唐鋼轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)煉鋼技術(shù)的應(yīng)用

唐鋼*鋼軋廠轉(zhuǎn)爐車(chē)間現(xiàn)有3座150t轉(zhuǎn)爐，3座轉(zhuǎn)爐均采用了奧鋼聯(lián)煙氣分析（LOMAS）動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)，在轉(zhuǎn)爐煙道上安裝在線(xiàn)氣體分析儀，實(shí)時(shí)分析轉(zhuǎn)爐煙氣成分，用于探測(cè)轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)動(dòng)態(tài)變化情況。煙氣分析動(dòng)態(tài)控制的系統(tǒng)由兩部分組成：①負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)爐煙氣采集、處理和分析的低維護(hù)量的LOMSA系統(tǒng)和快速氣體分析質(zhì)譜儀；②轉(zhuǎn)爐二級(jí)動(dòng)態(tài)控制模型-DYNACON（圖一）。其工作原理：首先通過(guò)靜態(tài)模型計(jì)算出供氧量、造渣料用量，根據(jù)設(shè)定的供氧制度和加料制度吹煉，吹煉末期通過(guò)LOMAS系統(tǒng)連續(xù)檢測(cè)（1.5s周期）爐口逸出的CO、CO2、N2、O2等含量，并通過(guò)回歸計(jì)算熔池的脫碳速率，預(yù)測(cè)接近吹煉終點(diǎn)時(shí)鋼液的碳含量、熔池溫度，操作人員可以結(jié)合預(yù)測(cè)值自行確定吹煉終點(diǎn)。
　　1、 煙氣分析模型
　　煙氣分析動(dòng)態(tài)控制模型是轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)的核心，動(dòng)態(tài)控制模型主要包括以下7個(gè)子模型：1）一次加料計(jì)算；2）二次加料計(jì)算；3）轉(zhuǎn)爐液面計(jì)算；4）過(guò)程動(dòng)態(tài)控制計(jì)算（核心部分）；5）補(bǔ)吹校正計(jì)算；6）合金加料計(jì)算；7）反饋計(jì)算，如圖2所示。
　　主要分為兩種計(jì)算方式：預(yù)計(jì)算和在線(xiàn)計(jì)算，根據(jù)在冶煉過(guò)程不同階段進(jìn)行觸發(fā)，采用的冶金原理為：物料平衡和熱平衡。轉(zhuǎn)爐整個(gè)冶煉過(guò)程實(shí)施計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制，包括：主吹前的預(yù)計(jì)算；主吹階段的在線(xiàn)計(jì)算，預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程的適時(shí)溫度、成份、重量等信息，并通過(guò)轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉實(shí)施控制；主吹結(jié)束后，模型進(jìn)行校正計(jì)算、合金化計(jì)算和反饋計(jì)算，完成冶煉合金化和模型自學(xué)習(xí)優(yōu)化的功能。通過(guò)L2級(jí)模型計(jì)算、L1級(jí)自動(dòng)化程序執(zhí)行散料、氧槍、底吹設(shè)定數(shù)據(jù)，完成轉(zhuǎn)爐自動(dòng)冶煉控制。
　　2、 煙氣分析在冶煉過(guò)程中的應(yīng)用
　　從質(zhì)譜儀測(cè)得的轉(zhuǎn)爐煙氣成分可以看出，在轉(zhuǎn)爐吹煉的不同時(shí)期，各種氣體均具有不同的特點(diǎn)，識(shí)別和分析這些特點(diǎn)對(duì)判斷轉(zhuǎn)爐爐況、冶煉終點(diǎn)命中、了解爐內(nèi)冶金物理反應(yīng)過(guò)程和掌握渣鋼反應(yīng)規(guī)律有重要的指導(dǎo)意義。
　　2.1 反應(yīng)冶煉過(guò)程爐渣狀況
　　在整個(gè)吹煉過(guò)程中，CO和CO2都有先升后降的趨勢(shì)，在鄰近終點(diǎn)時(shí)，CO大幅度下降，而CO2卻略有上揚(yáng)，而在整個(gè)冶煉期間，CO和CO2的變化情況基本是互補(bǔ)的。CO的變化與熔池脫碳反應(yīng)和爐渣泡沫化的程度有關(guān)，煙氣曲線(xiàn)有以下幾種常見(jiàn)的曲線(xiàn)。
