转炉炼钢几个关键技术的研究进展

转炉炼钢几个关键技术的研究进展

程殿                            

重庆钢铁炼钢厂            重庆市                  401200

摘要：改革后，随着社会发展，我国科学技术水平不断进步，目前，被广泛应用于各行业领域。近年来，转炉炼钢作为世界上冶炼高品质钢的主要炼钢方法,其技术的进步与发展对钢铁行业节能减排、降本增效具有巨大的推动作用。介绍了我国转炉炼钢几个关键技术的研究及进展。通过从理论分析和实践探索两个方面研究了废钢的熔化行为,揭示了废钢熔化机理;分析和总结了喷吹方式、底吹工艺等对转炉熔池流动特性的研究;从冶金机理和数据模型两个方面介绍了转炉终点控制技术的发展现状和展望;最后从整体优化冶金流程角度出发,从数学建模到平台仿真介绍了炼钢-精炼-连铸一体化技术进展以及存在问题。转炉智能化发展需要更多的设备、方法和技术的支撑,转炉智能化炼钢是涉及冶金、自动化、计算机等多学科的综合实践应用案例。

关键词：转炉炼钢；关键技术；研究

引言

随着全球经济的不断发展，钢铁产业作为支柱产业之一扮演着重要角色。然而，传统的转炉炼钢工艺在碳资源利用方面存在效率低、损耗大的问题，直接制约了炼钢工业的可持续发展。本研究的背景在于深入研究转炉炼钢过程中碳资源的高效利用，通过优化工艺参数，寻求降低碳排放和提高碳资源利用效率的路径。此研究不仅对于促进钢铁工业向环保、高效方向转变具有积极意义，同时也为推动全球制造业的绿色升级提供了实质性的科学支持。

1转炉炼钢的基本工艺流程

转炉炼钢作为一种经典的钢铁冶炼方法，经过多年的发展和改进其基本工艺流程变得相当成熟。通常该过程从原料准备开始，包括废钢、铁矿石、废铁、废钢、废铜等的选矿和预处理。随后将这些原料装入转炉，转炉是一种庞大的冶炼设备。在转炉内，原料经过高温燃烧和还原反应，最终产生熔融的金属钢水。这一步骤的关键是吹入空气或氧气，以维持高温，并在反应中去除杂质。接下来，通过控制温度和成分，可以调整钢的质量和合金成分，以满足不同的工业需求。最后，经过冷却和凝固，形成固态钢坯，可供进一步加工和制造。这一基本流程中的每个步骤都是高度复杂的，涉及到物理、化学和材料科学的多个方面，需要仔细控制和优化。

2转炉炼钢技术研究

2.1系统性能评估方法

对转炉炼钢除尘系统的性能进行科学评估是确保系统高效运行和满足环保标准的关键一步。首先，性能评估的一个重要指标是系统的除尘效率。除尘效率直接反映了系统对废气中颗粒物的捕集和去除能力。科学的方法包括采用采样仪器对废气中颗粒物浓度进行实时监测，并结合数学模型计算系统的实际除尘效果。这可以通过对进出口废气中颗粒物浓度的对比，以及对系统捕集效率的定量分析来实现。

除了除尘效率，系统排放的废气成分也是重要的评估指标。这包括有害气体如二氧化硫、氮氧化物等的浓度。采用气体分析仪器进行实时监测，结合环保法规和标准的排放限值，可以评估系统的排放标准符合程度。通过这种方法，可以及时发现和解决系统中可能存在的问题，确保废气排放在环保法规范围内。此外，系统的运行稳定性和可靠性是性能评估的关键。通过长时间的运行监测，记录系统运行过程中的参数变化包括压降、温度、湿度等，以评估系统的稳定性。并结合定期的设备检查和维护记录，可对系统的可靠性进行评估。对于自动化控制系统，还可通过监测和记录系统的自动调节和故障处理过程来评估其自动化水平。

