畢 業 論 文論文題目：轉爐煉鋼生產技術系 別 冶金 專業年級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 日 期 2011年9月 目錄一、 引言3-4二、 主體4-5（一） 頂吹氧氣轉爐煉鋼工藝特點4-5（二） 轉爐設備5-8（三） 轉爐冶煉工藝53.1裝料制度5-63.2供氧制度63.3造渣制度6-73.4溫度制度7-83.5終點控制及合金化制度8（四）轉爐煉鋼流程介紹84.1轉爐冶煉目的8-94.2轉爐冶煉原理簡介9-104.3轉爐煉鋼主要工藝設備簡介10-114.4轉爐爐體工藝參數11-12（五）轉爐煉鋼氧槍槍位控制125.1前言12-135.2槍位控制13-165.3槍位自學習175.4仿真研究17-18（六）冶煉技巧18（七）轉爐耐火材料及護爐技術18-19（八）我國轉爐的發展狀況19-20（九）氧氣頂吹轉爐煉鋼鋼的品種和質量20-22三、總結轉爐煉鋼的科研方向23-24致謝25附件26轉爐煉鋼生產技術一、引言早在1856年德國人貝賽麥就發明了底吹酸性轉爐煉鋼法，這種方法是近代煉鋼法的開端，它為人類生產了大量廉價鋼，促進了歐洲的工業革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其發展受到了限制。1879 年出現 了托馬斯底吹堿性轉爐煉鋼法，它使用帶有堿性爐襯的轉爐來處理高磷生鐵。雖然轉爐法可 以大量生產鋼，但它對生鐵成分有著較嚴格的要求，而且一般不能多用廢鋼 。隨著工業 的進一步發展，廢鋼越來越多。在酸性轉爐煉鋼法發明不到十年，法國人馬丁利用蓄熱原理，在1864年創立了平爐煉鋼法，1888年出現了堿性平爐。平爐煉鋼法對原料的要求不那么嚴格，容量大，生產的品種多，所以不到20年它就成為世界上主要的煉鋼方法，直到20世紀50年代，在世界鋼產量中，約85%是平爐煉出來的。1952年在奧地利 出現純氧頂吹轉爐，它解決了鋼中氮和其他有害雜質的含量問題，使質量接近平爐鋼，同時減少了隨廢氣（當用普通空氣吹煉時，空氣含79 %無用的氮）損失的熱量，可以吹煉溫度較低的平爐生鐵，因而節省了高爐的焦炭耗量，且能使用更多的廢鋼 。由于轉爐煉鋼速度快（煉一爐鋼約10min，而平爐則需7h），負能煉鋼，節約能源，故轉爐煉鋼成為當代煉鋼的主流。 轉爐煉鋼(圖2)其實130年以前貝斯麥發明底吹空氣煉鋼法時，就提出了用氧氣煉鋼的設想，但受當時條件的限制沒能實現。直到20世紀50年代初奧地利的Voest Alpine公司才將氧氣煉鋼用于工業生產，從而誕生了氧氣頂吹轉爐，亦稱LD轉爐。頂吹轉爐問世后，其發展速度非常快，到1968年出現氧氣底吹法時，全世界頂吹法產鋼能力已達2.6億噸，占絕對壟斷地位。1970年后，由于發明了用碳氫化合物保護的雙層套管式底吹氧槍而出現了底吹法，各種類型的底吹法轉爐（如OBM，Q-BOP，LSW等）在實際生產中顯示出許多優于頂吹轉爐之處，使一直居于首位的頂吹法受到挑戰和沖擊。 頂吹法的特點決定了它具有渣中含鐵高，鋼水含氧高，廢氣鐵塵損失大和冶煉超低碳鋼 困難等缺點，而底吹法則在很大程度上能克服這些缺點。但由于底吹法用碳氫化合物冷卻噴嘴，鋼水含氫量偏高，需在停吹后噴吹惰性氣體進行清洗?；谝陨蟽煞N方法在冶金學上顯現出的明顯差別，故在20世紀70年代以后，國外許多國家著手研究結合兩種方法優點的頂底復吹冶煉法。繼奧地利人Dr.Eduard等于1973年研究轉爐頂底復吹煉鋼之后，世界各國普遍開展了轉爐復吹的研究工作，出現了各種類型的復吹轉爐，到20世紀80年代初開始正式用于生產。由于它 比頂吹和底吹法都更優越，加上轉爐復吹現場改造 比較容易，使之幾年時間就在全世界范圍得到普遍應用，有的國家（如日本）已基本上淘汰了單純的頂吹轉爐。 傳統的轉爐煉鋼過程是將高爐來的鐵水經混鐵爐混勻后兌入轉爐，并按一定 比例裝入廢鋼，然后降下水冷氧槍以一定的供氧、槍位和造渣制度吹氧冶煉。當達到吹煉終點時，提槍倒爐，測溫和取樣化驗成分，如鋼水溫度和成分達到 目標值范圍就 出鋼。否則，降下氧槍進行再吹。在出鋼過程中，向鋼包中加入脫氧劑和鐵合金進行脫氧、合金化。然后，鋼水送模鑄場或連鑄車間鑄錠。 轉爐煉鋼(圖3)隨著用戶對鋼材性能和質量的要求越來越高，鋼材的應用范圍越來越廣，同時鋼鐵生產企業也對提高產品產量和質量，擴大品種，節約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，轉爐生產工藝流程發生了很大變化。鐵水預處理、復吹轉爐、爐外精煉、連鑄技術的發展，打破了傳統的轉爐煉鋼模式。已由單純用轉爐冶煉發展為鐵水預處理復吹轉爐吹煉爐外精煉連鑄這一新的工藝流程。這一流程以設備大型化、現代化和連續化為特點。氧氣轉爐已由原來的主導地位變為新流程的一個環節，主要承擔鋼水脫碳和升溫的任務了。