碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用

碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用（精选6篇）

篇1：碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用

1 概述

转炉是炼钢生产的主要设备,其生产过程中的诸多工艺参数和设备运行参数,例如氧气压力,溅渣护炉的氮气压力,氧枪冷却水的压力及流量,氧枪冷却水的进水和回水温度,溅渣护炉的氮气压力等等是生产正常进行的重要参考依据,而氧枪和转炉倾动驱动的电动机温升及运行电流等等运行参数正常与否,直接关系着设备能否安全运行，几十年来,随着自动化技术、计算机科学、控制论等的发展及其对冶金工业的不断渗透, 使得人们把转炉炼钢的操作任务,部分或全部地交给PLC和计算机去完成的想法正在变成现实。

2 工业自动控制的一般步骤

要实现对一个工业过程的自动控制, 一般要经过数据采集、计算机轨迹计算包括专家系统推理以及发出控制指令对控制仪表进行反馈控制等三个步骤, 见图1。

三个步骤都具备时, 即可实现动态控制, 否则只能作为静态控制。而静态控制中, 如果缺少第一步,则需人工从计算机终端将有关数据或控制参数输入计算机, 而后进行开环控制, 这种方式称为控制台输入方式。如果没有第三步, 则称为具有数据采集功能的离线控制方式。如果只有第二步, 则称为计算机离线控制方式或离线咨询、预报方式。一个工业对象的过程控制逻辑框图如图2所示。

3 系统组成与功能

唐山中厚板公司转炉车间由2 台120T转炉、2台LF炉、2 台连铸机组成.

3.1 系统硬件组成

2座转炉配置相同. 每座转炉采用6台研华IPC - 610 工控机, 5套德国Siemens S7 -400 PLC 处理现场信号换算. 转炉氧枪枪位测量: 采用日本OMRON 旋转编码器, 以A 相脉冲输出计算出放氧枪时的直线位移从而算出氧枪枪位位置, 同样以B 相脉冲输出计算出收氧枪时的枪位变化, 通过接近开关校正. 转炉的倾角测量采用日本OMRON 旋转编码器进行现场检测,将编码器的脉冲信号实时换算成混铁炉的倾角。

3.2 系统软件组成

包括PLC监控软件WINCC 6.0和组态软件SIMENS STEP7V5.4 两份应用软件预装主控室工控机,实现PLC运行程序的编程、监控、调试和工艺流程组态及异常情况报警。PLC运行程序属于特殊的控制软件,存储于PLC专用的存储卡和CPU模块的存储器内,存储卡储存的运行程序作为CPU模块RAM存储器的在线热备。

3.3 系统功能

(1) 采集到的参数进行模拟流程显示.

(2) 关键参数具有历史记录, 记录时间为1 年, 并且有曲线图可方便用户查看1年内任意时刻的数值.

(3) 系统故障具有自诊断功能.

(4) 实现炼钢的计算机智能控制. 自动测量废钢重量及判别加入炉龄; 自动测量钢水重量及判别钢水去向;对数据进行综合分析, 指导炉前操作, 达到智能控制的目的. 自动分析、计算各种渣料的加入量及加入时间、氧枪枪位及氧气流量压力操作.

(5) 为管理提供考核数据和各种报表

(6) 实现计算机联网, 在厂部可在线查看、修改各机运行参数.

(7) 对生产过程非正常状况能按厂家要求进行报警及记录.

3.4系统特点

(1) 用基于PLC自动化控制的机理分析方法建立炼钢过程数学模型, 采用最优控制算法实现智能控制.

(2) 采用大型数据库与桌面型数据库相互备份方式, 确保数据正确、可靠.

(3) 采用无线发射、接收系统进行行车定位, 使计算机能自动确定原材料和产品的来源和去向.

(4) 采用现场总线网和以太网两层网络, 实时数据库与关系型数据库的信息共享, 为实现全厂计算机集成制造系统打下基础.

3.5 PLC技术在炼钢自动化的应用

开关量连锁控制是系统传动控制的实现基础，

将分布于设备本体各处的诸多检测开关器件信号采集到开关量输入模块,通过编程,由开关量输出模块输出,控制相关的继电器或变频器控制端子,实现设备传动。工艺和电控参数等模拟量由A/D模块采集,经过CPU计算判断,输出相应报警显示和控制信号。

3.5.1 开关量的逻辑连锁控制功能

为保证氧枪升降及转炉前后倾动设备的安全运行,只有在转台旋入冶炼位后,即转炉处于零位时,方可允许氧枪下降操作,为防止误操作,氧枪降得过低,碰伤炉体损坏氧枪,设置下限开关。为检修及更换氧枪方便,氧枪行程下限、转炉零位开关、转台旋入开关都增设了专用解锁开关,以便检修时按需操作。氧枪的提升, 由上限和超高限位,两限位限制其提升行程。同样出于为方便检修工作的考虑,配有解锁手动开关。此外氧枪的升降控制在PLC运行程序上相互间有互锁。因为氧枪升降为交流接触器控制,正常冶炼时,其动作转换频繁。考虑到PLC外部执行器件的动作延时,为弥补氧枪升降操作台手动自复位转换开关的零位停顿时间不足,将导致升降接触器同时吸合,造成电气短路事故。特通过检测两接触器的返回复位信号,经过延时,再行升降动作转换。为保障冶炼工作安全进行,防止损坏设备,氧枪设备对其他设备的传动控制系统还有一些连锁信号。

3.5.2 系统参数实时检测及其控制功能实现

(1) 工艺参数的控制要求

首先,氧枪下降,氧气切断阀门正常打开,转炉炼钢得以正常进行。否则,氧枪下降后,氧气切断阀门不能正常开启或开启后突然关断,将造成枪头回火或粘钢,导致氧枪使用寿命降低甚至损坏。因此氧气切断阀门的正常开启还关系着氧枪设备的安全问题。氧枪的氧气控制阀为压缩空气操作介质,检测压缩空气压力和氧气压力是否正常,就成为能否正常通氧冶炼的关键。

(2) 工艺参数的实时检测及其控制功能的实现

操作氮气压力、氧气压力、氧枪进水压力、氧枪冷却水流量4个工艺参数,采用相应压力和流量传感器检测,输出4～20 mA电流信号采集进入模拟量输入模块, 将工艺要求的4路参数的上限和下限数值预置到程序中,调用比较指令等完成工况参数的判断,并输出相关的控制和报警信号。

4 结语

通过对SIMENS公司的400 PLC在炼钢自动化的应用开发,尤其是实时检测生产工艺和电控系统两大参数群,判断处理决策控制,结合开关量逻辑控制功能和运行程序的在线热备技术,丰富的报警显示及提醒功能,使得炼钢自动化系统具备故障自检、智能控制和一定的故障应对能力。经实践运行,不仅实现转炉设备的零故障运行,而且设备的使用寿命大幅提高,经济效益十分显著。

参考文献

[1] 王雅贞等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备.北京:冶金工业出版社,.

[2] 谢书明,柴天佑.转炉炼钢自动化现状与发展[J].冶金自动化,.

[3] 刘浏.转炉全自动吹炼技术[J].冶金自动化,.

篇2：碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用

1、转炉炼钢用原材料有哪些，为什么要用精料?

炼钢用原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢(生铁块)。炼钢用辅原料通常指造渣剂(石灰、萤石、白云石、合成造渣剂)、冷却剂(铁矿石、氧化铁皮、烧结矿、球团矿)、增碳剂以及氧气、氮气、氩气等。炼钢常用铁合金有锰铁、硅铁、硅锰合金、硅钙合金、金属铝等。

原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。国内外大量生产实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。根据所炼钢种、操作工艺及装备水平合理地选用和搭配原材料可达到低费用投入，高质量产出的目的。

转炉入炉原料结构是炼钢工艺制度的基础，主要包括三方面内容：一是钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理配比；二是造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配比制度；三是充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和造渣料的科学利用。炉料结构的优化调整，代表了炼钢生产经营方向，是最大程度稳定工序质量，降低各种物料消耗，增加生产能力的基本保证。

2、转炉炼钢对铁水成分和温度有什么要求?

铁水是炼钢的主要原材料，一般占装入量的70％～100％。铁水的化学热与物理热是氧气顶吹转炉炼钢的主要热源。因此，对入炉铁水化学成分和温度必须有一定的要求。

A铁水的化学成分

氧气顶吹转炉炼钢要求铁水中各元素的含量适当并稳定，这样才能保证转炉冶炼操作稳定并获得良好的技术经济指标。

(1)硅(Si)。硅是转炉炼钢过程中发热元素之一。硅含量高，会增加转炉热源，能提高废钢比。有关资料表明，铁水中WSi每增加0.1％，废钢比可提高约1.3％。铁水硅含量高，渣量增加，有利于去除磷、硫。但是硅含量过高将会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属的收得率降低。Si含量高使渣中SiO2含量过高，也会加剧对炉衬的冲蚀，并影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。

通常铁水ωSi=0.30％～0.60％为宜。大中型转炉用铁水硅含量可以偏下限，而对于热量不富余的小型转炉用铁水硅含量可偏上限。转炉吹炼高硅铁水可采用双渣操作。

(2)锰(Mn)。铁水锰含量高对冶炼有利，在吹炼初期形成MnO，能加速石灰的溶解，促进初期渣及早形成，改善熔渣流动性，利于脱硫和提高炉衬寿命。铁水锰含量高.终点钢中余锰高，可以减少锰铁加入量，利于提高钢水纯净度等。转炉用铁水对ωMn/ωSi比值的要求为0.8～1.0，目前使用较多的为低锰铁水，ωMn=0.20％～0.80％o、·

(3)磷(P)。磷是高发热元素，对大多数钢种是要去除的有害元素。因此，要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水ωp≤0.20％哼铁水中磷含量越低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指标。

铁水磷含量高时，可采用双渣或双渣留渣操作，现代炼钢采用炉外铁水脱磷处理，或转炉内预脱磷工艺，以满足低磷纯净钢的生产需要。

(4)硫(S)。除了含硫易切削钢以外，绝大多数钢种硫也是要去除的有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30％～40％。我国炼钢技术规范要求入炉铁水ωS≤0.05％。冶炼优质低硫钢的铁水硫含量则要求更低，纯净钢甚至要求铁水ωS≤0.005％。因此，必须进行铁水预处理降低入炉铁水硫含量。