2.2吹炼氧气流量的确定与调控

根据炉内的实际情况，包括炉容量、原料种类和数量等因素需要合理设定氧气流量。这既要保证充分的供氧，又要避免过量的氧气输入。过高的氧气流量会导致过度燃烧，产生过多的热量，不仅影响了冶炼的稳定性，也会造成不必要的能源浪费。相反，过低的氧气流量则会导致反应速率降低，影响金属的还原和燃烧反应，从而影响到整个炉内反应的进行。对关键参数进行实时监测在氧气吹炼过程中起着关键的作用。通过实时监测炉内温度、气体流动等参数，可以获取关键的数据，为氧气流量的调节提供准确的依据。先进的控制系统和传感技术使得对氧气流量的精确调节成为可能，使其在合适的范围内波动。这样一来，就能够保证吹炼过程的稳定进行，从而保证了整个转炉炼钢过程的高效性和质量稳定。此外，对于不同的炼钢条件和要求，可能需要根据实时的反应情况进行氧气流量的动态调整。根据炉内的实际情况进行实时调控，可以使氧气流量始终保持在最优的范围内，从而保证了炼钢过程的稳定性和高效性。

2.3转炉终点控制技术

转炉终点控制技术水平对转炉炼钢实现高效率、低成本和稳定生产至关重要,也是实现转炉炼钢智能化的关键因素。而目前更多的研究者集中于研究转炉终点的精准预测,对预测后的实际情况进行判断,再到精准控制还需要更多的设备、方法和技术支撑。转炉终点预测模型的精度是衡量转炉终点预测水平的重要标志。近年来,很多学者为了提高转炉的预测精度开展了大量的研究,得出了阶段性成果和研究进展:第一种是基于冶金机理的静态模型,由于其假设多且只考虑始态和末态,碳温的命中率很低,只能做理论参考。第二种是基于数据处理和算法优化而建立的数据模型。存在的不足之处主要有:

1)对数据的数量和质量依赖性高而影响精度,比如副枪模型由于受炉口尺寸的限制,采集不到150t以下转炉的工艺数据;而炉气分析模型中的数据具有滞后性,且废钢成分未知,影响模型的准确度。另外,炉口火焰分析模型采集的数据信息仅限于部分炉口信息,具有片面性。2)算法过度依赖数据,缺乏工艺过程机理分析,在现场使用精度低。针对以上存在的问题,有一些学者通过融合机理模型和数据模型来提高转炉终点的预测精度。通过数值模拟得出炼钢过程的部分工艺参数,作为数据模型的输入,从而增加模型的数据维度来提高转炉终点的预测精度。另外,有的学者通过冶金机理分析温度和碳含量之间的相关性,建立多任务预测模型,弥补了单纯依赖数据的缺点,为提高转炉终点预测精度提供了方法和思路。而为了提高转炉炼钢的控制水平和智能化程度,应该以冶金机理为基础进行数据建模分析和决策,这样才可以使转炉炼钢真正达到自感知、自决策、自学习、自适应和自执行。

结束语

在绿色低碳背景下,我国钢铁行业面临转型升级的挑战,本文对这一重要发展时期转炉炼钢工艺技术的几个关键进行了分析讨论和总结,并提出了展望。1)转炉废钢的高效利用要重视废钢的分类和加工,对市场各类型废钢进行收得率等基础参数测定很有必要。准确建立各种废钢与转炉炼钢过程中熔池成分、温度及冶炼时间的链接关系,展开相关方面的技术探索才能为转炉合理利用废钢提供实际参考。2)转炉的底吹搅拌效率决定着熔池的混匀及冶金效果,要积极研发具有耐高温、耐冲击、耐化学侵蚀的耐火材料以增加底吹元件的寿命,并开展相关基础技术研究和工程实践探索。3)转炉冶炼过程数据的精准采集与传输、冶金工艺机理与大数据算法模型的解析耦合、炼钢-连铸区段的生产调度水平等关键技术单元的研究与开发对进一步促进转炉炼钢智能化的进展起着至关重要的作用。

参考文献

［1］方瑞.转炉炼钢车间三次除尘系统设计及实践［J］.天津冶金，2017，（z1）：70-72+80.

［2］王娟.转炉三次除尘系统设计与应用［J］.中国科技纵横，2016，（10）：63-64.

［3］张斌.转炉干法除尘控制系统设计与实现［D］.沈阳：东北大学，2019.

［4］郑运兴.炼钢车间三次除尘系统设计及实践［J］.中国金属通报，2018，（11）：240+242.