二、主體：轉爐煉鋼的主要生產力（一）、頂吹氧氣轉爐煉鋼工藝特點：完全依靠鐵水氧化帶來的化學熱及物理熱;生產率高（冶煉時間在20分鐘以內）；質量好（*氣體含量少：（因為CO的反應攪拌，將N、 H除去）可以生產超純凈鋼,有害成份（S、P、N、H、O）80ppm； 冶煉成本低，耐火材料用量比平爐及電爐用量低；原材料適應性強，高P、低P都可以。 （二）、轉爐設備：轉爐爐體及轉爐傾動系統鐵水、廢鋼、散狀材料設備氧槍提升機構轉爐爐體及轉爐傾動系統（三）、轉爐冶煉工藝：轉爐冶煉五大制度： 裝料制度、供氧制度、造渣制度、溫度制度、終點控制及合金化制度。3.1、裝料制度確定合理的裝入量，需考慮的兩個參數：爐容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t轉爐)；熔池深度：需大于氧氣射流的沖擊深度 800-2000mm (30-300t轉爐)裝料制度：定量裝入、定深裝入；分階段定量裝入。分階段定量裝入：150爐，51200爐，200爐以上，槍位每天要校正。交接班看槍位。3.2、供氧制度基本操作參數供氧強度Nm3/t.min氧氣流量 Nm3/h操作氧壓 Mpa氧槍槍位 m 供氧強度(Nm3/t.min) 決定冶煉時間，但太大，噴濺可能性增大，一般3.0-4.0。氧氣流量大小(Nm3/h)： 裝入量，C、Mn、Si的含量，由物料平衡計算得到，50-65Nm3/h。氧壓(Mpa) 噴頭的喉口及馬赫數一定，P大，流量大,有一范圍 0.81.2Mpa。氧槍槍位，由沖擊深度決定，1/3-1/2噸鋼耗氧量計算： C Si Mn P S鐵水成分 .0 . . . .成品成分 . . . . 轉爐公稱容量為100噸時，爐渣量為 ：1001010噸鐵損耗氧量101516/(1656)0.33噸CCO 耗氧量100(4.30%-0.20%)90%16/12=4.92噸 CCO2 耗氧量 100(4.30%-0.20%)10%32/12=1.09噸SiSiO2耗氧量 1000.8%32/28=0.914噸MnMnO耗氧量1000.2%16/55=0.058噸PP2O5 耗氧量1000.13%(165)/(312)=0.168噸S 1/3被氣化為SO2, 2/3與CaO反應生成CaS進入渣中, 則S不耗氧。總耗氧量 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48噸/1.4295236Nm3實際耗氧量5236/0.9/99.5%=5847Nm3實際噸鋼耗氧量5847/100=58.37Nm3/t兩種操作方式：軟吹：低壓、高槍位，吹入的氧在渣層中，渣中FeO升高、有利于脫磷；硬吹：高壓低槍位(與軟吹相反)，脫P不好，但脫C好，穿透能力強，脫C反應激烈 。氧槍操作方式氧槍操作就是調節氧壓和槍位。氧槍的操作方式： 衡槍變壓 ：壓力控制不穩定，閥門控制不好； 恒壓變槍：壓力不變，槍位變化，目前主要操作方式3.3、造渣制度煉鋼就是煉渣。造渣的目的：通過造渣，脫P、減少噴濺、保護爐襯。造渣制度：確定合適的造渣方式、渣料的加入數量和時間、成渣速度。渣的特點：一定堿度、良好的流動性、合適的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣造渣方式：單渣法：鐵水Si、P低，或冶煉要求低。雙渣法：鐵水Si、P高，或冶煉要求高。留渣法：利用終渣的熱及FeO，為下爐準備。成渣速度轉爐冶煉時間短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是決定冶煉速度的重要因素。石灰的熔解： 開始吹氧時渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 JK（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1）形成2CaO*SiO2，難熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰熔化。因為可降低爐渣粘度，破壞2CaO*SiO2的存在。采用軟燒活性石灰、加礦石、螢石及吹氧加速成渣。 成渣途徑鈣質成渣 低槍位操作，渣中FeO含量下降很快，碳接近終點時，渣中鐵才回升。 適用于低磷鐵水、對爐襯壽命有好處。鐵質成渣過程 高槍位操作，渣中FeO含量保持較高水平，碳接近終點時，渣中鐵才下降。 適用于高磷鐵水、對爐襯侵蝕嚴重；FeO高，爐渣泡沫化嚴重，易產生噴濺。吹煉過程熔池渣的變化3.4、溫度制度溫度控制就是確定冷卻劑加入的數量和時間影響終點溫度的因素： 鐵水成分:%Si=0.1,升高爐溫約15 鐵水溫度：鐵水溫度提高10，鋼水溫度約提高6 （30t） 鐵水裝入量：每增加1噸鐵水，終點鋼水溫度約提高8 （30t） 廢鋼加入量：每增加1噸廢鋼，終點鋼水溫度約下降45 （30t）此外，爐齡、終點碳、吹煉時間、噴濺等有影響溫度控制措施：熔池升溫：降槍脫C、氧化熔池金屬鐵。