(5)碳(C)。铁水中ωC=3.5％～4.5％，碳是转炉炼钢的主要反热元素。B铁水的温度

铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占炉热收入的50%。铁水温度高有利于稳定操作和转炉的自动控制。铁水的温度过低，影响元素氧化过程和熔池的温升速度，不利于成渣和去除杂质，容易发生喷溅。因此，我国炼钢规定入炉铁水温度应大子1250℃，并且要相对稳定。

通常，高炉的出铁温度在1350～1450℃，由于铁水在运输待装过程中散失热量，所以最好采用混铁车或混铁炉的方式供应铁水，在运输过程应加覆盖剂保温，以减少铁水降温。

3、对铁水带渣量有什么要求，为什么? 铁水带来的高炉渣中SiO2、S等含量较高，若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大，容易造成喷溅，增加金属消耗，影响磷、硫的去除，并损坏炉衬等。因此，要求入炉铁水带渣量比不超过0.50％。铁水带渣量大时，在铁水兑入转炉之前应尽进行扒渣。、转炉炼钢用废钢的来源有哪些，对废钢的要求是什么? 废钢的来源有自产废钢和外购废钢，自产废钢是指企业口生产过程中产生的废钢或回收的废旧设备、铸件等，外购废钢勇从国内或国外购买的废钢。

转炉炼钢对废钢的要求有：

(1)废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢单重不能过重，以便减轻对炉衬的冲击，同时在吹炼期必须全部熔化。轻型废钢和重型废钢合理搭配。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢的块度一般不应超过300kg，国标要求废钢长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。

(2)废钢中不得混有铁合金。严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不得大于0.050％。

废钢中残余元素含量应符合以下要求：ωNi<0.30％、ωCr<0.30％、ωCu<0.30％、ωAs<0.80％。除锰、硅外，其他合金元素残余含量的总和不超过0.60％。

(3)废钢应清洁干燥，不得混有泥砂、水泥、耐火材料、油物、珐琅等，不能带水。

(4)废钢中不能夹带放射性废物，严禁混有医疗临床废物。

(5)废钢中禁止混有其浸出液中pH值大于等于12.5或小于等于2.0的危险废物。进口废钢容器、管道及其碎片必须向检验机构申报曾经盛装或输送过的化学物质的主要成分以及放射性检验证明书，经检验合格后方能使用。

(6)不同性质的废钢分类存放，以免混杂，如低硫废钢、超低硫废钢、普通类废钢等。另外，应根据废钢外形尺寸将废钢分为轻料型废钢、统料型废钢、小型废钢、中型废钢、重型废钢等。非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。、转炉炼钢对入炉生铁块的要求是什么? 生铁块也叫冷铁，是铁锭、废铸铁件、包底铁和出铁沟铁的总称，其成分与铁水相近，但不含显热。它的冷却效应比废钢低，通常与废钢搭配使用。

入炉生铁块成分要稳定，硫、磷等杂质含量愈低愈好，最好ωS≤0.050％，ωP≤0.10％。硅的含量不能太高，否则，增加石灰消耗量，对炉衬也不利，要求铁块凹ωS<1.25％。

6、转炉炼钢对铁合金有哪些要求，常用铁合金的主要成分是怎样的? 转炉炼钢对铁合金的主要要求是：

(1)铁合金块度应合适，为10～50mm；精炼用合金块度为10～30mm，成分和数量要准确。(2)在保证钢质量的前提下，选用价格便宜的铁合金，以降低钢的成本。

(3)铁合金应保持干燥、干净。

(4)铁合金成分应符合技术标准规定，以避免炼钢操作失误。如硅铁中的铝、钙含量，沸腾钢脱氧用锰铁的硅含量，都直接影响钢水的脱氧程度。

转炉脱氧合金化常用的铁合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-A1、Ba-Ca-Si合金、Ba-AI-Si合金等。

7、转炉炼钢对增碳剂有什么要求? 转炉冶炼中、高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分、挥发分和硫、磷、氮等杂质含量要低，并要干燥，干净，粒度要适中。其固定碳ωC≥96％，挥发分≤1.0％，ωS≤0.5％，水分≤0.5％，粒度在1～5mm；粒度太细容易烧损，太粗加入后浮在钢液表面，不容易被钢水吸收。

8、转炉炼钢对石灰有什么要求？

石灰是炼钢主要造渣材料，具有脱P，脱S能力，用量也最多。其质量好坏对吹炼工艺，产品质量和炉衬寿命等有着重要影响。因此，要求石灰CaO含量要高，SiO2含量和S含量要低，石灰的生过烧率要低，活性度要高，并且要有适当的块度，此外，石灰还应保证清洁、干燥和新鲜。

SiO2会降低石灰中有效CaO含量，降低CaO的有效脱硫能力。石灰中杂质越多越降低它的使用效率，增加渣量，恶化转炉技术经济指标。石灰的生烧率过高，说明石灰没有烧透，加入熔池后必然继续完成焙烧过程，这样势必吸收熔池热量，延长成渣时间；若过烧率高，说明石灰死烧，气孔率低，成渣速度也很慢。

石灰的渣化速度是转炉炼钢过程成渣速度的关键，所以对炼钢用石灰的活性度也要提出要求。石灰的活性度(水活性)是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。此外，石灰极易水化潮解，生成Ca(OH)2，要尽量使用新焙烧的石灰。同时对石灰的贮存时间应加以限制，一般不得超过2天。块度过大，熔解慢，影响成渣速度，过小的石灰颗粒易被炉气带走，造成浪费。一般以块度为5～50mm或5～30mm为宜，大于上限、小于下限的比例各不大于10％。贮存和运输时必须防雨防潮。

9、什么是活性石灰，活性石灰有哪些特点，使用活性石灰有什么好处? 通常把在1050～1150℃温度下，在回转窑或新型竖窑(套筒窑)内焙烧的石灰，即其有高反应能力的体积密度小、气孔率高、比表面积大、晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软烧石灰。

活性石灰的水活性度大于310mL，体积密度小，约为1.7～2.0g/cm3，气孔率高达40％以上，比表面积为0.5～1.3 g/cm3；晶粒细小，熔解速度快，反应能力强。使用活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱硫、脱磷效果，减少转炉热损失和对炉衬的蚀损，在石灰表面也很难形成致密的硅酸二钙硬壳有利于加速石灰的渣化。

10、转炉用萤石起什么作用，对萤石有什么要求? 萤石是助熔剂，其主要成分是CaF2。纯CaF2的熔点为1418℃，萤石中还含有SiO2和S等成分，因此熔点在930℃左右；加入炉内后使CaO和石灰高熔点的2CaO·Si02外壳的熔点降低，生成低熔点化合物3CaO·CaF2·2SiO2(熔点为1362℃)，也可以与MgO生成低熔点化合物(1350℃)，从而改善炉渣的流动性。萤石助熔作用快、时间短。但过多使用萤石会形成严重的泡沫渣，导致喷溅，同时也加剧对炉衬的侵蚀，并污染环境。因此应严格控制吨钢萤石加入量。

转炉用萤石ωCaF2≥85％，ωSiO2≤5.0％，ωS≤0.10％，ωP≤0.06％，块度在5～50㎜，并要干燥、清洁。近年来，由于萤石供应不足，各钢厂从环保的角度考虑，试用多种萤石代用品，均为以氧化锰或氧化铁为主的助熔剂，如铁锰矿石、氧化铁皮、转炉烟尘、铁矾土等。

11、转炉用白云石或菱镁矿的作用是什么，对白云石和菱镁矿有什么要求?(1)白云石是调渣剂，有生白云石与轻烧白云石之分。生白云石的主要成分为CaCO3·MgCO3。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO、MgO。根据溅渣护炉技术的需要，加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，以减轻初期酸性渣对炉衬的蚀损、使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。

对生白云石的要求是ωMgO>20％，ωCaO≥29％，ωSiO2≤2.0％，烧减≤47％，块度为5～30mm。

由于生白云石在炉内分解吸热，所以用轻烧白云石效果最为理想。对轻烧白云石的要求是ωMgO≥35％，ωCaO≥50％，ωSiO2≤3.0％，烧减≤10％，块度为5～40mm。

(2)菱镁矿也是调渣剂，菱镁矿是天然矿物，主要成分是MgCO3，焙烧后用做耐火材料。对菱镁矿的要求是ωMgO≥45％，ωCaO <1.5％，ωSiO2≤1.5％，烧减≤50％，块度为5～30㎜。

(3)MgO-C压块是吹炼终点碳低或冶炼低碳钢溅渣时的调渣剂，由轻烧菱镁矿和碳粉制成压块，一般ωMgO=50％～60％，ωC=15％～20％，块度为10～30mm。

12、转炉炼钢常用哪些冷却剂? 氧气顶吹转炉炼钢过程的热量有富余，因而根据热平衡计算需加入适量的冷却剂，以准确地命中终点温度。氧气顶吹转炉用冷却剂有废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石等，其中主要为废钢、铁矿石。上述冷却剂的冷却效应从大到小排列顺序为：铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石、废钢、生铁块。

13、转炉炼钢对铁矿石有什么要求? 铁矿石主要成分为Fe2O3或Fe3O4，铁矿石的熔化和铁被还原都吸收热量，因而能起到调节熔池温度的作用。但铁矿石带入脉石，增加渣量和石灰消耗量，同时一次加入量过多会引起喷溅和冒烟。铁矿石还能起到氧化作用。氧气顶吹转炉用铁矿石化学成分以ωTFe≥56%，ωSiO2≤10％，ωS≤0.20％，块度为10～50㎜为宜，并要求干燥、清洁。

14、转炉炼钢对氧化铁皮有什么要求? 转炉炼钢用氧化铁皮来自轧钢和连铸过程中产生的氧化壳层，其主要成分是氧化铁。因此，氧化铁皮可改善熔渣流动性，也有利于脱磷，并且可以降温。对氧化铁皮的要求是ωTFe>70％，SiO2、S、P等其他杂质含量均低于3.0％。粒度应不大于10mm，使用前烘烤干燥，去除油污。

15、转炉炼钢用合成造渣剂的作用是什么? 合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等溶剂，在低温下预制成型。这种合成渣剂的熔点低，碱度高，成分均匀，粒度小，在高温下易碎裂，成渣速度快，因而减轻了转炉造渣的负担。

