侯 榮

（南京鋼鐵聯合有限公司第一煉鋼廠， 江蘇 南京 210035）

摘 要：簡要介紹了轉爐煉鋼終點命中率的控制技術，從碳氧含量、出鋼溫度和脫磷條件三個方面詳細分析了轉爐煉鋼終點命中率的影響因素，提出通過完善留渣操作、降低出鋼溫度、控制吹煉強度和進行補熱升溫等針對性的控制策略，提高轉爐煉鋼終點命中率，以期為轉爐煉鋼終點命中率提高及控制提供參考，確保轉爐煉鋼穩定作業，提高轉爐煉鋼生產質量和效率。

關鍵詞：轉爐煉鋼；終點命中率；控制技術；控制措施

0 引言

轉爐煉鋼是目前應用范圍最廣、應用頻率最高的煉鋼工藝，終點命中率則是衡量轉爐煉鋼質量及經濟效益的重要指標之一，終點命中率控制效果直接決定了轉爐煉鋼成本、生產作業效率、鋼水質量。為了保障轉爐煉鋼技術水平及經濟效益，煉鋼廠及技術人員有必要從設備、原料、工藝等角度分析終點命中率控制影響因素，在此基礎上對原有生產作業流程進行優化。縱觀現階段轉爐煉鋼終點命中率控制現狀可以發現，部分煉鋼廠依然存在無法全面提高終點命中率的情況，為此，對提高轉爐煉鋼終點命中率的控制措施展開分析。

1 轉爐煉鋼終點命中率的控制技術

1.1 人工控制技術

拉碳補吹為常見的人工經驗轉爐煉鋼終點命中率控制技術，需要技術人員具備一定的專業能力和從業經驗，通過轉爐煉鋼的碳含量要求等參數判斷是否需要吹氧操作。如果是生產碳鋼或高碳鋼，技術人員還需要在上述判斷指標中增加目標碳含量、氧化速度^[1]。拉碳補吹技術的操作流程較為簡單，不會造成過多轉爐煉鋼原料損耗，能夠實現對于碳化率、耗氧量的準確控制，但是對于技術人員能力的要求過高。

1.2 靜態控制技術

靜態控制技術在轉爐煉鋼終點命中率控制中的應用，需要同時考慮終點靜態控制現狀、原材料狀態和煉鋼種類，從而明確廢鐵、廢鋼、鐵水和合金等原材料的應用量，計算原材料所需氧量。在靜態控制過程中，技術人員需要掌握人工控制靜態點的上下界限，從而通過非變更轉爐煉鋼過程的形式控制終點命中率，一般能夠將終點命中率提高至 80％左右。靜態控制技術的主要互聯網模型為經驗模型和機理模型。機理模型在轉爐煉鋼終點命中率控制中的應用頻率更高，但是操作流程較為復雜，容易受到外界因素的影響，技術人員需要格外注重物料平衡及熱平衡計算結果的準確程度^[2]。

1.3 動態控制技術

副槍動態重點控制技術需要技術人員根據熔池溫度等副槍檢測數據實時掌握轉爐煉鋼作業數據，并進行有效更正，有利于提高轉爐煉鋼的穩定程度，從而精確控制終點命中率。

爐氣分析動態終點控制技術在轉爐煉鋼終點命中率控制中的應用頻率較高，需要技術人員根據爐口表爐氣成分判斷熔池脫碳速度、鋼水成分是否達到了終點溫度要求。相比較人工控制，動態控制的準確程度更高，并且能夠優化轉爐煉鋼技術參數。這就要求技術人員具有較高的控制能力。

1.4 自動控制技術

自動控制主要面向的是轉爐煉鋼碳含量及溫度控制，技術人員需要通過計算機及相關軟件進行終點命中率控制，同時實現對于終點溫度的實時監控。自動控制技術本質為線上控制技術，技術人員可以通過自動控制技術做到對于轉爐煉鋼過程的實時查看，實時對比碳含量及溫度數據，實現有效的質量分數管理。在自動控制技術支持下，能夠將傳統人工定時吹爐、掃爐、倒爐操作轉變為自動化操作，并將轉爐煉鋼作業效率及終點命中率控制率提高至 85％左右。