　　圖三（a）為正常吹煉爐次煙氣曲線(xiàn)變化圖，由圖可以看出冶煉過(guò)程CO曲線(xiàn)變化沒(méi)有大的波動(dòng)，所以吹煉過(guò)程平穩(wěn)，爐渣流動(dòng)性良好，石灰熔化快，成渣快。圖三（b）為冶煉中后期爐渣出現(xiàn)返干現(xiàn)象時(shí)的CO曲線(xiàn)變化圖，圖中8分鐘左右CO出現(xiàn)峰值，同時(shí)CO2、N2出現(xiàn)低谷，并且曲線(xiàn)傾角大于30°以上（即CO呈現(xiàn)出“∧” ，同時(shí)CO2、N2呈現(xiàn)出“∨”），這是因?yàn)榉蹈善诘臓t渣變稠，生成的CO上升阻力減小，CO沖到爐口進(jìn)入煙罩，從爐口吸入的空氣量則減少，所以N2減少。CO的過(guò)量導(dǎo)致二次燃燒率降低，因此CO呈上升趨勢(shì)，而CO2呈下降趨勢(shì)。圖（c）為冶煉中發(fā)生噴濺時(shí)煙氣含量變化曲線(xiàn)，噴濺發(fā)生在吹煉11分鐘時(shí)，CO含量急劇下降，同時(shí)CO2與N2急劇上升，此時(shí)爐渣中CO聚集導(dǎo)致其含量降低，當(dāng)渣中CO聚集到一定程度而開(kāi)始劇烈反應(yīng)發(fā)生噴濺。
　　從轉(zhuǎn)爐煙氣含量可以看到，在吹煉的不同時(shí)期，各種氣體均具有不同的特點(diǎn)，因此識(shí)別和分析這些特點(diǎn)，對(duì)判斷爐渣狀況、冶煉終點(diǎn)命中、了解轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)冶金物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和鋼渣反應(yīng)規(guī)律有重要指導(dǎo)意義。
　　2.2終點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)
　　鋼水終點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)的計(jì)算方法：基于物質(zhì)分析模型，對(duì)鋼水、熔渣、煙氣成份及重量進(jìn)行分析，采用周期計(jì)算的方法計(jì)算熔池的熱平衡，進(jìn)而計(jì)算熔池的溫度。由于溫度預(yù)測(cè)時(shí)基于模型的靜態(tài)計(jì)算，因此轉(zhuǎn)爐冶煉中任何因素都影響著溫度預(yù)測(cè)，具體因素有①鐵水成份的性；②鐵水和廢鋼重量的性；③鐵水溫度測(cè)量的性；④冷料和輔料的原料成份的性；⑤冷料和輔料的計(jì)量性；⑥氧氣流量的計(jì)量性；⑦溫度預(yù)測(cè)模型參數(shù)周期性?xún)?yōu)化，適應(yīng)不斷變化的爐役。圍繞以上主要因素，建立了相應(yīng)的性校驗(yàn)、周期更新以及周期檢查的制度。溫度預(yù)測(cè)精度逐步上升，命中率達(dá)到85%。
　　2.3 終點(diǎn)碳預(yù)測(cè)
　　終點(diǎn)鋼水C預(yù)測(cè)的原理為：當(dāng)熔池中C含量低于0.3%以后，煙氣曲線(xiàn)發(fā)生明顯變化，并與熔池C含量存在很強(qiáng)的相關(guān)性。通過(guò)計(jì)算煙氣流量、煙氣成分、二次燃燒率和脫碳速率計(jì)算熔池C含量。吹煉終點(diǎn)前煙氣曲線(xiàn)的穩(wěn)定對(duì)碳預(yù)測(cè)的度有很大影響，因此操作上規(guī)定吹煉結(jié)束前2分鐘不動(dòng)槍、不變氧流量和不加含鐵冷料。通過(guò)這些措施了吹煉終點(diǎn)前煙氣曲線(xiàn)的穩(wěn)定，終點(diǎn)C預(yù)測(cè)達(dá)到90%以上。
　　3、 結(jié)論
　　1.煙氣分析系統(tǒng)碳溫預(yù)測(cè)的運(yùn)用，提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)碳溫命中率，從而提高了一次拉碳率，縮短了冶煉周期，減少后吹，提高金屬收得率，終有效的降低了冶煉成本，提高了冶煉效率。
　　2.唐鋼引進(jìn)煙氣分析動(dòng)態(tài)煉鋼技術(shù)后，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合模型制定多種冶煉模式，在生產(chǎn)中獲得明顯的冶金效果。