张 杰

BOF 炼钢是目前世界上应用最广泛、效率最高的炼钢方法，控制熔点是BOF 制造的关键技术之一，准确确定终点对于提高钢水质量、缩短熔化周期。因此，由于然而，由于来料的不稳定性、复杂的化学反应以及所铸造钢种的刚性，最终的熔点仍难以精确控制。

转炉炼钢终点控制是炼钢过程中后期作业的主要内容，控制水平直接影响钢材的最终产量和质量。转炉末端炼钢控制主要控制钢水碳含量和温度，终点钢水碳含量控制过高，不利于低脱硫控制。并在后期进行脱磷，这将增加钢的氧含量。转炉炼钢终点温度控制过高过低，对生产过程中的各类原料及冷却剂消耗都有重要的影响，同时也影响着冶炼时间和转炉使用寿命，金属材料消耗的多少，直接影响到钢水的生产质量。随着我国当下冶金技术的不断发展，转炉的炼钢过程中，很多大型钢铁企业都引入终点控制，并且将其作为主要的生产限制性环节，结合生产实践分析，转炉炼钢终点控制现状，利用各种控制模型及方法，对生产工艺不断优化。开发出适合钢铁企业生产应用的，适用性强，可靠性高，终点命中率高的智能型重点控制技术，对提高转炉炼钢降低能耗，提高钢产量，都具有重要的意义和价值。在转炉炼钢后期，需要展开终点控制操作，此环节技术的运用直接影响炼钢质量。随着炉外精炼和连铸工艺的快速发展，转炉炼钢期间终点控制成为影响行业发展重要技术之一。静态技术、动态技术、智能技术都有所应用，让终点控制技术取得了更多突破，为炼钢质量的提升奠定基础。

1 转炉炼钢终点控制技术发展过程

20 世纪中期，钢铁研究人员利用热力学实验数据精确的计算出炼钢过程中各种化学反应热能消耗及热能产量，同时，计算机控制技术正在应用于转炉炼钢。其中，最显著的是美国Loughlin Steel 公司率先开发出静态转炉模型，利用模拟计算机精确控制钢水废钢和造渣材料的量、钢水温度。到上世纪末，静态模型已广泛应用于转炉钢的生产过程中，主要是利用计算机控制钢铁生产过程中的各种数据，指导操作人员进行精确操作。随着计算机技术的不断发展和应用，各种监测手段开始迅速发展，对钢铁冶炼的进步起到了重要作用，它可以连续监测转炉炼钢的氧气供应、烟气成分等各种数据。转炉中的冶炼技术发展，将原有的转炉炼钢的静态模型，与转炉内动态模型相互结合，实现金属冶炼的全过程控制。在冶金转炉生产控制技术的发展过程中，主要分为四个阶段，分为人工经验控制、静态控制、动态控制和自动控制，其中人工经验控制主要取决于操作人员对冶炼中各种情况的了解。过程，例如铁水的成分，铁水温度生产参数等情况进行重点控制。在冶炼过程中的加料情况，供氧情况等都是根据不断变化的经验，在炉料平衡的状态下实现热平衡计算，从而指导冶炼生产工艺，定义传递给最终端点的各种参数。冶金转炉动态控制，是在静态控制的基础上开始发展，其动态模型根据吹炼过程中，转炉的后期钢水成分与温度发生变化，应用动态模型进行调整的。根据原来的吹炼参数来控制转炉的终点不同的参数值。转炉中的自动锤炼控制技术，在动态控制技术中的计算机网络获得转炉炼钢过程中的各类动态信息。转炉运行过程中的控制端点发展中主要包括经验控制、静态控制、动态控制和自动控制。动态控制方法主要是以当前工程发展的程度为主，形成自动化的转炉生产控制技术；另外，在现代发展中光学成像的方法与智能控制方法不断兴起，成为转炉发展的可靠技术；一些钢铁冶金发展使用新型测温技术，该方法可以促进转炉生产中的产品质量，提高自动化转炉的发展。实现转炉炼钢过程的连续性，在线修正，从而利用自动控制技术，影响转炉终点各项参数比值。终点控制最终利用人工控制方法，借助以往经验，根据取样分析和常规检测确认终点，准确率在50%左右，此方法运用可能对炼钢原材料造成浪费。随着技术的发展，静态控制的应用使得终点控制准确率达到60%以上，但是该方法应用需要的计算量相对较大，而且需要建立控制模型。动态控制是由静态控制发展而来，利用吹炼环节的监控对于生产参数进行调整，准确率可以达到70%，在辅助监测仪器的应用下，准确率可以超过80%，推广价值较高。随着科技的发展，自动控制方法也被应用其中，利用计算机计算，控制人为误差，终点确认准确率超过85%，炼钢质量有极大提升。

