何海斌

（酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730104）

轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)需要在高溫環(huán)境下展開(kāi)，受多種客觀因素影響，導(dǎo)致生產(chǎn)人員無(wú)法及時(shí)掌握冶煉過(guò)程實(shí)際情況，這也導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)存在諸多不穩(wěn)定因素。如果控制不當(dāng)，不僅會(huì)影響冶煉效果，甚至?xí)l(fā)安全事故。而通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以在一定程度上彌補(bǔ)生產(chǎn)條件和工藝技術(shù)存在的不足之處，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉中存在的各種問(wèn)題，并針對(duì)性采取措施解決，從而避免質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患的產(chǎn)生[1]。不僅如此，通過(guò)數(shù)據(jù)分析還可以有效提高轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)效率和水平，同時(shí)提高產(chǎn)品精度，一方面可以充分滿足社會(huì)發(fā)展需求，另一方面能夠?yàn)橐睙捚髽I(yè)帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)概述

轉(zhuǎn)爐冶煉是將鐵水、廢鋼鐵等進(jìn)行高溫?zé)捇?，使其形成含有一定量的化學(xué)成分鋼材，其冶煉生產(chǎn)過(guò)程具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性特征，任何一個(gè)環(huán)節(jié)存在問(wèn)題，都會(huì)直接影響鋼材質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)安全問(wèn)題。當(dāng)前，轉(zhuǎn)爐煉鋼已經(jīng)成為大批量煉鋼生產(chǎn)的主要方式，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)參數(shù)。這些數(shù)據(jù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)與否，與產(chǎn)品最終生產(chǎn)質(zhì)量息息相關(guān)。然而，由于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，所以生產(chǎn)過(guò)程存在諸多諸多不穩(wěn)定因素，容易導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)生變化。而通過(guò)數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，有利于全過(guò)程掌握轉(zhuǎn)爐冶煉實(shí)際狀態(tài)，將質(zhì)量問(wèn)題扼殺在搖籃中，從而使冶煉企業(yè)達(dá)到理想的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 數(shù)據(jù)分析的重要性

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，以先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，一切以數(shù)據(jù)說(shuō)話，是現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的流行趨勢(shì)。將數(shù)據(jù)分析應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中，成為衡量轉(zhuǎn)爐冶煉各項(xiàng)指標(biāo)的重要方式之一。眾所周知，轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個(gè)復(fù)雜、多元的物理化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程，其主要的特點(diǎn)就是反應(yīng)速度較快，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)參數(shù)，僅通過(guò)數(shù)學(xué)模型無(wú)法對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)表達(dá)。所以需要通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)參數(shù)動(dòng)態(tài)化發(fā)展過(guò)程進(jìn)行深入分析。在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，由于缺乏有效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)中90%以上的數(shù)據(jù)無(wú)人問(wèn)津，但隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的廣泛普及，這些堆積如山的數(shù)據(jù)被得到了充分利用，通過(guò)對(duì)以往轉(zhuǎn)爐冶煉中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的分析，能夠科學(xué)精準(zhǔn)掌握轉(zhuǎn)爐運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行效率。另外，在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，一些不易觀察的數(shù)據(jù)信息，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行研究。如此則能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉中存在的問(wèn)題和隱患，有利于煉鋼廠及時(shí)采取針對(duì)性措施調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉流程，從而保證轉(zhuǎn)爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，從根源上減少質(zhì)量隱患和安全隱患，同時(shí)提高冶煉效果和冶煉效率，為煉鋼廠創(chuàng)造最大化經(jīng)濟(jì)效益。

3 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中數(shù)據(jù)分析的具體應(yīng)用

3.1 轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)條件

本文以某煉鋼廠實(shí)際生產(chǎn)為例進(jìn)行分析，該煉鋼廠采用120t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行生產(chǎn)冶煉。氧槍操作方式有三種，分別為恒壓方式、變槍位方式以及恒流量方式。供養(yǎng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為3.95/m3。在該煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，首先需要明確生產(chǎn)過(guò)中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)[2]。具體來(lái)說(shuō)。鐵水溫度需要控制在1300℃~1380℃之間，W（C）需要控制在4.0%~4.5%之間。W（si）需要控制在0.3%~0.6%之間，W（P）需要控制在0.10%范圍內(nèi)。另外，造渣劑是轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中的必要物質(zhì)條件，該煉鋼廠最常用的造渣劑有三種，分別為石灰、輕燒白云石以及燒結(jié)礦。