16、氧气转炉炼钢对氧气有什么要求? 氧气是顶吹转炉炼钢的主要氧化剂。炼钢用工业纯氧是由空气分离制取的。对炼钢用氧气的要求是纯度要高，φO2>99.6％，氧压应稳定，并要脱除水分。

17、转炉炼钢对氮气的要求是什么? 氮气是转炉溅渣护炉和复吹工艺的主要气源。对氮气的要求是满足溅渣和复吹需用的供气流量，气压要稳定。氮气的纯度大于99.95％，氮气在常温下干燥、无油。

18、转炉炼钢对氩气的要求是什么? 氩气是转炉炼钢复吹和钢包吹氩精炼工艺的主要气源。对氩气的要求是：满足吹氩和复吹用供气量，气压稳定，氩气纯度大于99.95％，无油、无水。

19、转炉炼钢对焦炭的要求是什么？

转炉炼钢用焦炭烘烤炉衬。对焦炭要求是：固定碳高（一般要求大于80%），发热值高，灰分和有害杂质含量低（水分小于2%，ωS≤0.7%），块度应为10～40mm。

20、什么是铁水预处理? 铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。

’

除上述普通铁水预处理外还有特殊铁水预处理，如针对铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术。

21、在炼钢生产中采用铁水预脱硫技术的必要性是什么?(1)用户对钢的品种和质量要求提高，连铸技术的发展也要求钢中硫含量低(硫含量高容易使连铸坯产生裂纹)。铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。

(2)转炉炼钢整个过程是氧化气氛，脱硫效率仅为30％～40％；而铁水中的碳硅等元素氧含量低，提高了铁水中硫的活度系数，故铁水脱硫效率高；铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。

(3)减轻高炉脱硫负担后，能实现低碱度、小渣量操作，有利于冶炼低硅生铁，使高炉稳定、顺行，可保证向炼钢供应精料。

(4)有效地提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。

22、铁水脱硫常用的脱硫剂有几类，各有何特点? 生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2CO3)、石灰粉(CaO)、电石粉和金属镁。

(1)苏打灰。其主要成分为Na2CO3，铁水中加入苏打灰后与硫作用发生以下3个化学反应：

Na2CO3(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO} Na2CO3(1)+[S]+[S]=Na2S(1)+SiO2(1)+｛CO｝

Na2O(1)+[S]=Na2S(1)+[O] 用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀处理罐的内衬，产生的烟尘污染环境，对入有害。目前很少使用。

(2)石灰粉。其主要成分为CaO，用石灰粉脱硫的反应式如下：

2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=(CaS)(S)+1/2(Ca2SiO4)石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面易形成2CaO·SiO2致密层，限制了脱硫反应进行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大，铁水温降也较多。另外，石灰还有易吸潮变质的缺点。

(3)电石粉。其主要成分为CaC2，电石粉脱硫的反应式如下：

CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C] 用电石粉脱硫，铁水温度高时脱硫效率高，铁水温度低于1300℃时脱硫效率很低。另外，处理后的渣量大，且渣中含有未反应尽的电石颗粒，遇水易产生乙炔(qH2)气体，故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃气体且易发生爆炸)，故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。

(4)金属镁。镁喷入铁水后发生如下反应：

Mg+[S]=MgS(S)

镁在铁水的温度下与硫有极强的亲和力，特别是在低温下镁脱硫效率极高，脱硫过程可预测，硫含量可控制在0.001％的精度。这是其他脱硫剂所不能比拟的。

金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆晶，镁粒必须经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。钝化处理后，使其镁粒表面形成一层非活性的保护膜。

用镁脱硫，铁水的温降小，渣量及铁损均少且不损坏处理罐的内衬，也不影响环境。因而铁水包喷镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。

镁的价格较高，保存时须防止吸潮。

23、铁水脱硫的主要方法有哪些，铁水脱硫技术的发展趋势是怎样的? 迄今为止，入们已开发出多种铁水脱硫的方法，其中主要方法有：投入脱硫法、铁水容器转动搅拌脱硫法、搅拌器转动搅拌脱硫法和喷吹脱硫法等。

(1)投入法。该法不需要特殊设备，操作简单，但脱硫效果不稳定，产生的烟气污染环境。

(2)铁水容器搅拌脱硫法。该法主要包括转鼓法和摇包法，均有好的脱硫效果，该法容器转动笨重，动力消耗高，包衬寿命低，使用较少。

(3)采用搅拌器的机械搅拌法。如KR法即属于此类。KR搅拌法由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣，可将硫含量脱至很低，其缺点是设备复杂，铁水温降大。

(4)喷吹法。此法是用喷枪以惰性气体为载体，将脱硫剂与气体混合吹入铁水深部，以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方法。该法可以在鱼雷罐车(混铁车)或铁水包内处理铁水。铁水包喷吹法目前已被广泛应用。

喷吹脱硫法具有脱硫反应速度快、效率高、操作灵活方便，处理铁水量大，设备投资少等优点。因而，它已成为铁水脱硫的主要方法。

铁水脱硫技术的发展趋势如下：(1)采用全量铁水脱硫工艺；(2)趋向在铁水包内预脱硫；(3)脱硫方法以喷吹法为主；

(4)用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。

24、用金属镁进行铁水脱硫的机理是什么? 镁其熔点为651℃，密度为2.8g/cm3，如与氧结合生成MgO后，其熔点为2800℃，密度为3.07～3.20g／cm3，二者均为高熔点、低密度稳定化合物。

镁通过喷枪喷入铁水中，镁在高温下发生液化、气化并溶于铁水：

Mg(S)→Mg(1)→｛Mg｝→[Mg]

Ms与S的相互反应存在两种情况：

第一种情况：

｛Mg｝+[S]二MgS(S)第二种情况：

{Mg}→[Mg]

[Mg]+[S]=MgS(S)

在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶于铁水中的[Mg]和{Mg}都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的MgS，上浮进入渣中。

在第一种情况下，在金属—镁蒸气泡界面，镁蒸气与铁水中的硫反应生成固态MgS，这只能去除铁水中3％～8％的硫。

在第二种情况下，溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS，这是主要的脱硫反应，最为合理。在这种情况下，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行，而是在铁水包整个范围内进行，这对铁水脱硫是十分有利的。

镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸气压。镁的溶解度随着压力的增加而增大，随铁水温度的上升而大幅度降低。为了获得高脱硫效率，必须保证镁蒸气泡在铁水中完全溶解，避免未溶解完的镁蒸气逸入大气造成损失。促进镁蒸气大量溶解于铁水中的措施是：铁水温度低；加大喷枪插入铁水液面以下的深度，提高镁蒸气压力，延长镁蒸气泡与铁水接触时间。

25、采用金属镁脱硫为什么要对镁粒进行表面钝化处理，对颗粒镁有什么要求? 金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆晶。镁粒只有经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。经钝化处理后，镁粒表面形成一层非活性的保护膜，如盐钝化的涂层颗粒镁，制备时采用熔融液态镁离心重复分散技术，利用空气动力逆向冷却原理将盐液包敷在镁颗粒外层，形成银灰色均匀的球状颗粒。

单吹镁脱硫用的涂层颗粒镁要求：

ωMg≥92％；粒度为0.5～1.6mm，其中粒度大于3mm以上的针状不规则颗粒少于8％。

26、铁水脱硫容器为什么趋向采用铁水包? 在鱼雷罐内进行脱硫，动力学条件较差，脱硫剂喷入后，由于鱼雷罐形状影响搅拌的均匀性，反应重现性差，脱硫剂消耗量大。采用铁水包喷吹脱硫，由于铁水包的几何形状，使脱硫反应具有更好的动力学条件和反应空间，可根据冶炼具体要求更准确地控制铁水的硫含量。一般容量大于80t的铁水包铁液深度都比鱼雷罐深，喷入铁水的脱硫剂与铁水进行反应更加充分，因此在铁水包内喷吹脱硫可以有效利用脱硫剂。同时铁水包内的铁水温度比鱼雷罐内低一些，更促进镁脱硫获得理想的脱硫效果，降低了铁水处理成本。由于铁水包内喷吹脱硫有较高的效率，与在鱼雷罐脱硫相比，如果将硫含量从0.045％降到0.010％，可节省脱硫剂15％；如果将硫含量从0.045％降到0.005％，可节省脱硫剂24％。显然，硫含量的目标值越低，在铁水包喷吹脱硫剂的优势越大。20世纪80年代已开始发展到在铁水包内处理铁水。目前新建铁水脱硫装置大多采用铁水包单独喷吹镁或复合喷吹镁的技术和设备。

27、喷镁脱硫要求铁水包净空是多少? 当铁水包喷镁脱硫时，镁通过喷枪喷入铁水，载气对铁水有搅拌作用，可以促进反应物的传质和产物的排出。由于镁在高温下液化、气化和溶于铁水，气化时产生的镁气体对铁水的搅拌作用强烈，顶吹时常发生喷溅。因此，铁水包应有不小于400mm高度的净空，同时设置防溅包盖是必要的。

28、铁水包喷吹镁脱硫与其他脱硫工艺比较具有哪些优点? 铁水包喷镁脱硫工艺与其他脱硫工艺相比，具有以下显著的优点：

(1)脱硫效率高。可根据冶炼品种要求，铁水硫含量可脱至任意水平，深度脱硫时达到ωS=0.005％以下，甚至ωS=0.002％以下；

(2)脱硫剂单耗低，处理时间短(3)形成渣量少，扒渣铁损低；(4)对环境污染小；(5)温度损失少；

(6)易于进行过程自动控制；(7)综合成本低。

29、铁水包喷吹颗粒镁脱硫，镁的单位消耗主要取决于哪些因素? 用镁脱硫的单耗主要取决于铁水初始硫含量、终点硫含量、铁水温度、铁水重量(铁水包内铁水深度)。

在理论上1kg金属镁能脱除1.32kg的硫；实际上，由于铁水中还有残余的镁、用于脱氧的镁、少量的镁蒸气逸出及与载气、顶渣反应损失的镁等原因，镁的利用率不可能达到100％。与初始硫含量低时相比，初始硫含量高时镁的利用率高。

镁脱硫与CaO、CaC2脱硫不同，镁脱硫反应为放热反应，低温对反应有利，在低温下镁在铁水中的溶解度大，有利于镁参与反应而提高利用率；但温度高时有利于反应产物上浮进入顶渣提高反应速度，但总的来说温度低对镁脱硫更有利。