金屬收到率降低；熔池降溫： 加冷卻劑(礦石、球團礦、氧化鐵皮、廢鋼)；廢鋼冶煉時一般不加。3.5、終點控制及合金化制度：終點控制指終點溫度和成分的控制終點標志： 鋼中碳含量達到所煉鋼種的控制范圍 鋼中P達到要求 出鋼溫度達到要求終點控制方法：終點碳控制的方法： 一次拉碳法、增碳法、高拉補吹法。一次拉碳法：按出鋼要求的終點碳和溫度進行吹煉，當達到要求時提槍。操作要求較高。優點：終點渣FeO低，鋼中有害氣體少，不加增碳劑，鋼水潔凈。氧耗較小，節約增碳劑。增碳法：所有鋼種均將碳吹到0.05%左右，按鋼種加增碳劑。優點：操作簡單，生產率高，易實現自動控制，廢鋼比高。高拉補吹法：當冶煉中，高碳鋼種時，終點按鋼種規格略高一些進行拉碳，待測溫、取樣后按分析結果與規格的差值決定補吹時間。終點溫度確定：所煉鋼種熔點： T1538Tj T: 鋼中某元素含量增加1時使鐵的熔點降低值， j鋼中某元素含量?？紤]到鋼包運行、鎮靜吹氬、連鑄等要求（四）、轉爐煉鋼流程介紹轉爐煉鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使爐內達到足夠高的溫度。因此轉爐煉鋼不需要另外使用燃料。煉鋼的基本任務是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調整”（成分和溫度）。采用的主要技術手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。本專題將詳細介紹轉爐煉鋼生產的工藝流程，主要工藝設備的工作原理以及控制要求等信息。由于時間的倉促和編輯水平有限，專題中難免出現遺漏或錯誤的地方，歡迎大家補充指正。4.1、 轉爐冶煉目的： 將生鐵里的碳及其它雜質（如：硅、錳）等氧化，產出比鐵的物理、化學性能與力學性能更好的鋼。鋼與生鐵的區別：首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點在1450-1500，而生鐵的熔點在1100-1200。在鋼中碳元素和鐵元素形成Fe3C固熔體，隨著碳含量的增加，其強度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。鋼具有很好的物理、化學性能與力學性能，可進行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。 氧氣頂吹轉爐煉鋼設備工藝：如圖4所示。按照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內，吹入氧氣（純度大于99的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發生氧化反應，除去雜質。用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮氣的 影響而使鋼質變脆，以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。在除去大部分硫、磷后，當鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準備出鋼。出鋼時使爐體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進行脫氧和調節成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。 氧氣頂吹轉爐在煉鋼過程中會產生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等。因此，必須加以凈化回收，綜合利用，以防止污染環境。從回收設備得到的氧化鐵塵?？梢杂脕頍掍摚灰谎趸伎梢宰骰ぴ匣蛉剂希粺煔鈳С龅臒崃靠梢愿碑a水蒸氣。此外，煉鋼時，生成的爐渣也可以用來做鋼渣水泥，含磷量較高的爐渣，可加工成磷肥，等等。氧氣頂吹轉爐煉鋼法具有冶煉速度快、煉出的鋼種較多、質量較好，以及建廠速度快、投資少等許多優點。但在冶煉過程中都是氧化性氣氛，去硫效率差，昂貴的合金元素也易被氧化而損耗，因而所煉鋼種和質量就受到一定的限制。 4.2、轉爐冶煉原理簡介： 轉爐煉鋼是在轉爐里進行。轉爐的外形就像個梨，內壁有耐火磚，爐側有許多小孔（風口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內，又叫做側吹轉爐。開始時，轉爐處于水平，向內注入1300攝氏度的液態生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉動轉爐使它直立起來。這時液態生鐵表面劇烈的反應，使鐵、硅、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內。