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唐鋼轉爐煙氣分析動態煉鋼技術的應用
唐鋼*鋼軋廠轉爐車間現有3座150t轉爐，3座轉爐均采用了奧鋼聯煙氣分析（LOMAS）動態控制煉鋼技術，在轉爐煙道上安裝在線氣體分析儀，實時分析轉爐煙氣成分，用于探測轉爐爐內動態變化情況。煙氣分析動態控制的系統由兩部分組成：①負責轉爐煙氣采集、處理和分析的低維護量的LOMSA系統和快速氣體分析質譜儀；②轉爐二級動態控制模型-DYNACON（圖一）。其工作原理：首先通過靜態模型計算出供氧量、造渣料用量，根據設定的供氧制度和加料制度吹煉，吹煉末期通過LOMAS系統連續檢測（1.5s周期）爐口逸出的CO、CO2、N2、O2等含量，并通過回歸計算熔池的脫碳速率，預測接近吹煉終點時鋼液的碳含量、熔池溫度，操作人員可以結合預測值自行確定吹煉終點。
1、 煙氣分析模型
煙氣分析動態控制模型是轉爐動態控制煉鋼技術的核心，動態控制模型主要包括以下7個子模型：1）一次加料計算；2）二次加料計算；3）轉爐液面計算；4）過程動態控制計算（核心部分）；5）補吹校正計算；6）合金加料計算；7）反饋計算，如圖2所示。
主要分為兩種計算方式：預計算和在線計算，根據在冶煉過程不同階段進行觸發，采用的冶金原理為：物料平衡和熱平衡。轉爐整個冶煉過程實施計算機動態控制，包括：主吹前的預計算；主吹階段的在線計算，預測轉爐冶煉過程的適時溫度、成份、重量等信息，并通過轉爐基礎自動化系統對轉爐冶煉實施控制；主吹結束后，模型進行校正計算、合金化計算和反饋計算，完成冶煉合金化和模型自學習優化的功能。通過L2級模型計算、L1級自動化程序執行散料、氧槍、底吹設定數據，完成轉爐自動冶煉控制。
2、 煙氣分析在冶煉過程中的應用
從質譜儀測得的轉爐煙氣成分可以看出，在轉爐吹煉的不同時期，各種氣體均具有不同的特點，識別和分析這些特點對判斷轉爐爐況、冶煉終點命中、了解爐內冶金物理反應過程和掌握渣鋼反應規律有重要的指導意義。
2.1 反應冶煉過程爐渣狀況
在整個吹煉過程中，CO和CO2都有先升后降的趨勢，在鄰近終點時，CO大幅度下降，而CO2卻略有上揚，而在整個冶煉期間，CO和CO2的變化情況基本是互補的。CO的變化與熔池脫碳反應和爐渣泡沫化的程度有關，煙氣曲線有以下幾種常見的曲線。
圖三（a）為正常吹煉爐次煙氣曲線變化圖，由圖可以看出冶煉過程CO曲線變化沒有大的波動，所以吹煉過程平穩，爐渣流動性良好，石灰熔化快，成渣快。圖三（b）為冶煉中后期爐渣出現返干現象時的CO曲線變化圖，圖中8分鐘左右CO出現峰值，同時CO2、N2出現低谷，并且曲線傾角大于30°以上（即CO呈現出“∧” ，同時CO2、N2呈現出“∨”），這是因為返干期的爐渣變稠，生成的CO上升阻力減小，CO沖到爐口進入煙罩，從爐口吸入的空氣量則減少，所以N2減少。CO的過量導致二次燃燒率降低，因此CO呈上升趨勢，而CO2呈下降趨勢。圖（c）為冶煉中發生噴濺時煙氣含量變化曲線，噴濺發生在吹煉11分鐘時，CO含量急劇下降，同時CO2與N2急劇上升，此時爐渣中CO聚集導致其含量降低，當渣中CO聚集到一定程度而開始劇烈反應發生噴濺。
從轉爐煙氣含量可以看到，在吹煉的不同時期，各種氣體均具有不同的特點，因此識別和分析這些特點，對判斷爐渣狀況、冶煉終點命中、了解轉爐爐內冶金物理化學反應過程和鋼渣反應規律有重要指導意義。
2.2終點溫度預測
鋼水終點溫度預測的計算方法：基于物質分析模型，對鋼水、熔渣、煙氣成份及重量進行分析，采用周期計算的方法計算熔池的熱平衡，進而計算熔池的溫度。由于溫度預測時基于模型的靜態計算，因此轉爐冶煉中任何因素都影響著溫度預測，具體因素有①鐵水成份的性；②鐵水和廢鋼重量的性；③鐵水溫度測量的性；④冷料和輔料的原料成份的性；⑤冷料和輔料的計量性；⑥氧氣流量的計量性；⑦溫度預測模型參數周期性優化，適應不斷變化的爐役。圍繞以上主要因素，建立了相應的性校驗、周期更新以及周期檢查的制度。溫度預測精度逐步上升，命中率達到85%。
2.3 終點碳預測
終點鋼水C預測的原理為：當熔池中C含量低于0.3%以后，煙氣曲線發生明顯變化，并與熔池C含量存在很強的相關性。通過計算煙氣流量、煙氣成分、二次燃燒率和脫碳速率計算熔池C含量。吹煉終點前煙氣曲線的穩定對碳預測的度有很大影響，因此操作上規定吹煉結束前2分鐘不動槍、不變氧流量和不加含鐵冷料。通過這些措施了吹煉終點前煙氣曲線的穩定，終點C預測達到90%以上。
3、 結論
1.煙氣分析系統碳溫預測的運用，提高了轉爐煉鋼終點碳溫命中率，從而提高了一次拉碳率，縮短了冶煉周期，減少后吹，提高金屬收得率，終有效的降低了冶煉成本，提高了冶煉效率。
2.唐鋼引進煙氣分析動態煉鋼技術后，根據實際條件對模型進行優化改進，結合模型制定多種冶煉模式，在生產中獲得明顯的冶金效果。