铁水量多，铁水包内铁水深度大，喷枪插入深，镁的利用率高。铁水包内铁水深度浅，喷枪插入浅，镁气泡来不及完全溶解就从铁水液面逸出。因此，喷吹深度大可以减少镁的逸出损失。

30、铁水脱硫后兑入转炉前为什么必须扒渣? 经过脱硫处理后的铁水，须将浮于铁水表面上的脱硫渣除去，以免炼钢时造成回硫，因为渣中MgS或CaS会被氧还原，即发生如下反应：

(MgS)+[O]=(MgO)+[S](CaS)+[O]=(CaO)+[S] 因此，只有经过扒渣的铁水才能兑入转炉。钢水硫含量要求越低，相应要求扒渣时扒净率越高，尽量减少铁水的带渣量。

31、脱硫后的低硫铁水兑入转炉炼钢，为什么吹炼终点常常出现增硫现象? 经脱硫处理后的低硫铁水(ω〔S〕=0.002％～0.009％)，兑入转炉炼钢，有时出现不能进一步脱硫，吹炼终点的钢水还常常有增硫现象，这是因为炼钢过程中铁水渣、铁块、废钢、石灰中的硫进入钢水，而吹炼过程脱硫量低于增硫量所致，吹炼终点增硫量可达0.002％～0.005％，甚至0.005％以上。增硫主要发生在吹炼的前期和中期，一般铁块、废钢和铁水渣带入硫占炉料总硫量的60％以上，所以增硫成为生产超低硫钢种的重大障碍。因此，生产ω〔S〕<0.005％的超低硫钢种时，可采用铁水脱硫处理加上较高的铁水装入比，并尽量减少铁水的带渣量，同时出钢加合成渣、二次精炼脱硫，特别是用LF炉造高碱度还原渣，进一步深脱硫。

32、脱硫后扒渣时的铁损大小与哪些因素有关? 脱硫后扒渣时的铁损大小与以下因素相关。(1)渣量越大，扒净率越高，铁损越大。

(2)渣偏干，渣铁易分离，易于扒除，铁损低；渣越稀，渣铁分离困难，铁损大。扒渣时，可加入适量稠渣剂。

(3)扒渣机工作性能好，扒渣效率高，铁损低。(4)铁水包包嘴形状和倾角应有利于扒渣需要，减少扒渣“死区”。

(5)操作入员的技能十分重要，操作熟练、准确和灵敏，同样条件下能明显提高扒渣效率和降低铁水损失。

33、铁水采用三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理有何优缺点? 铁水采用三脱预处理的优缺点如下：(1)可实现转炉少渣冶炼(渣量小于30kg／t)。

(2)铁水脱硫有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低磷钢、特殊钢(如轴承钢)、不锈钢等。

(3)可提高脱碳速度，有利于转炉高速冶炼。

(4)转炉吹炼终点时钢水锰含量高，可用锰矿直接完成钢水合金化。

(5)铁水采用三脱预处理的缺点是铁水中发热元素减少，转炉的废钢加入量减少。

34、为何铁水脱磷必须先脱硅? 铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。由于铁水中氧与硅的亲和力比磷大，当加入氧化剂脱磷时，硅比磷优先氧化，形成的Siq大大降低渣的碱度。为此脱磷前必须将硅含量降至0.15％以下，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱辚前必须先脱硅。

35、铁水脱硅有哪些方法，采用何种脱硅剂? 铁水脱硅方法有下列几种：(1)在高炉出铁沟脱硅。

(2)在高炉出铁沟摆槽上方喷射脱硅剂脱硅。(3)在鱼雷罐车中喷射脱硅剂脱硅。(4)在铁水罐中加入脱硅剂和吹氧脱硅。

脱硅剂均为氧化剂，常用高碱度烧结矿粒、氧化铁皮、铁矿石铁锰矿、烧结粉尘、氧气等。36、铁水脱磷有哪些方法，采用何种脱磷剂? 铁水脱磷方法主要包括如下几种：(1)在铁水罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。(2)在鱼雷罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。(3)在转炉中进行铁水脱磷。

目前最广泛使用的脱磷剂为苏打系脱磷剂或石灰系脱磷剂。石灰系脱磷剂主要成分为CaO并配加一定量的烧结矿粉和萤石粉。若铁水同时脱磷和脱硫，则先用石灰剂脱磷后，再喷吹苏打粉(Na2CO3)进一步脱磷和脱硫。

37、铁水三脱预处理，硅、磷、硫含量一般脱到什么水平? 一般来说，炼钢用铁水预处理前后的硅、磷、硫含量变化如下：

铁水

ω[Si]

ω[P]

ω[S]

预处理前

0.30％～1.25％

0.08％～0.20％

0.02％～0.07％

预处理后

0.10％～0.15％

<0.01％

<0.005％

38、采用转炉双联工艺进行铁水预处理的特点是什么? 采用转炉进行铁水三脱预处理，有利于实现全量(100％)铁水预处理。此法具有如下特点：

(1)与喷吹法相比，放宽对铁水硅含量要求。采用转炉三脱，控制铁水ω〔Si〕≤0.3％，可以达到脱磷要求，而喷吹法脱磷要求铁水ω〔Si〕≤0.15％。因此，采用转炉三脱可以和高炉低硅铁冶炼工艺相结合，省去脱硅预处理工艺。

(2)控制中等碱度R=2.5～3.0渣，可得到良好的脱磷、脱硫效果。通常采用的技术有：使用脱碳转炉精炼渣作为脱磷合成渣；增大底吹搅拌强度促进石灰渣化并适当增加萤石量；配加石灰粉和转炉烟尘制成的高碱度低熔点脱磷剂。(3)严格控制处理温度，避免熔池脱碳升温。保证脱磷，抑制脱碳。

(4)增强熔池搅拌强度，同时采用弱供氧制度。

篇3：碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用

Open CV是一个针对于图像、视频处理的开源库, 它包含现有很多图像处理理论的实现程序, 可以很便捷的处理问题。研究人员可以更多地投入对算法的研究, 然后利用Open CV函数加以实现, 不需要重新用c语言或者c++设计实现函数, 从而可以大大缩减研发时间。

1 运动目标的识别

1.1 图像预处理

将彩色视频流转换为灰度化视频, 提高处理速度。在RGB模型中, RGB时, 则表示一种灰度图像, 灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值 (又称强度值、亮度值) , 灰度范围为0~255。在opencv中采用加权平均法处理图像灰度化, 加权平均法是指:根据重要性及其它指标, 将三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感最高, 对蓝色敏感最低, 因此按下式对RGB三分量进行加权平均能得到较合理的灰度图像。

在灰度化视频中提取出背景图像, 同时通过滑动平均值算法对背景进行实时的更新, 从而实现背景图像实时更新, 提高后续背景差分的准确性。差分算法, 即将当前帧图像与背景图像进行差分, 从而得到前景运动目标图像 (只有运动目标的图像) 。图1中, 右图为提取出的初始化背景图像, 在背景更新过程中, 更新后的背景将逐步接近真实的背景。

1.2 前景图像优化

前景图像由于种种原因往往会导致图像受到各式各样的噪声影响, 从而导致前景图像中的运动目标形状受到不同程度的影响, 而且噪声往往以孤立点的形式出现因此对前景图像进行中值滤波处理, 消除噪声。中值滤波的原理是:对一个窗口W内的所有像素灰度值进行排序, 取排序结果的中间值作为W中心点处像素的灰度值。用公式表示为

通常W内像素个数选为奇数, 以保证有一个中心值。若W内的像素数选为偶数时, 则取中间两个值的平均值作为中值。

同时为了提高运动目标的可检测性, 需要对前景图像进行二值化处理, 并通过形态学处理 (膨胀和腐蚀) 断开目标与目标之间的细小的相连。

数学上, 膨胀定义为集合运算。A被B膨胀, 记为A B, 定义为

其中为空集, B为结构元素。A被B膨胀是所有结构元素原点位置组成的集合, 其中映射并平移后的B至少与A的某些部分重叠。

腐蚀“收缩”或“细化”二值图像中的对象。像在膨胀中一样, 收缩的方式和程度由一个结构元素控制。图2表明了腐蚀过程。

腐蚀的数学定义与膨胀相似, A被B腐蚀记为A B , 定义为

换言之, A被B腐蚀是所有结构元素的原点位置的集合, 其中平移的A被B的背景并不叠加。

1.3 在前景图像中检测运动目标

在上述两步处理后, 可以得到一幅只有运动目标的较为清晰的前景图像。通过对整幅图像的亮度检测, 可以在图像中获得各个团块的数据, 通过筛选, 去除一些不符合要求的团块, 剩下的团块即为目标。对目标团块进行登记, 提取他们的团块中心值, 而且根据团块的大小制作标记框。这些中心值和标记框可以在原彩色视频中表现出来, 实现识别效果。

1.4 处理流程图

见图2。

1.5 实际效果图

见图3。

2 运动目标的跟踪

2.1 跟踪设计

在识别的基础上, 如果要想达到跟踪的效果, 需要对帧与帧之间运动物体的联系进行判定, 若当前帧的运动物体中心坐标与前一帧的物体中心坐标相差在一定数值范围内并且目标具有相同属性时, 就可以判定当前帧的物体与前一帧的物体属于同一个目标。以此为标准, 对以下帧的运动物体进行判别, 逐帧标记同一物体, 实现物体的实时跟踪。

2.2 跟踪计数

对于每一个物体, 都会进行标记一个ID。但物体离开监控区域时, 算法会自动消除该ID, 以及该ID所有的数据, 释放内存消耗量, 避免无效数据影响算法效率。与此同时, 该算法还提供一个计数器, 当一个ID消除时, 该计数器就累加1, 并记录消除时间, 可以有效的知道在哪一时刻有多少个物体离开监控范围。可以为该区域的需求提供一下数据的参考, 例如:路况的拥堵情况。

2.3 处理流转图

见图4。

2.4 效果图

运动目标跟踪效果如图5所示。

3 结语

从实验结果可以看出, 当场景较为空旷且运动物体的数量不多 (一般不多于5个) 的前提下, 该算法可以很准确的将这些运动物体识别出来, 同时根据帧与帧之间运动物体的变化位置 (取中心点的坐标) 是否符合判断条件, 来推断当前帧物体与前一帧物体是不是为同一物体, 也具有较高的准确度, 对于运动物体可以实现跟踪的目的。

在取得良好的效果同时, 也发现了一些不足。

(1) 监控范围内有时会出现标记, 但标记的位置是没有运动目标的。原因是光线的突然增加, 在前景图像中出现白色斑块, 算法误认为是运动目标, 所以将其标记。

(2) 在监控范围内, 出现有两个运动物体, 但标记框只有一个, 而且包围这两个物体。原因是由于两个物体距离过于接近, 所以导致算法在运作的时候将两个物体误标记为同一个目标。

参考文献

[1]朱娟娟, 郭宝龙.复杂场景中基于变块差分的运动目标检测[J].光学精密工程, 2011, 1 (1) :183-191.