3.2 轉(zhuǎn)爐在冶煉#70高碳鋼時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

#70高碳鋼常用于車(chē)輪制造、鋼絲生產(chǎn)以及扁圓彈簧制造等方面，所以在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)硬度、強(qiáng)度需求較高，需要嚴(yán)格控制鋼材成分，盡可能降低夾雜物含量。為了滿足這一需求，需要提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷的一次命中率，同時(shí)需要保證出鋼溫度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。與此同時(shí)，還要在確保鋼材生產(chǎn)質(zhì)量的情況下盡量減少生產(chǎn)成本。

3.2.1 #70高碳鋼冶煉過(guò)程中的轉(zhuǎn)爐控制要求

轉(zhuǎn)爐在冶煉#70高碳鋼過(guò)程中，需要將W（c）控制在0.08%范圍內(nèi)，終點(diǎn)溫度控制在1620℃范圍內(nèi)，同時(shí)要保證W（P）高于0.016%。

3.2.2 收集樣品、處理問(wèn)題

為了保證數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性，需要收集該煉鋼廠近兩個(gè)月的#70高碳鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)中總結(jié)冶煉過(guò)程中存在的問(wèn)題。本次研究共收集了688爐數(shù)據(jù)參數(shù)，其中存在的問(wèn)題如下：第一，轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中存在濺渣、溢渣問(wèn)題，該問(wèn)題發(fā)生率在40.5%左右。第二，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷的一次命中率平均值為61.3%，仍然存在很大進(jìn)步空間[3]。第三，終點(diǎn)溫度和含碳量沒(méi)有充分滿足理想需求。其中終點(diǎn)溫度為1621℃，終點(diǎn)含碳量為0.09%。

3.2.3 加料制度數(shù)據(jù)分析

在轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，優(yōu)化加料操作的主要目標(biāo)是保證合適堿度，并獲取高磷爐渣。同時(shí)，從工藝操作進(jìn)行分析，可以提高化渣速度，保證爐渣具備較好的流動(dòng)性，從而提高爐渣脫磷效果，達(dá)到經(jīng)濟(jì)脫磷的最終目標(biāo)。由此可見(jiàn)，做好加料數(shù)據(jù)分析工作至關(guān)重要。為滿足這一需求，需要做到以下幾個(gè)方便。

第一，確定有效、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)參數(shù)。結(jié)合爐次順序，計(jì)算所有轉(zhuǎn)爐終渣堿度。并結(jié)合計(jì)算結(jié)果構(gòu)建中渣堿度坐標(biāo)圖，其中R代表終渣堿度，將其作為縱坐標(biāo)，副槍TSC-P檢測(cè)結(jié)果作為橫坐標(biāo)，如圖1所示。通過(guò)實(shí)踐可以看出，當(dāng)副槍檢測(cè)結(jié)果磷越低時(shí)，其堿度R的控制也會(huì)隨之降低，此時(shí)物料的使用率相對(duì)較高，并且可以達(dá)到理想脫磷效果，同時(shí)可以減少成本支出。

圖1 終渣堿度和TSC-P之間的關(guān)系

第二，加料制度以及輔料消耗對(duì)爐渣脫磷造成的影響。本文對(duì)煉鋼廠276爐的爐渣脫磷效率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將其細(xì)化為4個(gè)樣本。由于以往利用噸鋼輔料消耗進(jìn)行分析，無(wú)法直接反映鐵水成分、裝入量等數(shù)據(jù)變化情況，所以可以將噸鋼輔料轉(zhuǎn)變?yōu)楣柘膯挝籟4]。對(duì)4個(gè)樣本的脫磷效率進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，其脫磷情況呈依次變差的趨勢(shì)發(fā)展。樣本情況如圖2所示。