幾分鐘后，當鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現巨大的火焰。最后，磷也發生氧化并進一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現四氧化三鐵的褐色蒸汽時，表明鋼已煉成。這時應立即停止鼓風，并把轉爐轉到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進行脫氧。整個過程只需15分鐘左右。如果氧氣是從爐底吹入，那就是底吹轉爐；氧氣從頂部吹入，就是頂吹轉爐。 轉爐冶煉工藝流程簡介：轉爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設備等并進行必要的修補和修理；（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；35min后硅錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；（4）35min后加入第二批渣料繼續吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒爐，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。4.3、轉爐煉鋼主要工藝設備簡介：轉爐（converter） 爐體可轉動，用于吹煉鋼或吹煉锍的冶金爐。轉爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內襯耐火材料，吹煉時靠化學反應熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設備，也可用于銅、鎳冶煉。 AOD精煉爐AOD即氬氧脫碳精煉爐，是一項用于不銹鋼冶煉的專有工藝。AOD爐型根據容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。裝備水平也由半自動控制發展到智能計算機控制來冶煉不銹鋼。VOD精煉爐VOD精煉爐（vacuumoxygen decarburization),是在真空狀態下進行吹氧脫碳的爐外精煉爐，它以精煉鉻鎳不銹鋼、超低碳鋼、超純鐵素體不銹鋼及純鐵為主。將初煉鋼液裝入精煉包中放入密封的真空罐中進行吹氧脫碳、脫硫、脫氣、溫度調整、化學元素調整。LF精煉爐LF（ladle furnace) 爐是具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉爐。加熱一般通過電極加熱，攪拌是通過底部透氣磚進行的。轉爐傾爐系統傾爐系統:變頻調速(變頻器+電機+減速機+大齒輪) 傾爐機構：傾爐機構由軌道、傾爐油缸、搖架平臺、水平支撐機構和支座等組成。4.4、轉爐爐體工藝參數轉爐爐體4.1.1爐體總高（包括爐殼支撐板）：7050mm4.1.2爐殼高度：6820mm4.1.3爐殼外徑：4370mm4.1.4高寬比: H/D=1.564.1.5爐殼內徑：4290mm4.1.6公稱容量：50t4.1.7有效容積：39.5m34.1.8熔池直徑: 3160mm4.1.9爐口內徑：1400mm4.1.10出鋼口直徑：140mm4.1.11出鋼口傾角(與水平):204.1.12爐膛內徑：3160mm4.1.13爐容比:0.79m3 /t.s4.1.14熔池深度：1133mm4.1.15爐襯厚度：熔池：500mm 爐身：500mm 爐底：465mm 爐帽：550mm4.1.16爐殼總重：77.6t4.1.17爐襯重量：120t4.1.18爐口結構：水冷爐口4.1.19爐帽結構：水冷爐帽4.1.20擋渣板結構：雙層鋼板焊接式4.1.21托圈結構：箱式結構（水冷耳軸）傾動裝置型式：四點嚙合全懸掛扭力桿式（交流變頻器調速）最大工作傾動力矩：100t*m最大事故傾動力矩：300t*m傾動角度：360傾動速度：0.21r/min（五）、轉爐煉鋼氧槍槍位控制在整個煉鋼過程中，氧槍槍位是一個非常重要的參數，它直接關系到煉鋼過程中的脫碳、造渣、升溫以及噴濺的發生，因此，必須很好地控制氧槍的槍位，使煉鋼過程得以平穩進行。5.1、前言(1）.氧槍介紹氧槍又稱噴槍或吹氧管，是轉爐吹氧設備中的關鍵部件，它由噴頭（槍頭）、槍身（槍體）和槍尾組成。轉爐吹煉時，噴頭必須保證氧氣流股對熔池具有一定的沖擊力和沖擊面，使熔池中的各種反應快速而順利的進行。(2).槍位對煉鋼的重要性在轉爐煉鋼整個爐役中，隨著煉鋼爐次的增加，爐襯由于受到侵蝕不斷變薄，爐容不斷增大，因此，每隔一定爐次對熔鋼液面進行測定，根據裝入制度(定深裝入或定量裝入)及測定結果確定氧槍高度，而在兩次測定期間，氧槍高度保持不變。