副枪炼钢技术在120t转炉中的应用

副枪炼钢技术在120t转炉中的应用

刘志远  栾文林  王重君  刘晓娟  朱斐斐 

（河北钢铁集团唐钢中厚板公司，河北唐山 063000）

摘  要：河钢唐钢中厚板公司采用了国内先进的副枪炼钢技术，通过副枪的成功应用，有效的减少倒炉时间，提高了生产节奏，而且达到了降本增效的目的，最终钢水质量得以大幅提高。

关键词：副枪自动炼钢转炉

Application of sublance technology for the 120t-Converter

Liuzhiyuan  Luanwenlin  Wangchongjun  Liuxiaojuan  Zhufeifei

(Tang Gang Group Heavy Plate Iron & Steel Co., Ltd, Hebei Tangshan, 063000, China)

Abstract：An advanced sublance technology is applied in 120t-converter in heavy plate of tangsteel, which could improve production efficiency based on the time of steel liquid transferring, and the quality of product is improved also.

Key words：Sublance technology; auto making; converter

随着转炉炼钢自动化程度的日益提高，采用副枪来探测熔池，已成为获得炼钢过程中熔池内信息变化的最主要手段。计算机系统控制模型的运用提高了炼钢的控制水平，为了实现高命中率下的严格的终点值控制，避免二次吹炼，采用副枪系统和SDM静态和动态控制模型，将有助于满足政府对污染物排放越来越严格的限制要求，并为操作人员提供一种更为安全舒适的工作环境。唐钢中厚板公司120吨转炉工程于2016年3月开始投产运行，该工程主要工艺路线如下：铁水预处理-120吨转炉副枪系统-LF精炼-RH精炼-板坯连铸机（异形坯连铸机）。

1.1 副枪设备

副枪系统为横移测量方式，副枪枪体采用水冷却方式。系统主要由副枪本体设备的平移装置、升降装置、冷却水和压缩空气以及氮气供给装置、副枪探头自动装卸及收集装置、副枪的密封帽及刮渣器装置、副枪数据分析系统组成。副枪主要完成三个主要动作：副枪的升降、副枪的平移、探头的自动装卸。

副枪基本参数：

（1）副枪装置工作型式：横移式；

（2）探头装卸及回收：自动；

（3）测量：可在吹炼中测量，也可在停吹后进行测量；

（4）副枪定位精度：垂直精度为±10毫米，水平精度为±10毫米；

（5）副枪中心距氧枪中心 900mm。

1.2 副枪探头

（1）TSC：测温、取样、定碳。在吹氧85％时，测出熔池温度和钢液凝固温度，通过凝固温度和钢水碳含量的关系求出碳含量。

（2）TSO：测温、取样、定氧。在吹炼终点时．测出钢液终点温度和氧活度，通过碳一氧平衡关系计算出终点碳含量。在进行TSO测量时，探头通过钢液/渣的界面时，温度和氧活度产生跃变，系统快速计算出熔池钢水液位高度。

2 自动炼钢工艺控制系统

图1 模型运行时序图

2.2 动态模型控制

动态控制过程是由动态控制模型实现的，动态模型的依据是转炉内冶炼末期的信息，根据计算结果需要加入的冷却剂和供氧量，跟踪完成吹炼工艺过程。

在转炉炼钢吹炼过程的后期，副枪启动第一次测量。动态控制模型根据副枪的TSC探头测量结果或测量原始数据计算出动态阶段需要的末期吹氧量和冷却剂加入量，同时根据该钢种冶炼标准确定的吹炼终点目标范围启动动态校正吹炼过程，并根据动态控制阶段的实际吹氧量及冷却剂实际加入量，按氧步实时预测钢水的碳含量和温度。当预测值进入吹炼终点目标范围内时，向一级控制系统发出提枪停吹指令。停吹结束，动态控制模型同步停止计算，动态校正过程完成。

2.4 测量吹炼终点熔池中钢水的O含量和C含量

终点钢水中的[O]主要取决于钢液的氧电势（MV）和温度（t），即O（×10-6）= ƒ（t,MV），通过用TSO探头，测出终点钢液的氧电势和温度，即可计算出钢液中的氧含量。根据碳-氧活度关系计算出钢水的实际碳含量。