圖2 樣本1-4參數(shù)

通過(guò)樣本對(duì)比可以看出，從堿度方面分析，樣本越差，堿度控制越高，如此則會(huì)直接影響爐渣化渣效果，導(dǎo)致?tīng)t渣流動(dòng)性變差[5]。從輕燒加入量方面進(jìn)行分析，樣本4總輕燒量與第一批輕燒加入量，嚴(yán)重超出理論需求，如此會(huì)導(dǎo)致?tīng)t渣流動(dòng)性變差，從而影響脫磷效果。從燒結(jié)礦方面進(jìn)行分析，應(yīng)結(jié)合溫度變化情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，如果燒結(jié)礦加入過(guò)多，或者加入過(guò)少，會(huì)對(duì)溫度產(chǎn)生影響，從而影響爐渣脫磷效果。從第一批料占比進(jìn)行分析，一般將其控制在0.6左右較為合理，所以在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中可以按照這一數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)配比，從而提高爐渣脫磷效果。如果添加過(guò)少，會(huì)導(dǎo)致磷量不足從而增加轉(zhuǎn)爐前期化渣難度。

第三，優(yōu)化槍位。調(diào)整槍位的主要目標(biāo)，就是在保證轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，為爐內(nèi)提供充足氧氣，從而提高爐渣氧化效果，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)脫磷目標(biāo)。為滿足這一目標(biāo)，需要在終點(diǎn)溫度命中的情況下，適當(dāng)減少鋼水碳氧化，從而降低鋼水氧化性能。槍位會(huì)對(duì)終點(diǎn)碳產(chǎn)生直接影響。所以，槍位在優(yōu)化過(guò)程中需要以提高供氧效率，減少供氧時(shí)間為主。另外，槍位對(duì)噴濺也會(huì)產(chǎn)生直接影響。在該煉鋼廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，噴濺現(xiàn)象較為頻繁，其中250s噴濺占比34.7%左右，550s的噴濺占比5.67%左右。并且前期噴濺較為明顯。這也意味著前期爐渣氧化性較強(qiáng)。需要通過(guò)調(diào)整槍位進(jìn)行改善。為了充分滿足減少噴濺、降低終點(diǎn)含碳量這一目標(biāo)，需要對(duì)該煉鋼廠的原槍位進(jìn)行調(diào)整，將190cm吹煉高度取消，縮短15s脫磷期間槍位供氧時(shí)間，總供氧時(shí)間由以往720s調(diào)整為690s[6]。通過(guò)調(diào)整槍位，對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)水平得到有效改善，生產(chǎn)質(zhì)量也得到了提升。

4 工藝調(diào)整后效果

通過(guò)對(duì)加料制度和槍位進(jìn)行合理調(diào)整后，對(duì)該煉鋼廠后兩個(gè)月生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，磷的一次命中率教原工藝效果高出6.1%左右，碳均值高出0.075%左右，溫度高出7.5℃左右，鋼水終點(diǎn)氧高出24/10-6，由此可見(jiàn)，通過(guò)優(yōu)化加料制度和槍位，能夠有效提高煉鋼廠生產(chǎn)效率，同時(shí)減少經(jīng)濟(jì)支出。在此基礎(chǔ)上，還可以降低終點(diǎn)鋼水和渣的氧化性，從而為脫氧提供有利條件。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煉鋼廠中的轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中存在諸多不穩(wěn)定性，稍有不慎容易產(chǎn)生質(zhì)量事故和安全事故，為煉鋼廠帶來(lái)不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)和人員損失。上文提到。轉(zhuǎn)爐在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量參數(shù)，這些參數(shù)是否合理關(guān)系到煉鋼廠生產(chǎn)效果。為了保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，需要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行合理分析，并將參數(shù)控制在科學(xué)范圍內(nèi)，從而減少鋼材冶煉的質(zhì)量問(wèn)題，促進(jìn)煉鋼企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。