同時，在具體每一個爐次中，按照吹煉的初期、中期和末期設定若干不同高度1，而在每一時間段內，其高度是不變的。由于在轉爐煉鋼過程中要向爐內分期分批加入造渣劑、助熔劑(初期)等造渣材料和冷卻劑(末期)，使爐內狀況發生變化，相當于加入一個擾動，同時在不同階段，渣的泡沫程度及粘度也不同，而目前的固定氧槍高度吹煉不能及時適應這些情況，從而使爐內的反應及退渣不能平穩地進行。造渣是轉爐煉鋼過程中的一項重要內容，渣的好壞直接關系到煉鋼過程能否順利進行，有時甚至造成溢渣或噴濺，從而降低鋼的收得率以及粘槍，因此要盡量避免溢渣和噴濺。另一方面，固定槍位的吹煉模式也無法適應鐵水、廢鋼、造渣材料等化學成分變化引起反應狀況的不同。針對轉爐煉鋼過程中固定槍位所存在的問題，我們采用模糊控制的方法使氧槍槍位根據爐內的具體情況進行連續調節，同時針對轉爐煉鋼是一爐一爐進行的，爐與爐之間既不完全相同又有聯系的特點，采用自學習技術確定每一爐次氧槍的槍位，使轉爐煉鋼過程平穩進行，從而提高碳溫命中率。 5.2/槍位控制目前，轉爐煉鋼氧槍槍位一般是根據吹煉狀況分段設定的1。在每一段中，槍位不再變化，如圖1所示。在本文中，根據轉爐煉鋼的不同階段采用不同的控制策略。在吹煉初期和中期，由于分批加入造渣材料和助熔劑，且渣高與聲音具有明確的反比關系，因此采用模糊控制調節槍位。而在吹煉末期，則采用較低的固定槍位進行吹煉，以利于石灰進一步渣化，使脫碳反應按擴散進行，渣鋼反應趨于平衡，爐內鋼水成分和溫度得以均勻。在初、中期的模糊控制中仍然采用這種分段設定的槍位作為基本設定，而在每一段中，根據爐況采用模糊控制對槍位進行自動調節，即u=u0+u，其中u為要控制的氧槍槍位，u0為每個階段設定的基本槍位，u為對槍位的調整量。（1). 氧槍升降要求為適應轉爐吹煉工藝要求，在吹煉過程中，氧槍需要多次升降一調整槍位。轉爐對氧槍升降機構提出了要求，應具有合適的升降速度并可以變速，并能保證氧槍升降平穩、控制靈活、操作安全。氧槍漏水等出現故障時能快速更換氧槍、結構簡單便于維護。(2）.聲音測量槍位在轉爐煉鋼過程中，由于吹入轉爐的氧氣(頂底復吹轉爐還要在底部吹入氮氣、二氧化碳、氬氣等氣體)的攪拌作用以及爐內發生的強烈氧化等反應，使得煉鋼期間發出很強的聲音，聲音的大小與爐內狀況有著明確的對應關系，聲音的強度與爐渣高度成反比，尤其是在吹煉的初期和中期，這種關系更為準確2，因此可以通過測量聲音準確了解爐內情況，以便更好地控制吹煉過程。測聲儀的麥克風安裝在位于爐口處的爐墻內，運行頻率為18022.5Hz(3).模糊子集及隸屬函數的選取將測得的聲音的偏差及偏差變化率進行歸一化，并選取聲音的偏差SE及其變化率SC的模糊子集分別為SE:NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB=Se-3,Se-2,Se-1,Se0,Se1,Se2,Se3Sei,iI=-3,-2,-1,0,1,2,3SC：NB，NS，ZE，PS，PBSc-2,Sc-1,Sc0,Sc1,Sc2Scj，jJ=-2,-1,0,1,2偏差SE及其變化率SC的隸屬函數選如圖2所示的三角形隸屬函數。(4).模糊推理采用T-S確定性模糊推理，其推理規則為if SE is Sei and SC is Scj then u is uij其中uij為確定的函數或確定的實數，而非模糊集。設Ai(Se)和Bj(Sc)分別為偏差及偏差變化率的隸屬函數，采用乘積求和推理方法，得模糊控制規則前提部分的真值為fij=Ai(Se)Bj(Sc)(1)從上述推理中得到的控制量uij為一個具有有限個點的離散模糊集。u=fij/uij,iI,jJ(2)采用重心法解模糊，得將(1)式代入(3)式得在上式中，由于選擇了圖2所示的三角形隸屬函數，不失一般性，對于任意一個點，只有兩個模糊子集中的隸屬度不為0，且隸屬度之和為1(如果在兩端，則只有一個模糊子集中的隸屬度為1，屬于其它模糊子集的隸屬度為0)，因此分母中只有四項不為0，即有故(4)式可簡化為根據轉爐煉鋼中聲強與渣高成反比及操作工的經驗，為使轉爐煉鋼穩定進行，防止發生噴濺及強烈火花，得到模糊控制規則如表1所示。在表中，uij為正意味著提槍，uij為負意味著降槍。（5）、量化因子的選取及自調整采用模糊控制的氧槍槍位控制系統如圖3所示(見下頁)。由于在轉爐煉鋼過程中，每個階段聲音大小不同，基本槍位不同，因此聲音的給定值S與一般恒值控制系統不同，它隨著冶煉進程而不斷變化。在吹煉初期，聲音的給定值比較大，隨著冶煉的進行，給定值逐漸減小，到吹煉中期和后期，聲音的給定值基本不變，維持在一個較小的數值。為了適應這一情況，使得在整個冶煉過程中誤差及其變化率都能比較均勻地歸一化到1，1的整個區間內，提高系統的控制精度，對量化因子進行調整。選誤差SE的量化因子K11Se，誤差變化率SC的量化因子K21Sc，其中Se和Sc分別為誤差及誤差變化率的基本論域，比例因子K3uh,uh為控制量即氧槍移動范圍。