3.1 完善数据采集系统

为了满足副枪自动炼钢工艺管理需要，强化和完善了数据采集管理，建立了生产和检化验数据自动采集、传送的数据自动化管理系统，实现了数据共享。

3.2 加强计量管理

副枪自动炼钢要求对铁水、废钢、副原料、铁合金、钢水等的重量进行准确称量。为达到称量精度要求，进行了炼钢系统全面的校称工作，称量精度达到≤0.5%。同时对部分料仓进行改造，称量方式改为减量控制方式，如图2所示。通过以上优化措施的实施，实现冷却剂连续精准投料，控制下料速度，解决吹炼前期大批量加料及吹炼中后期匀速小批量加料问题。实现冶炼过程平稳并保证烟气分析的精度。

原料仓下料系统           负称重下料系统

图2 常规料仓与负称重料仓对比示意图

采用电磁振动给料机实现实时称重，便于确认下料速度，下料累计值较目标加入了相差＜300kg时降低加料速度，下料累积误差＜50kg。

3.3 氧枪枪位和氧流量的精确控制

为实现氧枪枪位和氧流量的准确控制，对氧枪控制编码器进行改造，由原来的增量型编码器改为绝对值编码器，控制程序增加了枪位动态校正功能，控制精度达到了±50mm；对氧气流量孔板进行重新计算校核标定和更换，实现了氧气流量等的准确计量控制。

根据唐钢中厚板公司现场实际条件，优化现有4孔氧枪，使用新5孔氧枪进行试验，如图3所示。终点渣FeO含量为16.44%，相比改进前降低1.0%。同时优化氧枪枪位，如图4所示。

原4孔氧枪枪头            新5孔氧枪枪头

图3 氧枪喷头改造前后对比图

图4 氧枪枪位优化曲线

3.4 改进底吹系统

冶炼低碳和超低碳钢采用增大后期供氧量和大气量底吹后搅工艺，有利于脱碳，脱磷，脱硫。转炉复吹系统，使用底吹透气砖快换技术，在底吹效果不好时进行更换，满足自动炼钢对底吹的要求，如图4所示，同时建立按氧步控制调节的动态复吹供气模式和不同钢种工艺的底吹后搅模式，发挥复吹效果。

首次：护砖为盲砖    第一次更换：钻Φ111孔    第二次更换：钻Φ131孔

图4 底吹透气砖更换情况

4 自动炼钢实施效果

模型根据不同的铁水成分、温度情况、废钢的分类重量和转炉终点的要求，精确计算出需要加入的各种溶剂的重量，计算过程依据的是物料平衡和热平衡，在准确命中终点碳温窗口的前提下，各种物料的加入量得到了科学合理的优化，彻底改变了根据经验人工确定物料加入量的盲目性，使原材料和能源得到了最经济的使用。同时，按模型炼钢使炼钢过程中人为干扰的因素降到最低，只要原材料稳定，吹炼过程就稳定，使转炉吹炼过程趋于模式化。

4.1 提高冶炼效率，改善冶炼效果

副枪自动炼钢静态和动态模型可以提高冶炼效率，在不停吹的情况下，副枪过程(TSC)测量出钢水温度、碳含量，根据其测量结果，启动动态计算，计算出还需吹炼的氧量和冷却剂加入量，这不但提高了生产效率，更重要的是终点命中率不断提高。图5为唐钢中厚板公司副枪使用后终点碳、温度命中率情况。

图5 终点碳、温命中率情况

4.2 缩短冶炼周期，提高生产效率

副枪可以实现转炉吹炼过程中不用停吹倒炉而进行自动取样测温，终点控制精度高，吹炼终点一次命中率高，后吹率低，大大缩短了冶炼周期。直接出钢率情况如图6所示。

图6 直接出钢率情况

4.4 降低终渣TFe含量

综合考虑钢种对碳、磷、出钢氧值的要求，按尽可能地降低终渣中TFe含量的原则来设置拉碳时间及拉碳枪位。目前终点碳含量≥0.08％的钢种，模型判断熔池温度达到出钢要求，计算碳含量不超过内控上限发出抬枪指令。其终渣TFe平均含量16.44%。图7为TFe含量分布情况。

图7 TFe含量分布情况

5 结论

（1）计算机模型、操作模式等方面满足计算机炼钢工艺的客观要求，成功实现了转炉计算机自动炼钢。

（2）自动炼钢的实现，在降低钢铁料消耗、降低合金消耗、提高生产效率、改善工作环境等方面效果显著。

（3）自动炼钢工艺还处于起步阶段，在模型参数的优化、生产数据的可靠性方面还要继续做大量的工作。

参考文献

[1] 石艳,黄亚纯,曾维友,等. 转炉炼钢动态控制模型研究与工程应用[J].矿业工程,2014,34(7):88-89.

[2] 达涅利康力斯公司. 达涅利康力斯副枪系统的应用[J].钢铁,20014,39(11):31-32.