[2]董安国, 李聪, 王丹丹.基于修正相关系数的运动目标检测[J].计算机应用研究, 2015, 10 (19) :1-6.

[3]魏玮, 吴琪.三帧结合改进高斯建模的运动目标检测算法[J].计算机工程与设计, 2014, 3 (16) :1-4.

篇4：碳酸钠软化法在炼钢转炉烟气洗涤水中的应用

【关键词】:计算机过程级;炉气分析;动态模型; 静态模型。

中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(

一、引言

近年来,计算机过程级控制冶金行业得到了广泛的应用,目前在国内的多家钢厂都在不同规模上实现了计算机控制。为了提高产品的产量和质量,扩大品种,降低成本和消耗,稳定生产工艺,在转炉上使用计算机过程控制已经成为必要。

二、系统概述

本文所陈述转炉,为无副枪顶吹型式,与大方坯连铸机构成了产能匹配的短流程生产线。该转炉动态炼钢控制系统运行稳定正常,能够完成动态炼钢对数据的需求。本系统主要完成实现了的生产管理,包括生产作业状况显示和传送等;并对吹炼开始、吹炼结束等状态进行跟踪;能够对相关的数据进行采集,并进行存储、记录;实现了对主料和辅料的计算及管理;实现了对废钢、生铁的配比及称量的管理;能够打印各种报表和记录;能够对转炉的作业时间进行管理;实现了与连铸机、化验室等计算机通讯。

三、主要的特点、特征

(1)基础级到计算机级数据传输程序设计:50吨转炉数据传输的控制程序通过使用西门子公司专用的编程软件STEP7,并采用LAD、CSF、STL三种灵活的方式编制而成。整套控制程序采用模块化/结构化编程方法:控制程序分为若干控制部分,每一部分的控制程序及数据分别编制在不同的FC、FB以及DB程序块中,并由主程序OB1在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能;此外,在每一个程序块中,加以详细的注释以进行说明。这种编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易,大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。

(2)炉气分析系统通过对转炉炉气(如CO、CO2、N2、O2Ar等)进行分析,实现对冶炼进程的检测。

(3)数据传输控制系统中的监控系统,具有数据录入、显示、传送、自诊断/报警、历史趋势记录等功能,为动态炼钢提供了正确无误的数据和对原始数据的记录功能。

四、关键技术

(1)氧枪精确定位控制:

在转炉炼钢生产中,基础控制级的氧枪定位的精确性直接影响吹炼终点的钢水温度和碳含量,同时,对生产安全和炉龄、枪龄也有很大的影响。因此,我们将氧枪定位作为一个重点技术问题解决,硬件上采用德国TURCK增量型编码器和西门子FM450高速计数模板配合,完成氧枪位置信号的采集。定位数据的处理采用点线结合的方法,对于极限位、待吹位、开氧/闭氧位、变速位等需精确定位的关键点,采用10次往返计数值加权平均的方法,以抵消提升加速和下降加速引起的卷扬钢绳弹性形变所造成的定位误差。对于纵轴线上的枪位显示数据,则采用自动定量补偿和人工校准相结合的方法予以处理:即当氧枪提升和下降的过程中,在编码器读数的基础上,分别加或减一个补偿量,这个补偿量是对氧枪1000次往返读数与实测枪位误差的统计处理结果,用这一数据补偿,在氧枪的工作行程上,可以达到+/-2CM的定位精度,完全能够满足枪位指示的精度要求。另外,为提高系统的可靠性,通过MMI设置了枪位校准按钮,当控制误差较大时,可以把氧枪下降到校准点,按下校枪按钮进行软手动校枪,此时定位系统自动初始化,恢复设定精度。

(2)炉气分析系统:

转炉动态炼钢炉气分析系统分为三个部分,即EMG模块、SPS模块和图表站。其中EMG模块运用于DOS下,主要实现数据的分析;SPS模块运行于UNIX下,主要用来采集控制阀(气体阀)的参数;图表站用来实现气体含量的显示。

转炉动态炼钢系统炉气分析采用俄罗斯EMG-20-1型飞行时间质谱仪,质谱仪的原理是将采集到的炉气气体样品引入电离区,通过电子撞击,电离原子和分子以形成带正电荷的离子。经过固定电势的加速电场,具有相同初始功能的离子被抛出。按照离子质荷比的不同,在无场的漂移空间离子得以分开。离子的分离依靠离子在无场漂移区的飞行时间与其质荷比的相关性。在具有相同功能的情况下较轻的离子较之较重的离子具有更高的速度并能较早到达检测器。通过质谱仪在时间刻度上的图谱记录和对这些数据的处理可以确定混合气体的成分及百分比含量。现在根据分析的CO的含量可以来指导转炉的煤气回收,根据H2的含量可以判定氧枪是否漏水。

(3)静态控制模型:

静态控制模型的主要任务是根据原料的条件寻找最佳的原料配比,并根据已知的配料确定冶炼的方案。转炉静态控制模型是转炉炼钢计算机终点控制的核心,其精度直接影响到终点钢水碳含量与温度同时命中率的高低。依据建立模型方法的不同,静态控制模型有理论型、统计型和经验型。

(4)动态控制模型:

转炉动态控制模型则是对静态控制模型精度的补偿。根据物料平衡、能量平衡、化学动力学、化学热力学等理论,以及炉气分析结果建立脱C速度计算模型、温度变化计算模型、其他元素变化计算模型等,采用增量校验技术和神经网络技术实现对分析结果延误的矫正和系统误差的消除,提高转炉的终点命中率。

动态控制模型主要由爐气定碳模块、温度预报模块、喷溅预报模块、冷却剂控制模块构成。模型的自学习、自适应功能的实现是提高模型精度和使用性的关键。根据具体方式的不同,模型对误差的处理方法大体又可分为数值处理方法和人工智能方法两类。

(5)管理功能:

炼钢生产是物流和信息流密集的生产过程,保持物流和信息流的顺畅,是生产管理的重要环节,转炉动态炼系统为过程级控制,信息采集、处理功能强大的监控软件,为实现部分过程级控制功能提供了可能,基于这一情况,在自控系统中开发了辅助管理功能。这一功能主要侧重两个方面:生产数据采集和上传,操作指令记录和设备状态记录。

五、结束语

篇5：转炉炼钢技术

09冶金（3）班 吴丰

一、摘要

转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转氧炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。本文系统阐述了转炉炼钢技术的原理以及介绍了整个的工艺流程；总结了转炉炼钢技术的发展历程和世界转炉炼钢趋势。

二、引言

早在 1856 年德国人贝赛麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其发展受到了限制。1879 年出现 了托 马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可 以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一 般不能多用废钢。随着工业 的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉 炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在 1864 年创立了平炉炼 钢法，1888 年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容 量大，生产的品种多，所以不到 20 年它就成为世界上主要的炼钢方法，直 到 20 世纪 50 年代，在世界钢产量中，约 85%是平炉炼出来的。1952 年在 奥地利 出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含 79 % 无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉 的焦炭耗量，且能使用更多的废钢。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约 10min，而平炉则需 7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢 的主流。转炉炼钢(图 2)其实 130 年以前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了用氧气炼钢的设 想，但受当时条件的限制没能实现。直到 20 世纪 50 年代初奥地利的 Voest Alpine 公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了氧气顶吹转炉，亦称 LD 转炉。顶吹转炉问世后，其发展速度非常快，到 1968 年出现氧气底吹法 时，全世界顶吹法产钢能力已达 2.6 亿吨，占绝对垄断地位。1970 年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹法，各 种类型的底吹法转炉（如 OBM，Q-BOP，LSW 等）在实际生产中显示出许多 优于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。3 顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失 大和冶炼超低碳钢 困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺 点。但由于底吹法用碳氢化合物冷却喷嘴，钢水含氢量偏高，需在停吹后 喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显现出的明显差别，故在 20 世纪 70 年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶 底复吹冶炼法。继奥地利人 Dr.Eduard 等于 1973 年研究转炉顶底复吹炼钢 之后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹 转炉，到 20 世纪 80 年代初开始正式用于生产。由于它 比顶吹和底吹法都 更优越，加上转炉复吹现场改造 比较容易，使之几年时间就在全世界范围 得到普遍应用，有的国家（如日本）已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉。传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并 按一定 比例装入废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度 吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水 温度和成分达到 目标值范围就 出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢 过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送 模铸场或连铸车间铸锭。

三、关键字

转炉炼钢

氧枪

造渣

装料

优化炼钢工艺

四、正文

（一）：转炉炼钢流程介绍。

（二）、转炉炼钢氧枪位控制.（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。

（四）我国转炉的发展概况.(五)世界转炉炼钢发展趋势.(六)优化转炉炼钢工艺

（一）、转炉炼钢流程介绍

转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放 出大量的热量（含 1%的硅可使生铁的温度升高 200 摄氏度），可使炉内达到足 够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为： “四 脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温 度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。本专题将详细介绍转炉炼钢生产的工艺流程。

1.1 转炉冶炼原理简介

转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水、废钢、铁合金，非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂，气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。非金属料是在转炉炼钢过程 中为了去除磷、硫等杂质，控制好过程温度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石），熔剂（萤石、氧化铁皮），冷却剂（铁矿石、石灰石、废钢），增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）

转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许 9 多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转 炉处于水平，向内注入 1300 摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后 鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2 , MnO,)生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使 反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现 巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰 反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把 转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需 15 分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就 是顶吹转炉。转炉冶炼工艺流程简介： 转炉冶炼工艺流程简介： 转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六 步组成：（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟 雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min 后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉 口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；（4）3～5min 后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约 12 min 后火焰微弱，停吹）；（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。1.2、转炉炼钢主要工艺设备简介：