2 轉爐煉鋼終點命中率的影響因素

2.1 碳氧含量

在轉爐煉鋼作業過程中，熔池內的 C 和 O 會產生強烈化學反應，反應方程式如公式 1 所示。

[C]+[O]=COΔG^θ=-22 364-39.63，

其中：ΔG^θ 為標準吉布斯自由能；T 為鋼水溫度；P_CO為 CO 分壓；a_C 為鋼水中碳的活度，mol/L；a_O 為鋼水中氧的活度，mol/L。

由式 1 可知：根據熱力學理論，溫度、P_CO 是影響碳氧積的主要因素，在一定溫度、P_CO 下，碳氧積為一個常數。轉爐煉鋼終點 w（O）與 w（C）呈反相關關系，即在終點 w（C）相同的情況下，終點 w（O）會隨著碳氧積的降低而降低。轉爐煉鋼作業一般以標準大氣壓為P_CO，可見影響碳氧含量的最終因素為溫度。

根據動力學理論，適當攪拌操作有利于加快熔池內的碳氧反應，從而降低碳氧積，具體攪拌操作包括底吹氣體攪拌、頂吹氧槍氣流沖擊和碳氧反應氣體攪拌等^[3]。

2.2 出鋼溫度

轉爐煉鋼作業的熱量主要為鐵水化學元素氧化反應產生的化學熱量、鐵水自身的物理熱量，常規鐵水成分和溫度變化如表 1 所示。在轉爐煉鋼連續作業過程中，化學熱量及物理熱量均有一定富余。因此，技術人員需要在吹煉作業中加入一定劑量的冷卻劑，對終點溫度的進行有效控制，從而提高終點命中率。

需要注意的是，如果轉爐停爐時間較長，吹煉作業產生的熱量可能不足以達到出鋼溫度要求。此時，技術人員便需要進行補熱升溫，從而確保終點溫度。但是，補熱升溫可能會出現爐襯侵蝕加劇、鐵損增加、鋼水純凈度降低以及合金回收率降低等新的問題。此外，轉爐吹煉作業造成的噴濺會損失大量熱量，也會對終點溫度造成不利影響^[4]。

2.3 脫磷條件

根據氧勢圖選擇氧化規律，在轉爐吹煉前期溫度較低、成渣 FeO 含量較高的情況下，脫磷反應效率要高于碳氧反應。在熔池溫度持續升高的形勢下，轉爐煉鋼作業加入石灰，融化效率開始提高，成渣堿度也隨之提高。

2P+5FeO+4CaO=4CaO·P₂O₅+5Fe.   （2）

由式 2 可知：能夠推動脫磷反應方程式向右進行的條件均能夠強化脫磷反應效果。根據動力學理論，成渣保持足夠的流動性。因此，可總結脫磷反應條件為較高的成渣 FeO 含量、較高的成渣堿度、較低的熔池溫度和良好的鋼—渣反應界面。

3 提高轉爐煉鋼終點命中率的控制措施

3.1 完善留渣操作

為了滿足脫磷反應條件，技術人員可以展開科學合理的留渣操作。具體來講，轉爐留渣獲得的脫硫及脫磷效果較為理想，具有倒渣時間較少、前期成渣效率較高和石灰的消耗量較少等諸多應用優勢。但是，留渣量過多會產生低溫渣噴濺問題，如果無法及時吹干濺渣，會導致轉爐吹煉點火異常。因此，技術人員需要有效控制留渣量^[5]。

不同鐵水成分對應的理想留渣量不同，技術人員往往需要根據成渣循環次數、鐵水硅含量確定留渣量。如果鐵水中 w（Si）較低，會減少生白、冷料、石灰等原料的添加量，技術人員需要適當增加留渣量。如果鐵水中 w（Si）較高，上述原料的添加量會增加，技術人員需要適當減少留渣量，確保轉爐內成渣數量的穩定水平。如果鐵水中 w（Si）超過 1.0％，可以不進行留渣。

