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摘 要：随着梅钢350万吨改造项目的开展，梅钢自动化人员自主开发了适合梅山的转炉静态冶炼模型，在大量生产过程中发现开发的转炉静态冶炼模型对钢水终点磷的命中率一直考虑不够，钢水冶炼终点磷的命中率不高。本文重点阐述了从提高终点磷命中率角度对转炉静态冶炼模型进行的改进。
关键词：转炉静态冶炼模型；改进；应用
转炉钢水终点磷的命中率直接关系到石灰的消耗量。因此，在静态模型中增加相应的模块，提高转炉钢水终点磷命中率，对降低转炉工序的生产成本十分有益。梅钢铁水的磷含量偏高，属于典型的中磷铁水。转炉对于中磷铁水的冶炼存在一定的难度。本项目根据梅钢中磷铁水冶炼的具体情况，从脱磷剂的计算量、脱磷剂的投入方式、冶炼的操作方式三个方面着手，实现了脱磷剂的合理计算、脱磷剂投入时刻的合理掌握、以及冶炼操作方式的标准化。在提高转炉熔池终点磷命中率的同时，达到了减少脱磷剂使用量、缩短转炉冶炼周期的目的，对于提高转炉冶炼钢水的质量，降低转炉工位的生产成本具有积极意义。
1 改进需求
梅山自产矿石含磷多，导致从铁厂进入钢厂转炉进行冶炼的高炉铁水磷含量偏高，通常磷元素质量分数在0.15（%）～0.20（%）之间，工艺上俗称中磷铁水。转炉冶炼的传统功能是进行铁水的脱碳、升温与除杂质3大功能，脱磷功能一般在前期工序完成，或者一般钢厂的铁水含磷量不高，不用考虑到脱磷功能。梅山特有的中磷铁水，要求转炉冶炼除了基本的脱碳、升温与除杂质之外，还要具备脱磷功能，以提高钢水的质量。要转炉具有脱磷功能，意味着在转炉冶炼的投料方面、枪位操作方面、模型计算方面都要考虑到铁水磷的因素，是一个综合性的课题，设计到工艺、设备、模型等方面。目前，对于脱磷剂量的计算，是由嵌入在转炉冶炼模型之中的子模块完成。脱磷剂的投入时刻，凭借操作人员冶炼经验居多，冶炼操作方式具有明显的个人经验因素。上述技术状况存在以下几个问题：
由于转炉冶炼模型的关注重点是钢水终点碳和终点温度，对脱磷剂投入量的计算不能达到与钢水终点碳和终点温度的精度；为保证转炉钢水终点磷的命中率，对于脱磷剂的投用量，现场操作人员会加大投入，造成脱磷剂投入过量，属于过度加工范畴；脱磷剂的投入方式，过多依赖与操作人员的冶炼经验，过程的波动性较大，不利于冶炼过程的长期稳定。
2 改进内容
2.1 钢水脱磷剂的计算
在转炉冶过程中，脱磷剂的计算主要存在两种方式。
一种是根据钢水终点熔渣的碱度来计算需要投入的脱磷剂量。熔渣碱度是指熔渣中碱性氧化物浓度总和酸性氧化物浓度总和之比，用符号R表示。熔渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反应如脱磷反应产生重要影响。
炉料中W[p]<0.30%时， ；
炉料中0.30%<=W[p]<0.60%时， ；
其中，WCaO是熔渣中CaO的浓度，WSiO2是熔渣中SiO2的浓度。当R<1.0时，熔渣为酸性渣，当R>1.0是，熔渣为碱性渣。
另一种计算方式是根据钢水终点的磷平衡条件来计算需要投入的脱磷剂量。熔渣中磷元素的浓度总和与钢水中磷元素的浓度总和之比，即为磷分配系数，用符号Lp表示。Lp表示熔渣的脱磷能力。Lp值越大，说明脱磷能力越强，脱磷越完全。
则
其中，（%P）为熔渣中磷元素的浓度，[%P]为钢水中磷元素的浓度，T为钢水的终点温度，（%CaO）为熔渣中CaO的浓度，（%Fe）为熔渣中铁元素的浓度。
2.2 脱磷剂计算方式选择
