高效智能转炉冶炼技术的研发与应用

武帅 周乐乐 高晨辉

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摘要：钢铁产业是国民经济的支柱，是国家重要原材料工业之一，而转炉冶铁技术是钢铁生产过程中的一项关键性技术。随着近年来智能化发展趋势的不断向前迈进，高效智能化成为转炉冶炼技术的主要发展趋势之一。为进一步实现转炉冶炼的高效能与低成本发展目标，本文通过介绍音频化渣系统与副枪系统在钢铁生产中的实践与应用，促进钢铁生产全产业链的在自动化生产，大大降低因人为等不确定因素对钢材质量的影响，提升冶炼技术。

关键词：高效智能；转炉冶炼；研发；应用

钢铁产业与社会发展、国民经济发展存在密切联系，国内工业生产的发展离不开对钢铁建材的应用。尤其近年来，随着城市化建设进程的不断扩大，房地产业的兴起带动了钢铁产业的发展，使其迎来了发展的春天^[1]。钢铁产业作为一种污染较大的生产行业，无论是从原材料的开采，还是冶炼及钢材深加工等都会对周围环境造成严重污染与破坏，成为制约国内经济发展的重要因素。国家有关部门颁布了钢铁产业生产调整规划，鼓励国内大型钢铁生产企业积极引进智能化生产装备，全面推进转炉冶炼技术向着高效智能化方向发展。钢铁产业链整体设计以高效与智能为原则，积极引入先进的生产技术，在夯实智能化钢铁制造的基础上，提高钢铁转炉技术的智能制造水平，为提升钢铁的冶炼与生产效率打下坚实基础。

一、转炉自动炼钢

转炉自动化冶炼技术的应用需借助现代先进的信息化生产技术。智能化设备可起到检测钢铁生产的作用，通过及时、准确的获取转炉在生产过程中的有关信息，处理在生产过程中所遇到的问题，降低设备故障发生率。将信息化引入转炉生产工艺中可对其关键性问题进行收集与处理，最终找到解决上述问题的最佳处理措施，提升钢水的质量^[2]。

二、转炉生产工艺的智能化流程

转炉冶炼生产的前期，需要准确调控转炉吹氧量及氧枪的具体位置，预先设置好供氧相关参数（吹氧距离等），再按设定好的参数自动控制转炉氧枪系统运行。

在转炉生产冶炼过程中，需精准化控制原料的加料系统，即预先设计好加料方案，加料方案的具体设计应根据钢材生产具体型号进行设计，后按照预先设计好的自动化控制原料进行加料的投放与称量。

在转炉生产运转过程中，工人可以根据副枪系统精准的测量钢水中的氧含量及含碳量等相关生产信息，并将上述生产信息及时反馈给计算机控制系统进行智能化分析，由智能化生产系统全面管理转炉生产工艺的全过程。

在转炉冶炼生产过程中，氧枪操作系统与音频化渣系统形成联动，依据转炉内的实际运行情况，合理地调整氧枪的位置，使其符合吹氧工艺的需要^[3]。

三、副枪生产系统

（一）副枪系统的应用功能

副枪系统可以在转炉运转时，准确采集熔池内的含氧量、温度及液位等相关信息。熔池内的含碳量、温度及钢水样本信息做作为调整吹氧量与冷却剂的依据，冶炼工作人员可根据上述相关数据优化钢铁生产的造渣方案与吹炼方案，提升转炉的运行寿命。工作人员可将熔池液位的相关信息作为判断转炉内衬侵蚀情况的依据，并根据侵蚀情况制定相应的检修措施与计划，从而提升转炉的使用寿命。由于工作人员可以根据副枪系统准确测得转炉在吹炼过程中的温度等信息，与以往传统的人工取样方式相比，可大大缩短转炉冶炼的周期，提升钢水冶炼效率。