由于聲音誤差范圍隨著給定值的變小而變小，因此在吹煉中后期為了提高控制能力，應加大誤差的量化因子，否則就會使量化后的誤差很難進入到較大的模糊子集內，無法實現有效的控制。因為S隨著吹煉的進行逐漸減小，到一定階段開始穩定，所以使K11Se=1S，從而實現了對誤差量化因子的自調整。由于給定的聲音大小及基本槍位對聲音誤差變化率影響不大，故在整個吹煉過程中不改變K2的大小。對于比例因子K3，為了適應K1變化對模糊控制輸出的影響，使得在同樣的聲音誤差情況下，不因K1的增大而使氧槍移動過大，因此比例因子K3應隨著K1的增大而減小，故使K3uhK0S，其中K0為系數，根據本爐次槍位設定值及給定的聲音最大值確定。比例因子及量化因子經過上述的臊調整，使得在吹煉中后期對聲音誤差的靈敏度增加，提高了控制精度。5.3、槍位自學習轉爐煉鋼是一爐一爐進行的，在每一爐的冶煉過程中，它是一個連續升溫脫碳過程，與連續工業過程有些類似，但冶煉時間比較短，被控量是不斷變化的，爐與爐之間沒有本質的必然聯系，每爐的冶煉獨立進行，因此從整體上看，與連續工業過程又有著明顯的區別。另一方面，它又具有某些斷續工業的特點，每一爐相當于一個加工工件，但它又絕不是斷續工業。從上面的分析可以看出，轉爐煉鋼既不同于連續工業和斷續工業，與它們又有一定的聯系，因此轉爐煉鋼是介于連續工業過程和斷續工業過程之間的一類復雜工業過程，這就使得其控制具有一定的特殊性?；谵D爐煉鋼爐與爐之間的聯系，利用自學習技術確定下一爐次槍位模式，可以很好地反映爐襯變化及原材料化學成分波動給冶煉帶來的影響，使冶煉過程更加平穩。槍位的學習采用迭代自學習3。設yd(k,j)為一個爐役中第k爐第j段時設定的基本槍位，y(k,j)為第k爐第j段時的實際槍位(指第j段的平均槍位)，其差值為y(k,j)=y(k,j)-yd(k,j)，說明槍位設定存在偏差，應修改下一爐的槍位設定高度，進行槍位自學習。學習過程中，槍位的確定使用加權移動平均算法4。這種方法的優點是需要數據量少，并且非常穩定，因而所需計算機內存和計算量都比較小。取前邊最近四爐的實際氧槍高度的加權平均值作為下一爐氧槍高度設定值，即yd(k+1,j)=a1y(k,j)+a2y(k-1,j)+a3y(k-2,j)+a4y(k-3,j)(7)其中a1、a2、a3、a4為加權因子，且有a1a2a3a41。另外前邊最近四爐指的是吹煉過程平穩、無較大或大噴、終點碳溫同時命中且所煉鋼種相同的爐次，每煉一爐鋼都要根據吹煉結果對所選爐次更新一次，以保證總是使用最新四爐的數據，這樣可以充分反映爐襯、鐵水、廢鋼、造渣材料等的最新變化，消除了各種異常情況等隨機因素的影響，使氧槍設定更能適應生產實際，提高煉鋼過程的穩定性和終點命中率。5.4、仿真研究對一座15t轉爐進行仿真研究，仿真結果如圖4所示。圖中右側縱坐標為聲音給定值(標幺值)，曲線1為聲音給定，曲線2為基本槍位設定，曲線3為實際氧槍高度。圖4(a)為沒有造渣材料加入時氧槍高度變化情況，圖4(b)給出了在第2分鐘、第4分鐘和第7分鐘分3次加入造渣材料時氧槍高度變化情況。由上圖可得出結論；煉鋼期間會發出很強的聲音，這種聲音的大小與爐內狀況存在著明確的對應關系，聲音的強度與爐渣高度成反比，尤其是在吹煉的初期和中期，這種關系更為準確。在轉爐煉鋼過程中，氧槍是必不可少的設備，氧槍的槍位直接關系到脫碳、升溫及冶煉過程的平穩進行。采用模糊控制根據爐內狀況對氧槍位進行連續調節，克服了固定槍位不能及時適應爐況變化的缺點，同時利用轉爐煉鋼是一爐一爐進行的，爐與爐之間存在著一定的聯系的特點，使用迭代自學習技術修改槍位的設定，適應了爐襯變薄及煉鋼原料化學成分波動帶來的不利影響，減少噴濺的發生，使氧槍槍位在整個爐役期間始終處于最優位置。（六）、冶煉技巧：鋼液碳的判斷方法：取樣分析、磨樣、看火花、付槍。鋼液磷的判斷方法：取樣分析、渣的顏色及氣孔；鋼液溫度判斷方法：接觸熱電偶、看爐口火焰、看鋼液顏色、讀秒表。鋼液顏色：白亮、青色、淺蘭、深蘭、紅色（七）、轉爐耐火材料及護爐技術：耐火材料分類：堿性耐火材料(MgO)，酸性耐火材料(SiO2)，中性耐火材料(碳質及鉻質)耐火材料的主要性質：耐火度、荷重軟化溫度、耐壓強度、抗熱震性、熱膨脹性、導熱性、抗渣性、氣孔率等。爐襯壽命：爐襯壽命影響轉爐的工作時間及生產成本。爐齡是鋼廠一重要生產技術指標。爐襯損壞的原因：鐵水、廢鋼及爐渣等的機械碰撞和沖刷，爐渣及鋼水的化學侵蝕，爐襯自身礦物組成分解引起的層裂，急冷急熱等因素。提高爐齡的措施：耐材質量；系統優化煉鋼工藝；補爐工藝新工藝：濺渣護爐工藝，九十年代，美國開發成功轉爐濺渣護爐技術，在我國達到最高效益，爐齡30000. 濺渣護爐的基本原理：是利用高速氮氣把成分調整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面形成濺渣層。