转炉炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒 形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢 设备，也可用于铜、镍冶炼。10 AOD 精炼炉 AOD 即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD 炉型根据容量 有 3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t 等。装备水平也由半自动控制发展到智能 计算机控制来冶炼不锈钢。VOD 精炼炉 VOD 精炼炉是在真空状态下进行吹氧脱碳的 炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度 调整、化学元素调整。LF 精炼炉 LF（ladle furnace)炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过 电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。转炉倾炉系统 倾炉系统:变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮)倾炉机构： 倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。1.3转炉冶炼目的: 将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁 的物理、化学性能与力学性能更好的钢。钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于 2.11%称之钢，它的熔点在 1450-1500℃，而生铁的熔点在 1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元 素形成 Fe3C 固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧 性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔 等深加工，其用途十分广泛。氧气顶吹转炉炼钢设备工艺： 如图 4 所示。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加 入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于 99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧 化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的 影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备 出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂 进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以 再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它 的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净 化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以 用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水 蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的 炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出 的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼 过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。1.4、转炉炉体工艺参数

转炉炉体

1.4.1 炉体总高（包括炉壳支撑板）：7050mm 1.4.2 炉壳高度：6820mm 1.4.3 炉壳外径：Φ4370mm 1.4.4 高宽比: H/D=1.56 1.4.5 炉壳内径：Φ4290mm 1.4.6 公称容量：50t 1.4.7 有效容积：39.5m 3 1.4.8 熔池直径: Φ3160mm 1.4.9 炉口内径：Φ1400mm 1.4.10 出钢口直径：140mm 1.4.11 出钢口倾角(与水平):20° 1.4.12 炉膛内径：Φ3160mm 1.4.13 炉容比:0.79m /t.s 1.4.14 熔池深度：1133mm 1.4.15 炉衬厚度：熔池：500mm 炉身：500mm 炉底：465mm 炉帽：550mm 1.4.16 炉壳总重：77.6t 3 11 1.4.17 炉衬重量：120t 1.4.18 炉口结构：水冷炉口 1.4.19 炉帽结构：水冷炉帽

1.4.20 挡渣板结构：双层钢板焊接式 1.4.21 托圈结构：箱式结构（水冷耳轴）

倾动装置

型式：四点啮合全悬挂扭力杆式（交流变频器调速）

最大工作倾动力矩：100t*m 最大事故倾动力矩：300t*m 倾动角度：±360°

倾动速度：0.2～1r/m5.1、前言

（二）、转炉炼钢氧枪位控制

2.1、前言

（1）.氧枪介绍

氧枪又称喷枪或吹氧管，是转炉吹氧设备中的关键部件，它由喷头（枪头）、枪身（枪体）和枪尾组成。转炉吹炼时，喷头必须保证氧气流股对熔池具有一定 的冲击力和冲击面，使熔池中的各种反应快速而顺利的进行。(2).枪位对炼钢的重要性

在转炉炼钢整个炉役中，随着炼钢炉次的增加，炉衬由于受到侵蚀不断变薄，炉容不断增大，因此，每隔一定炉次对熔钢液面进行测定，根据装入制度(定深 装入或定量装入)及测定结果确定氧枪高度，而在两次测定期间，氧枪高度保持 不变。同时，在具体每一个炉次中，按照吹炼的初期、中期和末期设定若干不同 高度〔1〕，而在每一时间段内，其高度是不变的。由于在转炉炼钢过程中要向 炉内分期分批加入造渣剂、助熔剂(初期)等造渣材料和冷却剂(末期)，使炉内状 况发生变化，相当于加入一个扰动，同时在不同阶段，渣的泡沫程度及粘度也不 同，而目前的固定氧枪高度吹炼不能及时适应这些情况，从而使炉内的反应及退 渣不能平稳地进行。造渣是转炉炼钢过程中的一项重要内容，渣的好坏直接关系 到炼钢过程能否顺利进行，有时甚至造成溢渣或喷溅，从而降低钢的收得率以及 粘枪，因此要尽量避免溢渣和喷溅。另一方面，固定枪位的吹炼模式也无法适应 铁水、废钢、造渣材料等化学成分变化引起反应状况的不同。针对转炉炼钢过程 12 中固定枪位所存在的问题，我们采用模糊控制的方法使氧枪枪位根据炉内的具体 情况进行连续调节，同时针对转炉炼钢是一炉一炉进行的，炉与炉之间既不完全 相同又有联系的特点，采用自学习技术确定每一炉次氧枪的枪位，使转炉炼钢过 程平稳进行，从而提高碳温命中率。in

2.2/枪位控制

目前，转炉炼钢氧枪枪位一般是根据吹炼状况分段设定的〔1〕。在每一段 中，枪位不再变化，如图 1 所示。在本文中，根据转炉炼钢的不同阶段采用不同 的控制策略。在吹炼初期和中期，由于分批加入造渣材料和助熔剂，且渣高与声 音具有明确的反比关系，因此采用模糊控制调节枪位。而在吹炼末期，则采用较 低的固定枪位进行吹炼，以利于石灰进一步渣化，使脱碳反应按扩散进行，渣钢 反应趋于平衡，炉内钢水成分和温度得以均匀。在初、中期的模糊控制中仍然采 用这种分段设定的枪位作为基本设定，而在每一段中，根据炉况采用模糊控制对 枪位进行自动调节，即 u=u0+Δu，其中 u 为要控制的氧枪枪位，u0 为每个阶段 设定的基本枪位，Δu 为对枪位的调整量。

（1).氧枪升降要求 为适应转炉吹炼工艺要求，在吹炼过程中，氧枪需要多次升降一调整枪位。转炉对氧枪升降机构提出了要求，应具有合适的升降速度并可以变速，并能保证 氧枪升降平稳、控制灵活、操作安全。氧枪漏水等出现故障时能快速更换氧枪、结构简单便于维护。

（5）、量化因子的选取及自调整 采用模糊控制的氧枪枪位控制系统如图 3 所示(见下页)。由于在转炉炼钢过 程中，每个阶段声音大小不同，基本枪位不同，因此声音的给定值 S 与一般恒值 控制系统不同，它随着冶炼进程而不断变化。在吹炼初期，声音的给定值比较大，随着冶炼的进行，给定值逐渐减小，到吹炼中期和后期，声音的给定值基本不变，维持在一个较小的数值。为了适应这一情况，使得在整个冶炼过程中误差及其变 化率都能比较均匀地归一化到〔－1，1〕的整个区间内，提高系统的控制精度，对量化因子进行调整。选误差 SE 的量化因子 K1＝1／Se，误差变化率 SC 的量化 因子 K2＝1／Sc，其中 Se 和 Sc 分别为误差及误差变化率的基本论域，比例因子 K3＝uh,uh 为控制量即氧枪移动范围。由于声音误差范围随着给定值的变小而变 小，因此在吹炼中后期为了提高控制能力，应加大误差的量化因子，否则就会使 量化后的误差很难进入到较大的模糊子集内，无法实现有效的控制。因为 S 随着 吹炼的进行逐渐减小，到一定阶段开始稳定，所以使 K1＝1／Se=1／S，从而实 现了对误差量化因子的自调整。由于给定的声音大小及基本枪位对声音误差变化 率影响不大，故在整个吹炼过程中不改变 K2 的大小。对于比例因子 K3，为了适 应 K1 变化对模糊控制输出的影响，使得在同样的声音误差情况下，不因 K1 的增 大而使氧枪移动过大，因此比例因子 K3 应随着 K1 的增大而减小，故使 K3＝uh ＝K0S，其中 K0 为系数，根据本炉次枪位设定值及给定的声音最大值确定。比例 因子及量化因子经过上述的臊调整，使得在吹炼中后期对声音误差的灵敏度增 加，提高了控制精度。2.3、枪位自学习

转炉炼钢是一炉一炉进行的，在每一炉的冶炼过程中，它是一个连续升温脱 碳过程，与连续工业过程有些类似，但冶炼时间比较短，被控量是不断变化的，炉与炉之间没有本质的必然联系，每炉的冶炼独立进行，因此从整体上看，与连 续工业过程又有着明显的区别。另一方面，它又具有某些断续工业的特点，每一 炉相当于一个加工工件，但它又绝不是断续工业。从上面的分析可以看出，转炉 炼钢既不同于连续工业和断续工业，与它们又有一定的联系，因此转炉炼钢是介 于连续工业过程和断续工业过程之间的一类复杂工业过程，这就使得其控制具有 一定的特殊性。基于转炉炼钢炉与炉之间的联系，利用自学习技术确定下一炉次 枪位模式，可以很好地反映炉衬变化及原材料化学成分波动给冶炼带来的影响，使冶炼过程更加平稳。枪位的学习采用迭代自学习〔3〕。设 yd(k,j)为一个炉役中第 k 炉第 j 段 时设定的基本枪位，y(k,j)为第 k 炉第 j 段时的实际枪位(指第 j 段的平均枪位)，其差值为Δy(k,j)=y(k,j)-yd(k,j)，说明枪位设定存在偏差，应修改下一炉的 枪位设定高度，进行枪位自学习。学习过程中，枪位的确定使用加权移动平均算 法〔4〕。这种方法的优点是需要数据量少，并且非常稳定，因而所需计算机内 存和计算量都比较小。取前边最近四炉的实际氧枪高度的加权平均值作为下一炉 氧枪高度设定值，即 yd(k+1,j)=a1y(k,j)+a2y(k-1,j)+a3y(k-2,j)+a4y(k-3,j)其中(7)a1、a2、a3、a4 为加权因子，且有 a1＋a2＋a3＋a4＝1。另外前边最近四炉指的是吹炼过程平稳、无较大或大喷、终点碳温同时命中且所 炼钢种相同的炉次，每炼一炉钢都要根据吹炼结果对所选炉次更新一次，以保证 总是使用最新四炉的数据，这样可以充分反映炉衬、铁水、废钢、造渣材料等的 最新变化，消除了各种异常情况等随机因素的影响，使氧枪设定更能适应生产实 际，提高炼钢过程的稳定性和终点命中率。2.4、仿真研究

