征

在炼钢转炉的火焰中，火焰的边界处一直是一种不断变化的状态，相关人员需要对其中的火焰边缘变化绘成图像，对其动态的变化特征进行描述，在煉钢炉吹炼过程中，吹炼的不同时期，火焰的变化幅度也不尽相同。在其吹炼的前期、中期和后期，火焰的变化呈现出的规律性也不尽相同，对其中显示出的不同规律进行研究，是非常重要的过程。在分析的过程中，相关人员需要对火焰的边界进行建模分析，并对其动态形变过程进行分析。根据相关实验发现，在不同时期，火焰边界的变化规律分为以下几个：

（1）在吹炼的前期，火焰边界的变化范围主要是在炉口处，在其变化过程中，主要是是一种较小幅度的变化，变化的范围也较小。（2）在吹炼的中期，火焰边界的稳定性极差，在此时，火焰边界的形状大多为一种喷射形状，火焰边界的变化非常的剧烈，其变化的幅度很大，变化的范围也较广。（3）在吹炼的末期，炼钢转炉的炉口火焰大多都集中在炉口附近，其形状基本无变化，比较稳定，变化的范围非常小。

根据火焰边界形变大小分析，吹炼中期的火焰边界形变最为剧烈，具体排序为中期>前期>末期[2]。

2.2 火焰动态变化特征和吹炼数据之间的关系

根据以上的动态分析实验，可以得出一些结论：

（1）在吹炼的前期，由于吹炼过程刚刚开始，吹炼炉炉内的温度还比较低，由于温度会影响化学反应的速度，温度较低，化学反应的速度也较低。因此，在这个时期，吹炼炉内碳的氧化速度非常低，且比其他的杂质氧化速度还低。在吹炼的前期，火焰的边界只会在吹炼炉炉口范围内小幅度地进行变化，形状也较为稳定，范围较小。

（2）在吹炼的中期，由于吹炼的过程已经进行了较长时间，吹炼炉炉内的温度一直在上升，到此时温度已经非常高，进而使化学反应速度急剧加快。吹炼炉炉内的碳被急剧氧化，从而使得火焰边界的变化非常剧烈，变化幅度较大，形状呈现一种喷射状，变化的范围也非常之广。

（3）在吹炼的末期，吹炼炉中温度大小和含碳量大小都达到了钢铁提炼的相关技术指标，此时，温度已经不需要再提升了，因此，火焰的变化幅度较小，形状也比较稳定。火焰大多都聚集在炼钢炉炉口，变化的范围也比较小，此时，炉口的火焰形状呈现出一种细长而且有些弯曲状[3]。

综上所述，通过对炼钢转炉炉口火焰动态变化特征与吹炼数据之间存在的相关关系进行实验验证，并进行相关分析，从而研究出新的方法准确判断火焰边界的动态变化特点。同时，将这种方法加以利用，应用到转炉炼钢工艺中的炼钢终点判定过程中，从而改进转炉炼钢工艺特点，进而为当今的炼钢工艺其中出现的一些问题提供一种新的解决思路，使我国的炼钢工艺能更进一步，从而为我国的各类重工业提供更好的服务，为我国的工业建设提供有力的支持。

参考文献：

[1]尤佳，王绍纯.通过转炉炉口火焰纹理分析判断氧气顶吹转炉吹炼终点[J].北京科技大学学报，2000，22（06）：524-528.

[2]温宏愿，赵琦，陈延如等.基于炉口辐射和改进神经网络的转炉终点预测模型[J].光学学报，2008，28（11）：2131-2135.endprint