周 廣 王 剛 劉 磊

摘 要：為了更好地提升轉爐煉鋼的質量和效率，鋼鐵企業需要重點關注轉爐自動化控制，不斷進行工藝優化。在此背景下，闡述了轉爐冶煉工藝的控制方法，分析了相關工藝優化策略，對轉爐冶煉工藝控制的未來發展進行展望，提出了轉爐冶煉工藝控制發展建議。

關鍵詞：轉爐煉鋼；冶煉工藝；定點控制；全程動態優化控制

以往鋼鐵企業在對轉爐冶煉生產過程進行工藝控制時，更多關注的是鋼水合格率。但隨著競爭壓力的增大及社會經濟水平的不斷提升，人們對節能減排及環境保護方面的重視程度不斷增強。這就要求相關鋼鐵企業在轉爐冶煉工藝控制過程中逐漸向節能降耗方向邁進，對轉爐冶煉生產技術進行全面優化提升，增強企業市場競爭力。

一、轉爐冶煉工藝控制方法

1.定點控制

定點控制的主要目標是在轉爐冶煉過程工藝控制中獲取合格的冶煉終點鋼水成分和溫度。在整個冶煉過程中的1個時間段內，使用動態檢測獲取信息，并將其作為矯正轉爐工藝的依據。定點控制是我國現有轉爐冶煉過程工藝控制中最常用的方法。其最具代表性的是終點控制。在終點吹煉開始之前，利用副槍對熔池內鋼水的成分及溫度進行檢測，根據檢測數據對后續冶煉工藝進行調節，從而達到終點鋼水成分及溫度受控的目的。

2.全程動態優化控制

全程動態優化控制與定點控制的主要差異是最終控制目標不同。與定點控制主要追求冶煉終點合格的鋼水成分與溫度相比，全程動態優化控制的最終目的是：控制獲得合格的鋼水，同時盡量對吹煉工藝進行優化，從而降低原材料和輔助材料的消耗，并最大可能將污染物排放降到最低，確保整個冶煉過程的合理性。這也是對冶煉工藝控制的最好狀態。

對全程動態控制優化程度的高低，與冶煉過程中得到的吹煉信息質量及數量密切相關。全程優化控制的好壞，受檢測信息的準確性、及時性及完整性等影響較大。但是在實際冶煉控制過程中，由于檢測技術和生產效率限制，要實現對鋼水成分與溫度的全程精準檢測，仍有一定難度。基于此，國內大部分鋼廠多通過檢測信息間接地對轉爐熔池內的情況進行判斷，進而做出有效分析。在此過程中，國內鋼廠對轉爐熔池內情況的檢測信息獲取，多采用爐氣分析法和音頻測渣法。此外，這2種方法還可被應用到定點控制中，但該技術的應用目前在我國還處于起步階段。進行動態控制時，需要對整個過程的動態控制不斷優化，從而提升檢測信息的利用價值。

二、轉爐冶煉過程工藝優化

1.轉爐冶煉過程工藝控制主要變量

由于我國檢測技術發展水平限制，轉爐過程工藝控制起點較低，國內大多數鋼廠的轉爐動態控制目前仍主要采用定點控制方式，控制過程中存在檢測技術精確度低、及時性不足、檢測信息不完整等問題，轉爐控制模型的穩定性、適應性較差，需要對其進行工藝優化。轉爐過程工藝優化主要針對控制氧槍槍位、氧氣流量和投料方式3個主要變量來實現。

（1）槍位控制

通過長期生產實踐積累，對轉爐槍位操作形成了一定范式，如“高—低—高”“高—低—高—低”“低—高—低—高—低”等，即常用的3段式、4段式、5段式槍位操作方法^[1]。若原材料入爐條件穩定，對于大多數爐次的冶煉可只采用1種模式進行，并在此基礎上進一步優化操作、細化工藝。這也是目前大多數鋼鐵企業槍位控制采用的主要模式。這種固定槍位操作模式雖然便于生產人員操作，但同時也存在一定的問題。如，槍位固定操作模式雖然對于轉爐爐況整體性變化有所考慮，但由于其槍位操作分段控制，無法更好地適應爐內不斷變化的實時情況。同時，槍位控制與化渣之間關系密切，現有的模式化槍位控制無法更好地應對突發情況。此外，在自動槍位控制方面，由于化渣模型和渣況檢測發展瓶頸，導致其在一定程度上受到限制。對此，目前國內外鋼廠主要以化冶金經濟與管理好渣、化透渣、快脫碳為目標，嚴格控制熔池溫度，使其內部溫度均勻提升，以此實現氧槍槍位的控制與調整。一些大型鋼廠還會針對自身情況，設計、開發專門的氧槍自動控制系統，提高氧槍槍位自動化控制水平，使槍位控制更加及時、準確、靈活。

（2）氧氣流量控制

轉爐冶煉要求轉爐供氧氧壓具有較強的穩定性。但是在實際冶煉過程中，氧氣消耗程度在冶煉各工序間有一定差異，脫碳階段不同及爐渣情況差異都會對熔池氧氣消耗速度產生影響。因此，為了提升轉爐氧氣利用率、降低熔池過氧化、減少合金損耗，需要對氧氣流量進行優化控制。此外，對于脫碳速度和爐渣泡沫化程度，也可通過氧氣流量控制工藝優化和細化操作實施控制，這對于平穩化實施轉爐吹煉具有重要影響。