对一座 15t 转炉进行仿真研究，仿真结果如图 4 所示。图中右侧纵坐标为声 音给定值(标幺值)，曲线 1 为声音给定，曲线 2 为基本枪位设定，曲线 3 为实际 氧枪高度。图 4(a)为没有造渣材料加入时氧枪高度变化情况，图 4(b)给出了在 第 2 分钟、第 4 分钟和第 7 分钟分 3 次加入造渣材料时氧枪高度变化情况。17 由上图可得出结论； 炼钢期间会发出很 强的声音，这种声音的大小与炉内状况存在着明确的对应关系，声音的强度与炉 渣高度成反比，尤其是在吹炼的初期和中期，这种关系更为准确。在转炉炼钢过程中，氧枪是必不可少的设备，氧枪的枪位直接关系到脱碳、升温及冶炼过程的平稳进行。采用模糊控制根据炉内状况对氧枪位进行连续调 节，克服了固定枪位不能及时适应炉况变化的缺点，同时利用转炉炼钢是一炉一 炉进行的，炉与炉之间存在着一定的联系的特点，使用迭代自学习技术修改枪位 的设定，适应了炉衬变薄及炼钢原料化学成分波动带来的不利影响。

（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。

3.1、装料制度

确定合理的装入量，需考虑的两个参数： 炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t 转炉)； 熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm(30-300t 转炉)装料制度：定量装入、定深装入；分阶段定量装入。分阶段定量装入：1－50 炉，51－200 炉，200 炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。

（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。

3.2、供氧制度

基本操作参数 供氧强度 Nm3/t.min 氧气流量 Nm3/h 操作氧压 Mpa 氧枪枪位 m 供氧强度(Nm3/t.min)决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一 般 3.0-4.0。氧气流量大小(Nm3/h)： 装入量，C、Mn、Si 的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。氧压(Mpa)喷头的喉口及马赫数一定，大，P 流量大,有一范围 0.8－1.2Mpa。氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2 吨钢耗氧量计算： ％ C Si Mn P S 铁水成分 ４.３ 0 ０.８ ０ ０.２ ０ ０.１ ３ ０.０４ 成品成分 ０.２０ ０.２７ ０.５０ ０.０２ 转炉公称容量为 100 吨时，炉渣量为 ：100×10％＝10 吨 铁损耗氧量 10×15％×16/(16＋56)＝0.33 吨 〔C〕→[CO] 耗氧量 100×(4.30%-0.20%)×90%×16/12=4.92 吨 〔C〕→[CO2] 耗氧量 100×(4.30%-0.20%)×10%×32/12=1.09 吨 〔Si〕→[SiO2]耗氧量 100×0.8%×32/28=0.914 吨 〔Mn〕→[MnO]耗氧量 100×0.2%×16/55=0.058 吨 〔P〕→[P2O5] 耗氧量 100×0.13%×(16×5)/(31×2)=0.168 吨 [S] 1/3 被气化为 SO2, 2/3 与 CaO 反应生成 CaS 进入渣中, 则〔S〕不 耗氧。总 耗 氧 量 ＝ 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48 吨 /1.429 ＝ 5236Nm3 实际耗氧量＝5236/0.9/99.5%=5847Nm3 实际吨钢耗氧量＝5847/100=58.37Nm3/t 两种操作方式： 软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中 FeO 升高、有利于脱磷； 硬吹：高压低枪位(与软吹相反)，脱 P 不好，但脱 C 好，穿透能力强，脱 C 反应激烈。氧枪操作方式 氧枪操作就是调节氧压和枪位。氧枪的操作方式： 衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控制不好； 恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操作方式

3.3、造渣制度

炼钢就是炼渣。6 造渣的目的：通过造渣，脱 P、减少喷溅、保护炉衬。造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的 FeO 及 MgO、正常泡沫化 的熔渣 造渣方式： 单渣法：铁水 Si、P 低，或冶炼要求低。双渣法：铁水 Si、P 高，或冶炼要求高。留渣法：利用终渣的热及 FeO，为下炉准备。成渣速度 转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是决定冶炼速度的 重要因素。石灰的熔解： 开始吹氧时渣中主要是 SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶 解速度，可用下式表 J＝K（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1）形成 2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO 可加速石灰熔化。因为可降低炉 渣粘度，破坏 2CaO*SiO2 的存在。采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。成渣途径 钙质成渣 低枪位操作，渣中 FeO 含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。铁质成渣过程 高枪位操作，渣中 FeO 含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁 才下降。适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO 高，炉渣泡沫化严重，易产 生喷溅。吹炼过程熔池渣的变化

3.4、温度制度

温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间 影响终点温度的因素： 铁水成分:[%Si]=0.1,升高炉温约 15 ℃ 铁水温度：铁水温度提高 10℃，钢水温度约提高 6 ℃（30t）铁水装入量： 每增加 1 吨铁水，终点钢水温度约提高 8 ℃（30t）废钢加入量： 每增加 1 吨废钢，终点钢水温度约下降 45 ℃（30t）7 此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响 温度控制措施： 熔池升温： 降枪脱 C、氧化熔池金属铁。金属收到率降低； 熔池降温： 加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。

3.5、终点控制及合金化制度：

终点控制指终点温度和成分的控制 终点标志： 钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围 钢中 P 达到要求 出钢温度达到要求 终点控制方法： 终点碳控制的方法： 一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。一次拉碳法：按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当达到要求时 提枪。操作要求较高。优点：终点渣 FeO 低，钢中有害气体少，不加增碳 剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。增碳法：所有钢种均将碳吹到 0.05%左右，按钢种加增碳剂。优点： 操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按钢种规格略高一些进 行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。终点温度确定： 所炼钢种熔点： T＝1538－∑△T×j △T: 钢中某元素含量增加 1％时使铁的熔点降低值，j 钢中某元素％含量。考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求.减少喷溅的 发生，使氧枪枪位在整个炉役期间始终处于最优位置。

（四）我国转炉的发展概况：

1951 年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功，并于 1952 年投入工业生产。1954 年开始厂小型氧气顶吹转炉炼钢 的试验研究工作，1962 年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成 3t 氧气顶吹转炉，开始了工业性 试验。在试验取得成功的基础上，我国第一个氧气顶吹转炉炼钢车间（2×30t）在首钢建成，于 1964 年 12 月 26 日投入生产。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建 了一批 3.5~5t 的小型氧气顶吹转炉。1966 年上钢一 19 厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成 3 座 30t 的氧气顶吹转炉 炼钢车间，并首 次采用了先进的烟气净化回收系统，于当年 8 月投入生产，还建设了弧形 连铸机与之相配套，试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢 的品种。这些都为我 国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。此后，我国原有的 一些空气侧吹转炉车 间逐渐改建成中小型氧气顶吹炼钢车 间，并新建了 一批中、大型氧气顶吹转炉车 间。小型顶吹转炉有天津钢厂 20t 转炉、济 南钢厂 13t 转炉、邯郸钢厂 15t 转炉、太原钢铁公司引进 的 50t 转炉、包 头钢铁公司 50t 转炉、武钢 50t 转炉、马鞍山钢厂 50t 转炉等；中型的有 鞍钢 150t 和 180t 转炉、攀枝花钢铁公司 120t 转炉、本溪钢铁公司 120t 转炉等；20 世纪 80 年代宝钢从日本引进建成具 70 年代末技术水平的 300t 大型转炉 3 座、首钢购入二手设备建成 210t 转炉车间；90 年代宝钢又建成 250t 转炉车间，武钢引进 250 转炉，唐钢建成 150 转炉车间，重钢和首钢 又建成 80t 转炉炼钢车间；许多平炉车间改建成氧气顶吹转炉车间等。到 1998 年我国氧气顶吹转炉共有 221 座，其中 100t 以下的转炉有 188 座，（50~90t 的转炉有 25 座），100-200t 的转炉有 23 座，200t 以上的转炉有 10 座，最大公称吨位为 300t。顶吹转炉钢占年总钢产量的 82.67%。世界转炉炼钢趋势

提高钢水洁净度，即大大降低吹炼终点时的各种夹杂物含量，要求S低于0.005%；P低于0.005%，N低于20ppm。提高化学成分及温度给定范围的命中精度，为此采用复合吹炼、对熔池进行高水平搅拌并采用现代检测手段及控制模型。减少补吹炉次比例，降低吨钢耐材消耗。

铁水预处理对改进转炉操作指标及提高钢的质量有着十分重要的作用。美国及西欧各国铁水预处理只限于脱硫，而日本铁水预处理则包括脱硫、脱硅及脱磷。例如1989年日本经预处理的铁水比例为：NKK公司京滨厂为55%，新日铁君津厂为74%，神户厂为85%，川崎千叶厂为90%。

日本所有转炉钢厂，美国、西欧各国的几十家钢厂以及其它国家的所有新建钢厂，在转炉上都装有检测用的副枪，在预定的吹炼时间结束前的几分钟内正确使用此枪可保证极高的含碳量及钢水温度命中率，使90%-95%的炉次都能在停吹后立即出钢，即无需再检验化学成分，当然也就无需补吹。此外，这也使产量提高，使补衬磨损大大减少。

复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定，因而在许多国家得到推广。80年代初期诞生于卢森堡和法国的LBE炼钢法，除原型方案外，相继演化出一系列派生工艺，有20多种名称，例如：STB、LD—KC、BAP、TBM、LD—OTB、LD—CB、K—BOP、K—OBM、LET等。无论是LBE原型，还是各派生工艺，实践证明它们有其各自的优势。LBE、LD—KC、BAP、TBM这些方法实际无差别—都是炉顶吹氧及经炉底喷人氩气。还有一些方法是从炉底输入一氧化碳、二氧化碳、氧气。各种复合吹炼工艺可用以下数字（转炉座数）说明其推广情况。1983年63座，1988年140座，1990年228座。奥地利、澳大利亚、比利时、意大利、加拿大、卢森堡、葡萄牙、法国、瑞士、韩国等这些国家全部或几乎全部转炉都采用复合吹炼。

单纯底吹的氧气炼钢法（Q—BOP、OBM、LWS）未能推广。1983年运行的这类转炉有26座，而到1990年只剩下18座。

日本采用所谓的吹洗法，即在炉顶吹氧结束时，接着从炉底吹氩，使钢水中碳含量达到0.01%。这对汽车用钢、薄板用钢及电工用钢的冶炼尤为重要。

值得注意的是，日本正在开发复合吹炼条件下调控冶炼过程用的新方法及新设备。其中有利用炉顶氧枪里的光缆随吹炼进程连续监测钢中锰含量；利用装于炉底的光纤传感器以及利用所排气体信息连续监测钢水温度；并在进行喷溅预测及预防方面的研究。