3.2 降低出鋼溫度

鋼水氧含量會隨著轉爐終點溫度的提高而提高，脫氧劑應用量也會隨之提高。為了滿足脫磷反應條件，可以降低出鋼溫度。在轉爐熱量不足的情況下，較低的出鋼溫度能夠提高終點命中率。常見的出鋼溫度降低措施有：

1）縮短轉爐煉鋼周期，提高轉爐煉鋼效率。

2）減少鋼包周轉數量，提高鋼包周轉效率，確保鋼包內襯溫度能夠達到 1 000 ℃。

3）在轉爐煉鋼作業中加入合金。

4）對出站的鋼包進行保溫處理。

5）制定好各個轉爐爐次規劃。

以上出鋼溫度降低措施均能夠將轉爐煉鋼終點溫度降低 20～30 ℃左右，將終點命中率提高 12％～13％左右，同時，能夠降低轉爐煉鋼鐵消耗量。

3.3 控制吹煉強度

轉爐煉鋼吹煉強度控制方式主要包括變槍恒壓、變槍變壓和恒槍變壓，槍位變化主要包括前期槍位變化、中期槍位變化和后期槍位變化。不同鐵水成分及溫度對應的理想吹煉強度不同。如果鐵水中 w（Si）較高，技術人員可以降低前期槍位、調高中期槍位較高、保持后期槍位適中。如果鐵水中 w（Si）較低，技術人員可以調高前期槍位、保持中期槍位適中、降低后期槍位。如果鐵水溫度較低，技術人員可以調高前期槍位、保持中期槍位適中、保持后期槍位適中。如果鐵水溫度較高，技術人員可以降低前期槍位、調高中期槍位較高、保持后期槍位適中。

此外，可以通過改善氧槍噴頭結構，增加噴頭數量，從而改變氧槍對于熔池的沖擊流場，降低吹煉噴濺問題發生概率，縮短轉爐煉鋼吹煉周期，最終提高終點命中率。

3.4 進行補熱升溫

溫度調整為控制終點碳氧含量的基本方式，因此，可以進行補熱升溫。具體來講，氧化鐵是實現熔池升溫的主要元素，但是氧化鐵的應用增加了轉爐煉鋼成本。為了進一步提高煉鋼廠生產效益，技術人員可以選擇在吹煉前期添加焦炭或硅鐵，既能實現補熱升溫，又能控制轉爐煉鋼成本。

當然，需要計算焦炭或硅鐵添加量，具體可以應用副槍模型。技術人員需要明確焦炭或硅鐵添加條件，例如，如果鐵水中 w（Si）超過 0.35％，2 000 kg 焦炭添加量依然無法實現有效補熱升溫，技術人員只能夠添加硅鐵繼續進行補熱升溫，硅鐵添加量不能超過0.60％。如果鐵水中 w（Si）未超過 0.35％，質量分數為0.60％的硅鐵添加量依然無法實現有效補熱升溫，技術人員只能夠添加焦炭繼續進行補熱升溫，焦炭添加量不能超過 2 500 kg。技術人員需要掌握焦炭或硅鐵添加時間，一般在廢鋼添加結束后、結束濺渣結束后或吹煉結束后添加。如果吹煉耗氧量超過 2 500 m³，禁止繼續添加硅鐵。

4 結論

通過分析轉爐煉鋼終點命中率控制技術，從技術層面為轉爐煉鋼終點命中率的提高奠定了基礎。

1）轉爐煉鋼終點命中率控制技術主要包括人工控制技術、靜態控制技術、動態控制技術和自動控制技術。

2）轉爐煉鋼終點命中率影響因素主要包括碳氧含量、出鋼溫度和脫磷條件。影響碳氧含量的最終因素為溫度，有效控制終點溫度能夠提高終點命中率。脫磷反應條件為較高的成渣 FeO 含量、較高的成渣堿 度、較低的熔池溫度和良好的鋼—渣反應界面。

3）提高轉爐煉鋼終點命中率的控制措施主要包括完善留渣操作、降低出鋼溫度、控制吹煉強度和進行補熱升溫，最終提高終點命中率。

參考文獻

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