对于第一种根据熔渣碱度计算脱磷剂的方式，在入炉铁水磷含量较低时，计算的脱磷剂量比较符合实际需要的量；对于第二种根据熔渣磷平衡条件计算脱磷剂的方式，由于脱磷反应是强放热反应，在铁水温度较低时，计算脱磷剂量的准确度高。由于梅山是中磷铁水，因此关于转炉脱磷剂的计算，采用的是第二种方式，即基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量。
正如前面文字所描述，低温有利于铁水脱磷，在入炉铁水温度低，且钢水终点温度也低时，基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量符合实绩需要。但当铁水终点温度偏高时，该方式计算得到的脱磷剂计算量与实际需要投入的量出现很大偏差。因此，要想达到无论在铁水温度高时，还是铁水温度低时刻，该计算方式计算的脱磷剂量与实际需要投入的量相符合，就不能只是唯一的一种计算模式，必须能够根据不同的铁水温度来调整计算模式，这样，该种计算方式的效果会好很多。
梅山铁水的磷含量也存在少量的磷偏低的炉次，因此，关于脱磷剂的计算方式的选择，也要兼顾此种情况。即能够在铁水磷含量偏高时刻，选择基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量的计算方式，也能够在铁水磷含量偏低时刻，通过选择根据熔渣碱度计算脱磷剂的计算方式。
综上，梅钢转炉铁水脱磷剂计算方式的最终框架应该是两种脱磷剂计算方式的综合。下面是项目所實现的转炉脱磷剂的计算方式的流程图：
2.3 具体实施技术
2.3.1 铁水成分修正
对于转炉而言，其入炉铁水来自两个供应商，一个是脱硫站，一个是倒罐站。当铁水不需要脱硫处理时，铁水包直接由倒罐站调往转炉。当铁水需要脱硫时，铁水包先调往脱硫站，经过脱硫后再调往转炉。由于检化验系统化验分析样品的时序性，当转炉铁水来自脱硫站、转炉需要脱硫站铁水成分时，检化验系统对样品的分析值可能还没有检测出来。此种情况下，需要对倒罐站铁水成分进行修正，以修正后的值作为脱硫站铁水成分的值。该修正的理论依据是：与倒罐站的铁水相比，脱硫站仅仅对铁水进行脱硫处理，因此所影响到的铁水成分只是其中的硫元素，其他成分基本可以认为不变。而且硫元素在转炉工位是不太需要考虑的因素，无论是利用碱度计算脱磷剂，还是利用磷平衡计算脱硫剂，硫元素都不会对其造成影响。
2.3.2 铁水温降
当铁水包由倒罐站调往转炉的途中，铁水温度会发生变化。而且，由于路线的不同，其铁水温降也会不同。显然，当铁水包直接由倒罐站调往转炉时，其铁水温降是最小。当铁水包经过脱硫站进行脱硫处理，再调往转炉，此种情况下，铁水温降次之。当铁水包需要等待“转炉准备好”条件时，其温降最大。通过数据统计分析，当铁水包直接由倒罐站调往转炉时，其铁水温降呈简单的线性关系。当铁水包经由脱硫站脱硫再至转炉时，其铁水温降呈复杂的线性关系。总之，该铁水温降是可以用曲线刻画出来的。
2.3.3 熔渣量的逐次逼近
在利用熔渣磷平衡计算脱磷剂的过程中，需要对转炉终点熔渣量进行预估。由于熔渣量预估的准确性与熔渣中磷元素浓度的比重有很大关系，因此，对于熔渣量的估计，采用小步增长，逐次逼近的方式。首先设定一个起始的熔渣量，本项目为8吨。然后根据该熔渣量计算熔渣中的各种氧化物浓度，当氧化物浓度（尤其是磷的氧化物浓度）未达到设定的平衡时，熔渣量小幅增长，再次计算熔渣中的各种氧化物浓度，直到氧化物浓度（尤其是磷的氧化物浓度）未达到设定的平衡。
