1、前言

　　濟鋼第三煉鋼廠120噸轉爐采用頂底復吹工藝，通過幾年的經驗摸索和數據積累，結合濺渣護爐工藝，有效控制爐底形狀，維護底吹透氣磚與轉爐同步長壽命，吹煉終點碳氧積在0.0030%以下。實踐證明復合吹煉的冶金效果可以加速脫碳反應，降低了脫碳速度特性發生變化時的臨界碳含量；降低渣中金屬含量；降低鋼中氧含量；提高鋼水中余錳含量；節約合金；減少石灰、白云石等用量；提高鋼水收得率等。

　　2、轉爐底吹工藝介紹

　　轉爐底吹控制系統的目標是控制轉爐底部氣體攪拌的過程。該過程通過控制入口吹攪氣體流量，加大或減小通過位于轉爐底部的透氣磚的吹氣量，從而提高鋼水質量，獲得優質鋼，同時通過調整合金加入量、吹氧量及吹攪氣體的消耗，進行特種鋼的生產。為達到控制目的，必須依賴于煉鋼過程實際數據狀態及吹氧系統數據，底吹系統的設備將根據煉鋼過程數據狀態及吹氧系統數據進行相應的動作；同時底吹系統的各種狀態數據將顯示在HMI（如圖2所示）上，在HMI上要求操作人員進行必要的選擇與確認。

　　目前，濟鋼第三煉鋼廠120噸轉爐底吹工藝設計方案為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；設計供氣強度為0.02～0.09Nm3/t•min。

　　圖1底吹透氣磚分布

　　圖2底吹系統總畫面

　　3、目前底吹方案的局限性

　　如圖3所示，在實際煉鋼過程中，全程吹氮模式（設定曲線3）從未應用過，即實際應用的只有兩種曲線（設定曲線1、2）。底吹工藝曲線相對單一，不是全程吹氬就是氮氬切換，且各個切換點的切換時機也不靈活。設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，過程控制（如脫碳速度、返干噴濺期等）將發生較大變化，這就意味著切換時機將相應提前或滯后，從而影響到底吹的實際效果；同時在各個階段的底吹流量值是一成不變的，不能根據實際需求靈活的進行調整。

　　圖3底吹模式及參數設定

　　隨著底吹工藝的完善及生產工藝的實際要求，尤其是冶煉品種鋼的需要，目前的底吹方案已不能滿足生產需要。原曲線中流量設定是按照出鋼量120t計算，但現在實際的出鋼量已經達到155t，以設計時底吹流量供氣強度為0.02～0.09Nm3/t•min標準計算，目前實際的底吹流量應控制在186～837Nm3/h之間，而目前實際流量最大值360Nm3/h，明顯偏低；冶煉45#等鋼種終點碳含量控制相對較高時，底吹模式曲線中如果流量過大，終點倒爐出鋼時C-O繼續反應且相對較為激烈，易引起爐口下渣或潑鋼，影響鋼水質量，且存在安全隱患。

　　4、底吹動態控制模型

　　資料表明，吹煉終點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，通過改善底吹工藝方案，提高底吹效果，降低吹煉終點碳氧積，可進一步提高鋼水質量，以滿足越來越多的高附加值鋼種的生產需要。

　　根據實際出鋼量及實際熔池液位、渣中（FeO）含量變化，調整完善原曲線中各拐點時機及參數；根據鋼種終點控制要求（終點[C]含量的控制），區分不同鋼種，以確定選取對應的后期流量曲線；同時啟動“后攪”模式，尤其是低碳鋼種，以進一步促進C-O反應，降低碳氧積，可以提高鋼水質量。

　　因此，在原有3種模式的基礎上，增加3個系列（如圖3所示）：即高流量、中流量、低流量系列，排列組合共計9種基本曲線，同時每種曲線又是動態的，與終點碳氧積、熔池液位、爐齡等參數有關，即流量曲線值f（x）=f(m/m0,a,b)，其中m/m0—終點碳氧積修正系數，a—熔池液位修正系數，b—爐齡修正系數。

　　利用現有的副槍測量系統，可以很容易得出煉鋼終點的碳氧積、熔池液位。在每爐終點副槍測量完畢后，根據測量的碳氧積、熔池液位以及定期修正或輸入的爐齡系數，PLC設定程序計算出近10爐的相關平均數據，根據平均數據進行動態計算，從而決定下一爐底吹流量的設定參數。

　　3種模式及3種系列同樣需要吹煉前根據鋼種規程要求進行選擇，首先選擇模式，其次選擇系列(如圖3所示)，然后就根據程序設定的流量曲線進行調整和切換，實現底吹流量的動態控制。

　　圖4三個系列設定基準值

　　根據上圖中所示的流量曲線中的8個數值點，分別將其標識為F低1～F低8；F中1～F中8；F高1～F高8，同時設定高、中、低3個系列基準值：

　　三個系列設定基準值見表1：

　　系列12345678

　　低流量216200360400144144216144

　　中流量240224400440216144216144

　　高流量264240440480240144216144

　　通過回歸分析，推導出終點碳氧積與終點溫度、終點碳含量、終點氧含量、熔池液位的關系，確定各點的流量關系式（以F低1為例），如式（1）：

　　（1）

　　其中：m=[%C][%O]/10000；

　　m0=η3•T+10-6•a；

　　a----熔池液位，cm；

　　b----爐齡；

　　T----終點溫度；

　　η1、η2、η3---經驗系數

　　注：[%C]、[%O]、T、a均為前10爐的平均值，副槍測量失敗時的取值：T=1650℃,a=880cm,[%C]或[%O]有1個無數值則取m=[%C][%O]=0.0025。

　　其他各點依次類推(F6、F7、F8不參與系數調整)。

　　5、實踐效果

　　底吹流量實現動態模型控制，改善了底吹氣體對熔池的攪拌作用，使得復吹時鋼—渣反應好，吹煉過程平穩，不易發生噴濺，吹煉終點碳氧濃度積更接近平衡值（如圖5所示）。

　　圖5優化前后碳氧濃度積對比

　　通過新的底吹控制方案，加強了熔池的攪拌力，使熔池內成分和溫度的不均勻性得到有效改善，碳氧反應更進一步接近平衡,避免了鋼水的過氧化。對終點渣樣成份分析對比發現，優化后終點渣樣中(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。

　　動態底吹控制方案改善了底吹氣體對熔池的攪拌作用，促進了吹煉過程中的傳熱和傳質，加速鋼—渣間的界面反應，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、結束語

　　通過新的底吹方案實現了底吹流量的動態控制，進一步優化了煉鋼過程熔池攪拌，使熔池內成分和溫度的不均勻性得到有效改善，碳氧反應更進一步接近平衡,提高了終點溫度和成分的命中率，降低了吹煉終點碳氧積，避免了鋼水的過氧化,提高了合金、金屬收得率和鋼水質量，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

　　參考文獻:

　　[1]左銳，劉小鷗.降低轉爐鋼水終點碳氧積技術實踐[J].武鋼技術，2005，43（6）：5.

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

　　作者簡介：

　　張靚（1979/7—），女，工程師，現主要從事煉鋼基礎自動化和過程自動化控制技術工作。

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　　地址：山東省濟南市濟鋼煉鋼廠120區機動科

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