2 转炉炼钢终点控制方法

2.1 增碳控制方法

增碳控制方法应用的最终目标就是将含碳量增加，对于炼钢终点含碳量加以控制，保证出钢阶段完成增碳操作，让炼钢质量达到要求。应用此工艺可以降低炼钢过程铁损耗，消耗更多废钢。然而，技术应用环节，增碳剂的选择十分重要，需要确保其纯度和质量能够达标，要求其中含有特定质量的硫，以避免钢水产生的污染，对于炼钢效果造成影响。虽然此技术应用操作简单，然而注意事项相对较多，如果把控不好，就会对终点控制质量造成影响。

2.2 拉碳补吹方法

控制转炉钢生产终点的碳拉后吹扫法是人工控制经验最常用的方法。该方法是一种终点控制方法，其中手动确定钢的碳含量以达到目标终点，并在后期吹扫阶段停止氧气吹扫。在中高碳钢生产过程中，由于目标碳含量高，碳氧化速度快，难以准确确定终点目标碳含量，因此采用碳拉+后吹扫法。经常使用调整，即附加碳拉吹法。一般根据与供氧时间和耗氧量有关的吹扫特性，根据被熔炼钢的含碳量上限确定终点，测温取样后，进行相应的附加吹扫和温度调整。拉碳补吹法的特点是：终点钢水氧含量低、终渣FeO 较低、终点钢中含锰量高、金属收得率高、氧气消耗少、终点钢水中气体含量低、脱氧剂消耗少等，因而特别适用于中、高碳钢的生产，但该方法的终点一次命中率较低，一般在50%～70%。

因为终点控制就是炼钢期间对于钢水内部含碳量加以控制，防止含碳量控制不合理，对于钢材品质造成影响。应用拉碳补吹这一方法，简而言之就是通过吹炼环节进行拉碳，进而对终点位置进行调整，到达终点时可将吹氧工序停止。在此技术应用过程，“拉碳”、“补吹”工艺的调整十分重要。因为中高碳钢内部含碳量相对较高，所以脱碳的速度也相对较快，这一现象为终点位置判别带来挑战，所以需要利用高拉碳这一方法。在技术应用阶段，应该按照吹炼环节特点，对于供氧时间、耗氧量等综合确认，之后按照不同钢种内部碳含量要求，采取拉碳措施。需要注意，碳规格应该略高，便于后期取样分析，之后利用此含碳量钢脱碳速度，对其采取补吹措施，使其可以达到终点品质要求。应用此方法完成终点控制，要求操作人员对于铁水内部磷、硫等物质含量进行合理把控，含磷量占据0.050%～0.080%之间；含硫量介于0.02%～0.03%之间。使用拉碳的方式对于钢铁进行冶炼，可以提高金属回收率，高效利用资源，二次利用原材料。

2.3 仪器定碳方法

仪器定探法的运用主要是利用气相质谱仪这种仪器，对于转炉内的气体进行分析，检测炉气成分，最终达到对钢水成分的连续预测目的。检测阶段，还可能利用红外分析仪，但是对比气相质谱仪，其准确率相对较低。应用此方法对于仪器精密度有较高要求，仪器使用环境要求也相对较高，因此造价成本高昂，尚未得到广泛运用。

运用质谱仪可以对烟气流量进行分析，计算出物料平衡点，根据上述数据，展开终点控制。分析过程需要利用氦气和氩气这类惰性气体，作为追踪气体。比如：使用氦气辅助测量的时候，质谱仪能够对气体展开追踪，进而获得烟气流量数据、成分信息等，由操作员分析数据，通过计算得出含碳量具体值，根据终点控制要求，对于生产工艺进行调整。需要注意，该方法应用需要保证炉气分析过程设备精度可靠，对于流量校正操作准确。为提高测量精度，可将成像法和光学法结合使用，该系统通常包括光强采集、图像采集、数据分析处理等模块。通过收集、提取和分析转炉炉颈图像的光强和图像信息，综合确定这些特征参数的变化与吹扫终点的对应关系，从而在线判断炉况。除此之外，应用此方法的优点就是能对钢水含量、氯气成分展开连续测定，有助于随时控制炼钢阶段废气含量。