2.3.4 磷平衡模式自动调整
利用磷平衡计算脱磷剂，钢水终点温度是一个关键因素。当钢水终点温度分属不同的区间，其磷分配系数Lp的计算模式是不一样的。项目之前，为了简化，对于所有的钢水终点温度，都采用一个磷分配系数Lp计算模式，准确性不够高。在该项目中，将钢水终点温度划分为不同的5个区间，从1600度到1700度每20度为一个区间，分别为[1600，1620），[1620，1640），[1640，1660），[1660，1680），[1680，1700]。每一个温度区间对应不同的磷分配系数Lp计算模式。当取得钢水终点温度时，通过判断温度所在的区间，从而进入不同的磷分配系数Lp计算模式入口，进行相应的脱磷剂的计算。
3 结语
梅钢转炉静态冶炼模型改进后，解决了一些模型运行初期终点磷命中率不高的问题，方便了操作提高了模型准确率。随着钢铁冶金技术的发展，梅钢转炉自动化冶炼水平必将上升一个新的台阶。
关键词：转炉静态冶炼模型；改进；应用
转炉钢水终点磷的命中率直接关系到石灰的消耗量。因此，在静态模型中增加相应的模块，提高转炉钢水终点磷命中率，对降低转炉工序的生产成本十分有益。梅钢铁水的磷含量偏高，属于典型的中磷铁水。转炉对于中磷铁水的冶炼存在一定的难度。本项目根据梅钢中磷铁水冶炼的具体情况，从脱磷剂的计算量、脱磷剂的投入方式、冶炼的操作方式三个方面着手，实现了脱磷剂的合理计算、脱磷剂投入时刻的合理掌握、以及冶炼操作方式的标准化。在提高转炉熔池终点磷命中率的同时，达到了减少脱磷剂使用量、缩短转炉冶炼周期的目的，对于提高转炉冶炼钢水的质量，降低转炉工位的生产成本具有积极意义。
1 改进需求
梅山自产矿石含磷多，导致从铁厂进入钢厂转炉进行冶炼的高炉铁水磷含量偏高，通常磷元素质量分数在0.15（%）～0.20（%）之间，工艺上俗称中磷铁水。转炉冶炼的传统功能是进行铁水的脱碳、升温与除杂质3大功能，脱磷功能一般在前期工序完成，或者一般钢厂的铁水含磷量不高，不用考虑到脱磷功能。梅山特有的中磷铁水，要求转炉冶炼除了基本的脱碳、升温与除杂质之外，还要具备脱磷功能，以提高钢水的质量。要转炉具有脱磷功能，意味着在转炉冶炼的投料方面、枪位操作方面、模型计算方面都要考虑到铁水磷的因素，是一个综合性的课题，设计到工艺、设备、模型等方面。目前，对于脱磷剂量的计算，是由嵌入在转炉冶炼模型之中的子模块完成。脱磷剂的投入时刻，凭借操作人员冶炼经验居多，冶炼操作方式具有明显的个人经验因素。上述技术状况存在以下几个问题：
由于转炉冶炼模型的关注重点是钢水终点碳和终点温度，对脱磷剂投入量的计算不能达到与钢水终点碳和终点温度的精度；为保证转炉钢水终点磷的命中率，对于脱磷剂的投用量，现场操作人员会加大投入，造成脱磷剂投入过量，属于过度加工范畴；脱磷剂的投入方式，过多依赖与操作人员的冶炼经验，过程的波动性较大，不利于冶炼过程的长期稳定。
2 改进内容
2.1 钢水脱磷剂的计算
在转炉冶过程中，脱磷剂的计算主要存在两种方式。
一种是根据钢水终点熔渣的碱度来计算需要投入的脱磷剂量。熔渣碱度是指熔渣中碱性氧化物浓度总和酸性氧化物浓度总和之比，用符号R表示。熔渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反应如脱磷反应产生重要影响。
炉料中W[p]<0.30%时， ；
炉料中0.30%<=W[p]<0.60%时， ；
其中，WCaO是熔渣中CaO的浓度，WSiO2是熔渣中SiO2的浓度。当R<1.0时，熔渣为酸性渣，当R>1.0是，熔渣为碱性渣。