濺渣層固化了鎂碳磚表層的脫碳層，抑制了爐襯表層的氧化，并減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕。（八）、我國轉爐的發展概況：1951年堿性空氣側吹轉爐煉鋼法首先在我國唐山鋼廠試驗成功，并于1952年投入工業生產。1954年開始廠小型氧氣頂吹轉爐煉鋼 的試驗研究工作，1962年將首鋼試驗廠空氣側吹轉爐改建成3t氧氣頂吹轉爐，開始了工業性試驗。在試驗取得成功的基礎上，我國第一個氧氣頂吹轉爐煉鋼車間（230t）在首鋼建成，于1964年12月26日投入生產。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建 了一批3.55t的小型氧氣頂吹轉爐。1966年上鋼一廠將原有的一個空氣側吹轉爐煉鋼車間，改建成3座30t的氧氣頂吹轉爐煉鋼車間，并首 次采用了先進的煙氣凈化回收系統，于當年8月投入生產，還建設了弧形連鑄機與之相配套，試驗和擴大了氧氣頂吹轉爐煉鋼 的品種。這些都為我 國日后氧氣頂吹轉爐煉鋼技術的發展提供了寶貴經驗。此后，我國原有的一些空氣側吹轉爐車 間逐漸改建成中小型氧氣頂吹煉鋼車 間，并新建了一批中、大型氧氣頂吹轉爐車 間。小型頂吹轉爐有天津鋼廠20t轉爐、濟南鋼廠13t轉爐、邯鄲鋼廠15t轉爐、太原鋼鐵公司引進 的50t轉爐、包頭鋼鐵公司50t轉爐、武鋼50t轉爐、馬鞍山鋼廠50t轉爐等；中型的有鞍鋼150t和180t轉爐、攀枝花鋼鐵公司120t轉爐、本溪鋼鐵公司120t轉爐等；20世紀80年代寶鋼從日本引進建成具70年代末技術水平的300t大型轉爐3座、首鋼購入二手設備建成210t轉爐車間；90年代寶鋼又建成250t轉爐車間，武鋼引進250轉爐，唐鋼建成150轉爐車間，重鋼和首鋼又建成80t轉爐煉鋼車間；許多平爐車間改建成氧氣頂吹轉爐車間等。到1998年我國氧氣頂吹轉爐共有221座，其中100t以下的轉爐有188座，（5090t的轉爐有25座），100-200t的轉爐有23座，200t以上的轉爐有10座，最大公稱噸位為300t。頂吹轉爐鋼占年總鋼產量的82.67%。 （九）氧氣頂吹轉爐煉鋼鋼的品種和質量： 鋼中氣體和夾雜物是評價鋼的冶金質量的主要指標。氧氣頂吹轉爐煉鋼反應速率快，沸騰激烈，所以鋼中H、N、O含量較低，H為(35)10-4，N為(24)10-3，低碳鋼O為006010。夾雜物和脫氧及凝固操作有關。影響頂吹轉爐鋼含氮量的重要因素是氧氣純度，由表4數據可以看出。所以用于轉爐煉鋼的氧氣應該是99以上的純氧。 低碳鋼是轉爐煉鋼的主要產品。由于轉爐脫碳快，鋼中氣體含量低，所以鋼的塑性和低溫塑性好，有良好的深沖性和焊接性能。用轉爐鋼制造熱軋薄板、冷軋薄板、鍍鋅板、汽車板、冷彎型鋼、低碳軟鋼絲等，都具有良好的性能。 轉爐冶煉中、高碳鋼雖然有一些困難，但也能保證鋼的質量。轉爐鋼制造的各種結構鋼、軸承鋼、硬鋼絲等都已廣泛使用。冶煉高碳鋼的困難是拉碳和脫磷。在CO2時靠經驗拉碳很難控制準確，如果有副槍可借副槍控制，沒有副槍時需要爐前快速分析，這就耽誤了時間。高碳鋼終點(FeO)低，脫磷時間短，因此需要采用雙渣操作，即在脫碳期開始時放掉初期渣，把前期進入渣中的磷放走，然而雙渣操作損失大量熱量和渣中的鐵，沒有特殊必要不宜采用。增碳法是冶煉中、高碳鋼的另一種操作法，這時吹煉操作和低碳鋼一樣，只是在鋼包內用增碳劑增碳，使含碳量達到丘岡紳的要求。增碳劑為焦炭，石油焦等。中碳鋼的增碳量小，容易完成。高碳鋼增碳要很好控制，但軌鋼、硬線等用增碳法冶煉可以保證質量合乎要求。 轉爐冶煉低合金鋼沒有特殊困難。冶煉合金鋼時，因為合金化需要加入鋼包的鐵合金數量大。會降低鋼水溫度，而過分提高出鋼溫度又使脫磷不利。所以冶煉合金鋼應與爐外精煉相結合用鋼包爐完成合金化。另外，隨著對鋼的成分的控制要求不斷嚴格，為減少鋼性能的波動，要求成分范圍越窄越好。這也需要在鋼包精煉時進行合金成分微調的操作。 頂吹轉爐冶煉超低碳鋼（0.03C）尚有困難。首先因為在臨界含碳量以下，脫碳速率下降，熔池攪拌減弱，加強供氧只能促使鐵氧化而不能使碳去除。其次，CO=0.0025，當C=0.01時，O=0.25，已經是0的飽和濃度，也就是說0.01C是脫碳的理論極限。如果要進一步脫碳，必須降低氣相的CO分壓，這需要采用爐外精煉的方法來完成。8 主要技術經濟指標以150300t轉爐為例，主要技術經濟指標如下： 冶煉周期30min其中：吹氧時間1820min氧氣消耗4858m3/t鋼鐵料消耗10961150kg/t廢鋼比20%30%石灰石消耗（包括白云石）60-70kg/t螢石消耗1.53.0kg/t鐵礦石消耗3050kg/t爐襯耐火材料消耗37kg/t電耗912kwh/t年產量（單位公稱噸位）1000015000t三、總結：轉爐煉鋼的科研方向提高鋼水潔凈度，即大大降低吹煉終點時的各種夾雜物含量，要求S低于0.005%；P低于0.005%，N低于20ppm。