（二）转炉副枪系统的构成

钢铁转炉副枪系统是由卷扬装置副枪旋转系统、升降、导向装置、副枪枪体、副枪探头收集装置、提升吊具、阀站等附属装置等。

（三）副枪系统的操作

在转炉吹氧量≥85％时，副枪穿过转炉烟罩上方的入口开展“吹炼测量”，所测得的结果通过上传到计算机系统中进行处理，由计算机智能控制系统准确控制冷却剂与吹氧量，以满足钢水吹炼对其含碳量与温度的要求，同时工作人员通过采集样本进行分析，来判断钢水的成分组成，提升钢铁的冶炼质量与水平。在结束吹炼时，副枪可再次进入转炉内进行取样，准确获取准确的冶炼信息，最终确定终点温度、含氧量及含碳量。若需要补吹，也可进行三次或四次测量。在回收样本时，副枪设备可取下探头放进探头收集溜槽内，直接送到操作平台，试样自动与探头脱离后，干净的式样送至化验室进行检验与分析。

三、音频化渣系统

（一）音频化渣系统功能

在转炉冶炼过程中，化渣效果会直接影响到钢水生产的质量与钢材的冶炼质量，冶炼音频化系统可以对转炉内渣情况进行实施实时监测，音频化渣系统可实现与氧枪控制系统的有机融合，可以在提升化渣效率的同时，实现对氧枪系统的智能化控制。

（二）音频化渣工作原理

音频化渣系统是由灰尘清扫、麦克风及专业分析软件3部分构成，在转炉冶炼过程中，转炉内部的运行状况是时刻变化着的，氧枪在吹氧操作时所产生的噪声与炉内渣状态密切相关，如在处理液态渣时，炉内所产生噪声比固态渣时要小，因此工作人员可以通过对比炉内渣所产生的噪声来判断炉渣的状态

^[4]。在转炉的汽化烟道内增加转炉专用麦克风可准确判断炉渣的状态，还可用于检测不同吹氧时段内的炉内噪声，通过系统分析软件可以准确判断炉内的噪声强度从而判断炉内渣的状态，为转炉冶炼提供指导。

（三）音频化渣系统操作

当下钢铁生产企业所使用的音频化渣系统可用图1简单示意，其中上部波浪线表示脱碳率，脱碳率波浪线的上下折线表示脱碳率的上下界线；下部波浪线为音频信号强度，音频信号上下水平线表示音频信号强度的上下界线；而箭头则表示化渣系统所依据音频信号对其枪位所作出的相应的调整。

图1 氧枪控制示意图

四、转炉自动化加料系统

将计算机等信息化系统引入转炉的自动化加料装置中，可实现配料、振料等工艺流程的自动化，从而更好地实现一炉钢的加料与造渣，实现对钢铁转炉生产过程的有效控制，利于钢铁的稳定化生产，便于建立不同条件下的冶炼控制^[5]。该自动化加料系统在使用过程中会根据氧步实现自动加料，且在上下仓制作过程中实现连锁，确保不因上下仓同时打开而出现用料不准等状况，当下钢铁生产企业已广泛投入自动化加料系统，已基本满足钢材生产的需要。

结语：

在绿色经济视角下，国内钢铁产业的发展既要满足自身发展的需求，更应符合环境效益，为更好地处理与解决这一矛盾，企业应在节能降耗、智能化生产等方面提高原材料的使用率，加快推进智能化制造水平的发展与提升，压缩钢材的冶炼周期，降低工人劳动强度与转炉的使用寿命，从而在根本上提升钢铁产品的质量，减少影响钢材生产的不利因素，在大力夯实绿色、健康、智能发展的同时，实现钢铁产业制造与智能化的融合发展。

参考文献：

[1]王勇,胡建光,孙玉军,等.智能制造在梅钢炼钢厂的应用实践[J]. 中国冶金,2018,28(1):32-39,44.

[2]蔡悝.基于大数据的智能化自动炼钢技术[J].中国战略新兴产业,2020(2):105.

[3]苗青,李国柱,宗京秀.转炉底吹计算机智能控制系统的优化控制[J]. 电子元器件与信息技术,2020,4(2):69-70,91.

[4]金泽志,李林山.转炉铜锍智能数控吹炼技术简介[J].世界有色金属,2020(8):18-22.

[5]高志滨.120t转炉全过程动态智能冶炼技术实践[J].山东冶金,2020,42(3):57-60.