3 转炉炼钢终点技术的应用

3.1 动态控制法

转炉冶炼中的动态监测主要是在转炉的静态监测技术上，并将其很好的应用到转炉生产上，在钢铁材料的后期吹炼中，采用到了辅枪、炉气分析仪、自动测温仪等设备进行检测。在对转炉进行吹扫过程中，转炉内的运行状态会随着时间发生变化，基于此，转炉会在线调整吹扫参数。目前，我国应用较为广泛的技术为动态控制技术，这是转炉内二次喷枪重点动态技术，与炉气分析终点动态控制技术。附加枪的终点动态技术，在转炉内的吹扫接近终点时，要将附加枪插入到熔池当中，检测熔池内的温度含量，同时，要对钢水进行样本气体，这其中就需要供氧量，以及制冷剂的用量，利用函数或者线性函数进行实时计算转炉中的钢水排污量，并确定出排除污水的地点。辅助枪的主要应用方法是通过测量钢水的实际成分与转炉内的温度来缩短控制炼钢时间，从而可以避免装炉内的回炉次数与转炉内的补吹次数，节约材料能源，减少人工强度，改善劳动条件和环境，降低消耗，提高生产效率。使用副炮动态控制技术原则上可以消除或减少各种因素的影响，例如转炉初始条件的波动、随机误差和系统误差。由于设备上的原因，副枪受限于炉口尺寸的大小，一般仅适用于100t 以上的转炉；此外，由于辅助喷枪采用结晶碳检测技术来测量钢水的碳含量，当钢的碳含量低时，测量精度高，而当钢的碳含量高时，测量精度低，精度较低，因此该技术一般适用于生产中低碳钢。转炉终点动态控制，基于炉气分析，是通过连续确定吹炼后期离开炉口的炉气成分来计算钢水的脱碳率，间接确定钢水的成分。钢水和钢水。钢温度，及时调整系统，调整预测吹扫终点，实现转炉炼钢终点动态控制。炉气分析终点动态控制技术可连续预测钢水碳含量和温度，动态调整控制系统，预测S、P 和钢渣等成分的变化，其设备安装为不受炉口大小的限制。终点钢水含碳量低时，测量精度和命中率高，一般在90%以上，但炉气分析设备设计复杂，维修保养困难，基础成本高。采用转炉炼钢动态控制，终点碳温达率一般可达70%～85%。

动态分析方法的应用能够对炼钢过程实时监控，该方法运用需要依托静态控制模型而展开。运用副枪动态控制技术，需要在转炉吹炼以后，使用副枪对于钢水温度、碳浓度进行测定，判断转炉处于终点位置含碳量要求所需的冷却量、吹氧量，进而利用函数对于吹炼过程进行分析，并且调整相关参数。动态控制在逻辑分析中的应用能够对转炉生产过程展开连续检测，以便根据生产需求调整参数。该方法运用能够及时将含碳量测定出来，还能将炼钢过程杂质成分测定出来，指导生产者准确控制终点，提高生产质量。

3.2 静态控制法

使用静态控制技术确认转炉炼钢的终点建立模型，模型精度高，控制效果越优越。该技术运用优势即为可在吹炼环节完成初始数据定量分析，将人工控制存在的不确定问题解决。然而，并不可以对于吹炼环节发生的变化展开监控或者调整。常用的模型如下：第一，增量模型，利用以往生产环节初态、目标状态的增量对于本炉操作变量进行初步确认，相关人员在操作过程，需要对参考炉次进行准确选取，为吹炼环节的热平衡计算提供支持。同时，还需兼顾本炉存在的变量差异，建立增量模型，获得生产数据，完成冷却量、吹氧量等计算。第二，统计模型，该控制方法应用需要做好前期准备，因为模型建立需要利用输入和输出量，针对二者展开参数分析。统计模型参数少，建立过程操作简便，前期需要参考较多的数据，才能保证终点确认准确率。第三，机理模型，该模型建立所需参数多，需要相关人员分析冶炼参数，通过计算获得热平衡数据，建立石灰、铁水、废钢之间的关系模型，所选参数多，控制不易，因而准确度较低。第四，神经网络，在科技的发展过程当中，神经网络在静态控制当中也有广泛应用，由于其具备自主学习能力、自组织能力等，可以接近非线性函数，能够为静态控制环节模型建立提供更多支持，在转炉终点控制自动控制阶段可以利用该模型。