（3）投料控制

投料控制包括轉爐基礎控制系統內的料倉下料控制、化渣工藝和渣況的在線檢測。造渣及脫碳的程度受造渣料加入量及時間等方面的影響；轉爐化渣過程屬于一種具有復雜性的物理化學反應，爐渣分析的復雜程度遠大于脫碳分析；渣況在線檢測，一般檢測的是爐渣噴濺現象，目前對于返干現象還無法界定。現有投料控制方式中，應用最廣的是建立投料模式控制表，該控制表是在總結實際工藝操作基礎上，根據一般爐況所選擇的合適的控制方式。對于冶煉過程中出現的噴濺、返干等渣況變化，僅靠投料模式控制表無法滿足需求。雖然該控制表在建立時考慮了全程冶煉熔池總體變化情況，但缺少適應轉爐爐況變化的能力，而應用相關數學模型及檢測方式能更好地解決該問題。

2.轉爐冶煉過程工藝優化策略

（1）造渣過程仿真

轉爐冶煉最主要的一項工作就是造渣，轉爐冶煉的平穩性受造渣程度好壞的影響，同時造渣過程的好壞也會直接影響終點鋼水成分。在整個冶煉過程中，造渣所需控制的重要參數包括爐渣堿度、渣中鐵的氧化物含量。現在常使用定點控制方式造渣；在獲取爐渣信息時，通常采用聲吶法、氧槍振動加速計法及微波測液面法等手段進行檢測；最后，根據所獲取的信息進行冶煉工藝定向調整。采用動態控制方式對造渣工藝進行全程控制時，最佳方式是在造渣過程中使用仿真。熔池溫度、氧槍位置、氧氣流量及加入造渣料的方式都會對整個造渣過程造成影響。造渣仿真就是基于成渣機制，將入爐原材料的最初狀態和冶煉過程工藝信息結合，模擬渣形成的過程。

（2）脫碳升溫過程仿真

轉爐冶煉的最終目的是所獲取鋼水的碳含量和溫度符合要求。對熔池脫碳升溫仿真，可在分析對脫碳產生影響的因素基礎上，對操作方式進行優化升級。轉爐冶煉脫碳速率主要影響因素有氧槍位置、氧氣流量及溫度等。基于此，李光輝、劉青等^[2]根據傳統的3階段理論創建了轉爐熔池脫碳升溫仿真模型，該模型實現了實驗室轉爐冶煉過程仿真，依據仿真結果可以對冶煉工藝進行合理化分析，并實現對整個冶煉過程的預測。

（3）綜合仿真

在轉爐冶煉過程中，造渣過程和熔池脫碳升溫過程之間存在一定聯系，可對其綜合考慮進行仿真試驗。綜合仿真雖然能使研究人員充分了解二者之間的相互影響，但也在一定程度上增加了仿真模型的復雜性和困難性。寶鋼集團是國內最早在實際生產控制中使用該綜合仿真模型的企業，在其研發的轉爐吹煉控制模擬專家系統中使用了專家系統機、輔助機和仿過程機，其中仿過程機就是對轉爐冶煉過程進行綜合仿真。

三、轉爐冶煉工藝控制發展建議

在我國經濟和科學技術發展支撐下，鋼鐵企業不斷對轉爐冶煉過程工藝控制進行優化，實現了轉爐冶煉工藝控制的系統化和精準化。通過長期不懈的研發投入，我國轉爐動態控制在檢測技術與數學建模方面取得了長足的進步。國內大型鋼廠已逐步實現了全自動煉鋼，但仍需通過提升精細化控制水平，進一步實現轉爐過程控制工藝的全面優化。

1.精細化

轉爐冶煉是鋼鐵企業最關鍵的生產工藝，為突破國內外多種因素對我國轉爐冶煉工藝優化控制的影響，轉爐冶煉的技術工藝應當向精細化方向發展。例如，在生產過程中，轉爐冶煉的控制效率受吹煉工藝直接影響，因此，鋼鐵企業應當提升對吹煉工藝創新改良的重視程度，強化轉爐吹煉技術，使其向精細化方向發展；同時，由于造渣過程較為復雜，還會產生一系列復雜的物理化學反應，為有效提高轉爐冶煉工藝控制效率，要對生產中的造渣工序進行科學合理的改良，依照節能降耗環保的理念進行調整，從而有效降低廢棄污染物排放^[3]。

2.自動化

為了使轉爐冶煉控制工藝更好地發展，需提升冶煉過程工藝控制水平，使其逐漸向自動化的方向發展。同時，原有的對槍位、氧氣流量及加入輔料和原料的控制方法所使用的模式化分段式控制會逐漸被淘汰，轉而由動態優化控制所取代。通過采集相關數據，并由動態模型進行計算，達到轉爐冶煉過程自主感知、自主決策和自主執行的智能化控制。

3. 節能環保

轉爐冶煉工藝優化創新要符合綠色可持續發展理念，盡量降低生產對環境帶來的負面影響，同時還要最大限度地保障企業經濟效益提升。在生產過程中，鋼鐵企業還應豐富節能環保策略，提升廢棄污染物處理工作效率，降低資源消耗。

四、結束語

隨著轉爐冶煉工藝的平穩發展，相關冶煉設備裝置不斷升級，冶煉成品質量及生產效率效持續提升，傳統冶煉生產方式存在的問題也逐步得到解決。目前，我國鋼鐵行業生產工藝水平已有較大提高，但在實際生產過程中仍存在一些問題亟需解決，鋼鐵企業要不斷優化冶煉工藝過程控制，向著節能降耗、綠色環保的方向發展，不斷提升生產效率，增強企業的核心競爭能力。

參考文獻：

[1]雷海洲，周海濤，唐建，等. 80 t轉爐煉鋼低鐵耗生產工藝研究[J].江西冶金，2022，42（2）.

[2]張禹群.轉爐煉鋼技術的自動化控制探究[J].冶金與材料，2022，42（2）.

[3]李柏，莫光文，賓利文.轉爐煉鋼工序合理消化異常鐵水的實踐[J].廣西節能，2022（1）.