神户制钢公司开发的喷溅预测是以顶吹氧枪悬吊系统的检测为基础。日本NKK公司京滨厂是通过对出钢口的监测来减轻喷溅。当熔渣猛烈上浮时，视频信号发出往炉内添煤或石灰石的指令。比较好用的材料（从平息熔池的时间来说）是煤。转炉炉衬寿命是极为重要的课题。日本、美国及西欧各国资料分析表明，影响炉衬磨损的各项冶炼参数，例如后期渣氧化度、碱度及吹炼终点时钢水温度，各国钢厂之间并无大的差别。只有通过用副枪检测方可将对炉衬最为有害的后吹时间从10-15min减少到1-3min及消除补吹。

（六）优化转炉炼钢工艺

转炉炼钢工艺各项指标取决于铁水的化学成分，而对铁水的主要要求是含硫量低（低于0.03%），相应要求较高含硅（0.7%-0.9%）及具有优化造渣所需的锰量（0.8%-1.0%）。

炼铁炼钢各阶段脱硫过程理化规律及动力特性分析表明，在动力方面，在铁水中比在钢水中更容易保证脱硫反应，因为在含碳量较高及氧化度较低条件下硫具有更高的活性。然而在高炉炼铁当中很难脱硫，因为在高炉一系列复杂的氧化—还原反应中，深脱硫的各种热动力条件的能量不可避免地会增高硅含量并因此导致石灰及焦炭消耗的增加及产量的下降。因此，生产低硫铁需周密策划工艺，采用含硫最少的炉料及制备高碱度混成渣 在转炉吹炼中脱硫也无效果，因为钢渣系中达不到平衡状态，渣与钢间的硫分配系数因熔池氧化度高及碳含量低，仅为2-7。如此低的硫分配系数使得难以在转炉冶炼中实现深脱硫，并导致炼钢生产在技术及经济上的巨大消耗。无论是在高炉炼铁，还是在转炉炼钢当中都保证不了金属有效脱硫所需的热动力条件，因此进行高炉炼铁及转炉炼钢过程中的深脱硫研究，在技术及经济上都是不可取的。而合理的作法是将脱硫过程从高炉及转炉中分离出来。这就可简化烧结—高炉—转炉生产流程降低生产成本。将脱硫从高炉及转炉中分离出来，使高炉炉外脱硫成为设计大型联合钢厂和重要工艺环节，在冶炼低硅铁的同时不必再为保证转炉中的精炼进行代价很高的高炉炉外脱硅。铁水原始硅含量低还可降低锰含量。在氧气转炉炼钢中锰的作用非常重要，它决定着及早造渣所需的条件并对出钢前终点钢水氧化度起调节作用，长期实践证明，需设法使铁水中锰保持0.8%-1.0%的水平，因而在烧结混合料中必需补充锰，而这就提高了成本。烧结—高炉—转炉各流程锰平衡分析表明，上述锰在高炉里还原、然后在转炉里氧化导致锰原料及锰本身不可弥补的巨大损失，而且还给各生产流程操作增加很多麻烦。在碳含量很低（0.05%-0.07%）条件下停止吹炼时，氧化度的影响如此之大，以致会把锰的最终含量定在极窄范围内，实际上已很少再与铁水原始锰含量相关。在这种条件下，尽管铁水原始锰含量达0.5%-1.2%，但钢的最终锰含量实际上都一样（0.07%-0.11%）。因此在当代转炉炼钢工艺条件下（各炉次都有过吹操作），没必要在烧结混合料中使用含锰原料来提高铁水原始锰含量，更合理的作法是冶炼低锰铁。同时为节约低锰铁在转炉炼钢中脱氧的用量，研究直接采用锰矿石的效果具有重要意义。对众多炉次进行工业平衡计算所得工艺指标的对比表明，冶炼铁水不添加锰矿石，而在转炉炼钢中添加锰矿石，与用含锰1.13%的铁水炼钢，这两种炼钢法相比，前者每吨生铁可节省锰矿石15.3kg.此外，还可减少锰铁1.3kg／t钢、石灰5kg／t，氧气2.17m3／t的耗量，并可大大缩短吹炼时间。

铁水中硅、锰含量低及无需脱硫，这些条件会改变造渣机理及动力特性，因为这时石灰消耗下降，渣量减少，渣碱度及氧化度增高。在这样的条件下，渣的精炼功能只限于铁水脱磷。这样就能在转炉冶炼本身中多次利用渣，使渣具有很高的精炼能力。

根据这一原则开发出转炉炼钢新工艺，即在转炉炼钢本身中多次（3-5次）利用后期渣（循环造渣）。采用这样的工艺可降低石灰消耗及渣中铁损。及早造就高碱度氧化渣，及使硅、锰含量低可提供钢水深脱磷所需的强劲动力

五、参考文献

（1）邓丽新； 提高转炉煤气回收量的探讨

中国钢铁年会论文集（上）[C];1997年

（2）付丹；合理利用转炉煤气的分析研究与实践 1997中国钢铁年会论文集（上）[C];1997年

（3）兆春民;李兴云;潘广宏;有效回收利用转炉煤气资源促进钢铁工业的发展

六、总结

篇6：炼钢转炉降低成本措施

1、目的；

为进一步降低转炉冶炼成本，应对目前钢铁市场形势，在现有的工艺条件下，提高职工操作技能，特制定本措施。

2、适用范围；

适用于炼钢分厂转炉作业区。

3、具体内容与措施；

1.1、继续做好现有的生产操作模式，根据铁水条件变化及时调整废钢比例。

原则；废钢总量不变

当Si<0.60%时加入铁块8T、0.60%—0.80%时加入4—6T铁块，当铁水Si>0.80%时铁块加入量控制在4T以内。

负责人当班值班长、责任人当班废钢工、15#、16#天车工。未执行者考核主要责任人20元/次，次要责任人10元/次，喷溅20元/次，石灰等辅料严格按照辅料加入表规定范围加入，未按标准执行考核炉长、一助50元/次。作业区谢健负责抽查。

1.2、合金工要掌握装入量及终点情况，依据钢种不同规格，合理配加各种合金工作，成份配至中下线，班中超出作业区规定上限（高于规格下限10个）2炉以上者，班后组织分析考核，现场散落合金及时回收，不能有浪费现象。负责人当班炉长、责任人当班合金工。2炉以内（包括2炉）值班长班后组织分析，2炉以上（不包括2炉）10元/炉，作业区XXX负责抽查。

1.3、严格控制测温偶头及取样器的使用数量，每炉钢测温偶头用量7支，取样器1.2支。一周一统计，偶头、取样器超出范围各考核炉长50元，负责人：炉长。

1.4、吹氩站抓好碳线交接班工作，到吹氩站钢水一次配碳范围C0.21%—0.24%之间，碳线只作为微调手段，严禁吹氩站大量用碳线增碳。碳线消耗将作为参与大班评比的主要指标之一。炉均碳线使用量控制在60m以内，大于60m考核炉长50元（每班进行统计），负责人；当班值班长、责任人炉座炉长,吹氩工。

1.5、炉下废钢回收，大班月回收40T，回收量必须真实，由废钢管理负责验收计量后入池，大班不得干预废钢管理验收工作，严禁弄虚作假，飞越公司月回收废钢600T以上，由渣跨装入废钢斗后运进厂房经13#、14#天车吊起计量，废钢管理验收后方可入池。作业区石伟负责检查。责任人废钢管理。

1.6、为真实反映合金消耗成本，合金发放工对各种合金及物料交接班认真清点，交班方在交班时合金料仓必须上满，各种物料发放台帐认真记录，不得涂改或弄虚作假，一经查出，考核责任人每次500元。

1.7、备用氧枪高压冷却水及时关闭，夏季关闭，冬季每小时10立。负责人、当班值班长、责任人当班一助手。未执行者考核一助手50元。

1.8、生产组织双炉单机时，可根据现场状况，14#、16#天车停止使用。负责人、当班值班长、责任人当班天车班长及天车司机。

1.9、持续做好大包挂钢工作21#、22#天车翻渣作业时，应小流多次回翻，待注余钢水冷却粘在包壁上后，方可将渣倒入渣盘，严禁翻渣时将钢水倒入渣盘。负责人天车班长、责任人当班21#、22#天车司机，当班滑板指车工。未执行者考核天车工、滑板工各50元。

1.10、转炉补炉或停炉40分钟以上，必须联系二次除尘风机降赫兹，杜绝风机长时间高速运行。负责人、当班值班长，责任人当班炉座炉长、净汽化班长。未执行者考核炉长、净汽化班长各50元。

1.11、延长液压胶管使用寿命，出钢时全程跟踪，如有红渣及时打水，确保胶管不被烧坏，出完刚后及时把胶管拉出。负责人、滑板班长、责任人、滑板挂钢工。一次不执行考核滑板班长、挂钢工各20元。

1.12、点检对区域运行设备负责日常检查维护，杜绝各系统跑、冒、滴、漏现象发生。负责人、叱干会峰，责任人、区域点检。

1.13、滑板班组和混铁炉班组包沿回收，每班月回收10T，回收量必须真实，由废钢管理负责验收计量后入池，严禁弄虚作假。责任人滑板主操、指车工和混铁炉主操、配罐工，未完成者各考核50元。

1.14、丝网消耗减少（主要是通过部分更换以及状态更换）为每月消耗200kg，2013年累计消耗4300kg，2014年预计消耗2400kg。

1.15、炉下车辆在线使用周期，钢包车由原来的15天延长至20天，渣盘车由原来的20天延长至25天。

1.16、备件材料，机加件采购计划，消耗领用，整台备件的更换必须由xxx具体亲自把关。

1.17/生产所需样勺、样杯采取较旧领新，由xxxx负责建立领用台账。

1.18/压缩空气吹扫点除31米平台吹扫，6.7米倾动吹扫，0米炉下轨道吹扫以外，剩余吹扫点全部封闭，实施人：xxx，落实人：xxx。

1月10日前完成其他吹扫点封闭。未按照此项实施考核xxx-50元/次。

1.19/转炉等样、测温、出钢过程一次除尘风机必须低速，降低电耗，实施人：转炉一助，落实人：值班长。作业区日常抽查（xxx负责）过程中，发现等样，测温，出钢过程风机持续高速考核值班长-50元/次。

炼钢分厂转炉区域