轉爐副槍測量合格率提升工藝研究

賈宇璇 郭朝軍 連 波

（河鋼集團邯鋼公司）

0 前言

自上世紀70 年代，荷蘭Danieli Corus 在 Umuiden公司第二煉鋼廠23 號轉爐上安裝副槍系統用于轉爐煉鋼以來［1］，副槍系統加二級動靜態計算模型的自動化煉鋼模式正成為世界煉鋼的主流。截止目前，國內共有近50 多家鋼廠引進了Danieli Corus 的副槍系統，不論是在普鋼廠還是特鋼廠，都極大地得到推廣。河鋼集團邯鋼公司，2010 年引進了達涅利 Corus公司的轉爐副槍和二級自動化煉鋼控制模型等技術。經過多年的運行和摸索，對副槍在煉鋼過程中出現的問題進行了分析和整理，并制定了有效的整改措施，大幅度地提升了副槍測量合格率和自動化煉鋼終點命中率。

1 副槍在線測量的原理和意義

相對于轉爐用氧槍而言，在爐體上方安裝可以裝載用于溫度、成分、高度等不同測量方式探頭的槍體，在不倒爐或者不中斷煉鋼的前提下完成在線測溫、測成分和取樣等工作。作為一鍵式自動化煉鋼的重要一環，副槍系統通過在煉鋼冶煉過程和終點的鋼水測量，并為SDM 動靜態自動化控制模型提供數據支撐，實現自動化煉鋼終點命中率的穩步提升。相比傳統的倒爐測溫取樣，副槍系統具備以下優勢：代替人工倒爐測溫取樣，降低勞動強度，改善工作環境；提高轉爐煉鋼的效率，實現對轉爐過程的動態控制；不倒爐連續或單獨地測定鋼水溫度、碳含量、氧含量、液面高度并取樣，減少倒爐帶來的溫度損失，降低生產成本。傳統倒爐測溫和副槍在線測量如圖1、圖2 所示。

圖1 副槍在線測量系統

圖2 傳統的倒爐測溫系統

2 副槍系統在線測量存在的問題

2.1 副槍探頭種類及目的

根據測量目的不同，副槍測量共有測溫探頭（T），測溫度和碳含量探頭（TSC），測溫度和氧含量探頭（TSO），測溫度、氧含量和磷含量探頭（TSOP）。目前，邯鋼公司根據生產需要配備了主流的TSC 和TSO 兩種探頭。其中，TSC 用在煉鋼吹煉過程中測量取樣，可測量鋼水溫度、碳含量。TSO 用在煉鋼吹煉結束時測量取樣，可測量鋼水溫度、碳含量、氧含量、液面高度。

2.2 測量過程存在的問題

副槍系統在轉爐煉鋼過程中，受設備、能源介質和工藝條件等因素影響，存在著探頭測量不出數據或者取不出樣的現象，進而影響SDM 動靜態模型的控制和終點成分和溫度的命中，主要問題集中在：（1）TSC 測量鋼水溫度、碳含量失敗，模型無法進行動態調整計算；（2）TSO 測量鋼水溫度、碳含量失敗，無法判斷終點控制情況是否滿足出鋼要求；（3）副槍整體測量合格率僅為85.6%，嚴重制約自動化煉鋼控制和轉爐生產效率的提高。