3.3 自动控制法

目前，自动化炼钢主要采用基于辅助监控信息的静态和动态相结合的控制。动态控制的关键是准确预测转炉吹扫结束时的温度和碳，以及及时调整原料、辅料和氧气的添加量，从而提高吹扫结束时的命中率。逆变器制造核算数据可靠、准确、可操作，可分析处理，根据众多运行参数与数学模型的关系，确定对目标函数影响较大的运行参数。可以设置实现目标函数预测和反馈，这对于改进转炉冶炼过程的控制具有重要意义。

在转炉炼钢领域，自动控制技术在终点控制当中的应用属于先进的方法，终点控制准确率超过95%，所以受到高度关注。炼钢企业要保证炼钢质量，就需要对自动控制这项技术加大研发力度，在技术应用阶段，需要注意如下数据的监测：第一，对炉渣展开监测，并且对其状况进行灵活调整；第二，对于炉气展开在线分析，进而对熔池内部温度及含碳量数据进行精准判断；第三，利用神经网络、模糊判断等系统，对于控制模型进行调整；第四，使用副枪对钢水成分、温度展开动态控制，根据炼钢需求进行调整。

对于一个转炉炼钢系统，影响最终温度和碳含量的因素很多，而且这些因素之间的关系大多是非线性的。人工神经网络技术是处理非线性关系的先进技术，将其应用于转炉炼钢生产系统，开发人工智能转炉静态控制模型和动态模型，提高对复杂非线性关系模型的理解在钢铁生产过程中的各种因素之间，加工能力和对系统中随机因素变化的反应和适应能力，可以有效提高转炉终点的命中率。炉气分析法对于中高碳钢的命中率不高，在大型钢铁企业常与副枪配合使用。与大型转炉相比，世界上为数众多的中小型转炉受炉口尺寸、吹炼条件等因素影响，现在所使用的终点控制方法普遍是人工经验和静态模型，已经不能适应日益增长的钢铁质量等方面的要求。采用转炉炼钢自动控制，无须额外吹炼即可出钢，终点碳温达到85%以上。

4 结语

目前我国炼钢转炉技术正在趋于大型化，自动化水平发展伴随终点，控制技术的不断进步，许多先进智能的终点控制技术在大型钢铁企业得到了普遍的应用，例如马钢，鞍钢本钢等等。同时伴随炼钢技术的不断提升将炉气分析设备应用于转炉终点控制，结合腹部测温、碳检测技术的AI 模型，推动了转炉炼钢技术的快速发展，为大中型转炉端点监测提供了许多重要参考数据，实现了高端转炉炼钢生产点命中率。光学成像技术和智能控制方法的出现，它为确定中小型转炉的熔点提供了新的思路，但也受到制造条件的限制和模型本身的缺陷的影响，工业应用需要解决许多技术问题。应用。其他方面，该测量技术方法独特，优势明显，虽然存在一些问题，仅用于个别冶炼厂，但方法新颖，可为钢铁行业自主研发或外部技术拓展思路。不过就目前我国钢铁产能实际情况而言，还有很多小型转炉投入生产运行中，这些转炉的自动化水平较低，很多的冶炼都依旧沿用传统的经验控制终点，命中率较低，所以针对这些生产在用的中小型转炉开发和应用相关终点控制模型是具有实践意义的。未来我国转炉炼钢的发展趋势将是大型化，大型转炉应该更适合高效钢联铸生产。综上所述，研究终点控制技术在转炉炼钢生产阶段的应用对行业发展具有重要意义。随着科技的快速发展，更多先进的技术被应用其中，让终点控制的准确率更高，所以，行业人员应该深入研究不同技术的应用要求，做到科学应用，为行业发展助力。