提高化學成分及溫度給定范圍的命中精度，為此采用復合吹煉、對熔池進行高水平攪拌并采用現代檢測手段及控制模型。減少補吹爐次比例，降低噸鋼耐材消耗。 鐵水預處理對改進轉爐操作指標及提高鋼的質量有著十分重要的作用。美國及西歐各國鐵水預處理只限于脫硫，而日本鐵水預處理則包括脫硫、脫硅及脫磷。例如1989年日本經預處理的鐵水比例為：NKK公司京濱廠為55%，新日鐵君津廠為74%，神戶廠為85%，川崎千葉廠為90%。 日本所有轉爐鋼廠，美國、西歐各國的幾十家鋼廠以及其它國家的所有新建鋼廠，在轉爐上都裝有檢測用的副槍，在預定的吹煉時間結束前的幾分鐘內正確使用此槍可保證極高的含碳量及鋼水溫度命中率，使90%-95%的爐次都能在停吹后立即出鋼，即無需再檢驗化學成分，當然也就無需補吹。此外，這也使產量提高，使補襯磨損大大減少。 復合吹煉能促進各項冶煉參數穩定，因而在許多國家得到推廣。80年代初期誕生于盧森堡和法國的LBE煉鋼法，除原型方案外，相繼演化出一系列派生工藝，有20多種名稱，例如：STB、LDKC、BAP、TBM、LDOTB、LDCB、KBOP、KOBM、LET等。無論是LBE原型，還是各派生工藝，實踐證明它們有其各自的優勢。LBE、LDKC、BAP、TBM這些方法實際無差別都是爐頂吹氧及經爐底噴人氬氣。還有一些方法是從爐底輸入一氧化碳、二氧化碳、氧氣。各種復合吹煉工藝可用以下數字（轉爐座數）說明其推廣情況。1983年63座，1988年140座，1990年228座。奧地利、澳大利亞、比利時、意大利、加拿大、盧森堡、葡萄牙、法國、瑞士、韓國等這些國家全部或幾乎全部轉爐都采用復合吹煉。 單純底吹的氧氣煉鋼法（QBOP、OBM、LWS）未能推廣。1983年運行的這類轉爐有26座，而到1990年只剩下18座。 日本采用所謂的吹洗法，即在爐頂吹氧結束時，接著從爐底吹氬，使鋼水中碳含量達到0.01%。這對汽車用鋼、薄板用鋼及電工用鋼的冶煉尤為重要。 值得注意的是，日本正在開發復合吹煉條件下調控冶煉過程用的新方法及新設備。其中有利用爐頂氧槍里的光纜隨吹煉進程連續監測鋼中錳含量；利用裝于爐底的光纖傳感器以及利用所排氣體信息連續監測鋼水溫度；并在進行噴濺預測及預防方面的研究。 神戶制鋼公司開發的噴濺預測是以頂吹氧槍懸吊系統的檢測為基礎。日本NKK公司京濱廠是通過對出鋼口的監測來減輕噴濺。當熔渣猛烈上浮時，視頻信號發出往爐內添煤或石灰石的指令。比較好用的材料（從平息熔池的時間來說）是煤。 轉爐爐襯壽命是極為重要的課題。日本、美國及西歐各國資料分析表明，影響爐襯磨損的各項冶煉參數，例如后期渣氧化度、堿度及吹煉終點時鋼水溫度，各國鋼廠之間并無大的差別。只有通過用副槍檢測方可將對爐襯最為有害的后吹時間從10-15min減少到1-3min及消除補吹。 致謝本論文是在導師 老師的悉心指導下完成的。導師淵博的專業知識，嚴謹的治學態度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向導師表示崇高的敬意和衷心的感謝！附件：1轉爐生產工藝流程圖：2轉爐煉鋼方法的發展演變 ： 畢業設計（論文）成績評定表姓名系別專業設計（論文）題目評語該論文選題有（重要/較重要/一定/不明顯）的理論意義或（有較大的/有一定的/無）應用價值。閱讀文獻（充分/滿足要求/少），綜述能力（強/較強/一般/差），（全面了解/了解/基本了解/不了解）本領域國內外學術動態。論文（有嚴密的/有一定的/缺少）理論分析，理論思維能力（強/較強/一般/差），邏輯（嚴密/合理/不合理），（有、無）新見解。論文寫作條理（清晰/較清晰/一般），層次（分明/一般/混亂），文筆（流暢/一般/較差），（符合科技寫作規范/不符合規范之處較多）。論文不足：該論文（內容深度不夠/信息量不足/應用性不足/重點欠突出/無獨到的見解）指導教師（簽字）： 年 月 日答辯委員會意見在規定的時間內，（能簡明扼要、重點突出地/能較流利地/不能）闡述論文的主要內容，表達能力（強/較強/一般/較差），（能夠準確流利地/基本答出/不能正確）回答提出的問題。評定級別： 答辯委員會成員（簽字）： 年 月 日畢業實踐領導小組意見組長（簽字）：年 月 日畢業設計（論文）任務書課題名稱 轉爐煉鋼生產技術 專業 冶金 班級姓名 學號 一、 畢業論文（設計）目的：1、學生應在指導教師指導下，獨立完成冶金生產總結及調查研究工作，并整理分析所搜集的資料，最后撰寫出畢業論文。2、在畢業論文中能綜合運用所學的知識。3、通過畢業論文的撰寫使學生學會圍繞課題進行調研，收集整理資料，并鍛煉分析問題、解決問題的能力，掌握冶金生產工作的一般程序、內容和方法。4、培養實事求是、扎扎實實的工作作風和嚴肅認真的科學態度。5、論文格式、字數符合河北工院畢業論文撰寫規范。二、 畢業論文（設計）時間進度安排：論文（設計）按五周計算：第一周：熟悉畢業論文任務書，在指導教師的幫助下對該論題進行初步調研分析，查閱相關