2.3 副槍測量失敗類型及典型圖片

結合多年的煉鋼實際控制情況，整理出測量失敗類型和典型圖片，分別見表1 和圖3。

表1 副槍測量失敗類型整理

圖3 副槍在線測量系統

2.4 副槍測量失敗原因分析

針對副槍在線測量過程中出現的問題和失敗類型逐一進行設備、能源介質與工藝控制情況分析，查找原因。其中，溫度測量失敗原因主要有：（1）鋼水溫度控制超出熱電偶使用范圍；（2）廢鋼未完全融化，在測量終點時會頂到副槍，進而影響測量過程；（3）鋼水測量條件差，熔池攪拌厲害，溫度信號采集不穩。TSC 碳含量測量失敗主要原因：（1）碳含量超出測量標準范圍；（2）副槍測量槍體插入深度超出使用條件范圍；（3）底吹流量、供氧強度過大，影響測量數據；（4）測量停留時間較短，未能收集相關數據。TSO 氧含量測量失敗原因集中在：（1）測量時機不合適；（2）副槍測量插入深度不合適；（3）鋼渣分離不夠充分。TSO 液面高度測量失敗原因包括：（1）裝入量變化，未及時調整測量標準；（2）爐底深度變化，未及時調整測量標準；（3）測量條件不合適，鋼中氧電勢、溫度變化不同步。

3 改進措施

3.1 副槍測量標準建立

首先建立了副槍探頭測量標準，針對不同的測量問題，采取不同的改進措施，確保副槍在線測量時可以準確地完成相關任務并收集到相關數據，副槍測量標準見表2。

表2 副槍測量標準

3.2 副槍測量數據校準

結合實際測量數據和化驗室檢驗結果，對DIRC 測量系統內TSC 凝固溫度與碳含量的變化關系，TSO 溫度與氧含量、碳含量的變化關系進行調整和優化，使之更接近與實際。具體如圖4所示。

圖4 副槍測量數據校準

3.3 副槍失敗應急預案

在提升副槍測量合格率的同時，建立了副槍測量失敗應急預案，避免了多次測量增加生產成本。主要內容包括：（1）將DIRC 系統畫面引至轉爐爐前操作室，呈現出副槍測量過程和最終曲線變化情況，給操作工作提供參考標準；（2）通過對現場測量數據進行跟蹤，建立了1 911 爐TSC 測量數據庫，利用回歸方程建立凝固溫度與碳含量的對應關系，給出相關參考標準，建立TSC 凝固溫度與碳含量對應關系數據庫；（3）通過對現場測量數據進行跟蹤，建立了1 856 爐TSO 測量數據分析，利用回歸方程建立終點氧含量與碳含量的對應關系，給出相關參考標準，建立TSO 終點氧含量與碳含量對應關系數據庫。

應急預案實例1（如圖5 所示）：TSC 測量結束后，溫度和凝固溫度都失敗。但根據DIRC 系統中鋼水溫度和凝固溫度的平衡線信息可以初步推斷出鋼水溫度為1 560 ℃，凝固溫度為1 500 ℃，然后通過數據庫查詢可以得出碳含量為0.35%。應急預案實例2（如圖6 所示）：TSO 測量結束后，氧含量測量失敗。但根據DIRC 系統中氧電勢平衡線初步推斷出鋼水氧含量為5.7×10-4，通過在數據庫查詢可得出碳含量為0.05%。

圖5 副槍測量實例1

圖6 副槍測量實例2

應急預案實例3（如圖7 所示）：TSO 測量結束后，液面高度測量數據缺失。但根據DIRC 系統中鋼水溫度和氧電勢跳變點，可以初步推斷出副槍高度，進而計算出副槍插入深度為67 cm。

圖7 副槍測量實例3

4 實施效果

通過采取上述優化措施，實現了副槍測量合格率穩步提升和自動化煉鋼的推進，達到了提升煉鋼控制水平和降低成本的目的。副槍測量合格率對比和副槍探頭消耗量對比分別如圖8、圖9所示。

圖8 副槍測量合格率對比

圖9 副槍探頭消耗量對比

5 結論

（1）通過對影響副槍測量的設備、能源介質和工藝條件進行了逐一分析，并制定了專門的改進措施，從根源上促進了副槍在線測量合格率的提升。

（2）在副槍測量失敗的情況下，建立應急預案，通過數據庫曲線可以識別部分測量數據，進而可以繼續為SDM 動靜態模型提供數據支撐，也進一步促進了副槍測量成本的降低和自動化煉鋼數據的完整性。