另一种计算方式是根据钢水终点的磷平衡条件来计算需要投入的脱磷剂量。熔渣中磷元素的浓度总和与钢水中磷元素的浓度总和之比，即为磷分配系数，用符号Lp表示。Lp表示熔渣的脱磷能力。Lp值越大，说明脱磷能力越强，脱磷越完全。
则
其中，（%P）为熔渣中磷元素的浓度，[%P]为钢水中磷元素的浓度，T为钢水的终点温度，（%CaO）为熔渣中CaO的浓度，（%Fe）为熔渣中铁元素的浓度。
2.2 脱磷剂计算方式选择
对于第一种根据熔渣碱度计算脱磷剂的方式，在入炉铁水磷含量较低时，计算的脱磷剂量比较符合实际需要的量；对于第二种根据熔渣磷平衡条件计算脱磷剂的方式，由于脱磷反应是强放热反应，在铁水温度较低时，计算脱磷剂量的准确度高。由于梅山是中磷铁水，因此关于转炉脱磷剂的计算，采用的是第二种方式，即基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量。
正如前面文字所描述，低温有利于铁水脱磷，在入炉铁水温度低，且钢水终点温度也低时，基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量符合实绩需要。但当铁水终点温度偏高时，该方式计算得到的脱磷剂计算量与实际需要投入的量出现很大偏差。因此，要想达到无论在铁水温度高时，还是铁水温度低时刻，该计算方式计算的脱磷剂量与实际需要投入的量相符合，就不能只是唯一的一种计算模式，必须能够根据不同的铁水温度来调整计算模式，这样，该种计算方式的效果会好很多。
梅山铁水的磷含量也存在少量的磷偏低的炉次，因此，关于脱磷剂的计算方式的选择，也要兼顾此种情况。即能够在铁水磷含量偏高时刻，选择基于钢水终点磷平衡条件来计算脱磷剂的投入量的计算方式，也能够在铁水磷含量偏低时刻，通过选择根据熔渣碱度计算脱磷剂的计算方式。
综上，梅钢转炉铁水脱磷剂计算方式的最终框架应该是两种脱磷剂计算方式的综合。下面是项目所實现的转炉脱磷剂的计算方式的流程图：
2.3 具体实施技术
2.3.1 铁水成分修正
对于转炉而言，其入炉铁水来自两个供应商，一个是脱硫站，一个是倒罐站。当铁水不需要脱硫处理时，铁水包直接由倒罐站调往转炉。当铁水需要脱硫时，铁水包先调往脱硫站，经过脱硫后再调往转炉。由于检化验系统化验分析样品的时序性，当转炉铁水来自脱硫站、转炉需要脱硫站铁水成分时，检化验系统对样品的分析值可能还没有检测出来。此种情况下，需要对倒罐站铁水成分进行修正，以修正后的值作为脱硫站铁水成分的值。该修正的理论依据是：与倒罐站的铁水相比，脱硫站仅仅对铁水进行脱硫处理，因此所影响到的铁水成分只是其中的硫元素，其他成分基本可以认为不变。而且硫元素在转炉工位是不太需要考虑的因素，无论是利用碱度计算脱磷剂，还是利用磷平衡计算脱硫剂，硫元素都不会对其造成影响。
2.3.2 铁水温降
当铁水包由倒罐站调往转炉的途中，铁水温度会发生变化。而且，由于路线的不同，其铁水温降也会不同。显然，当铁水包直接由倒罐站调往转炉时，其铁水温降是最小。当铁水包经过脱硫站进行脱硫处理，再调往转炉，此种情况下，铁水温降次之。当铁水包需要等待“转炉准备好”条件时，其温降最大。通过数据统计分析，当铁水包直接由倒罐站调往转炉时，其铁水温降呈简单的线性关系。当铁水包经由脱硫站脱硫再至转炉时，其铁水温降呈复杂的线性关系。总之，该铁水温降是可以用曲线刻画出来的。
2.3.3 熔渣量的逐次逼近
在利用熔渣磷平衡计算脱磷剂的过程中，需要对转炉终点熔渣量进行预估。由于熔渣量预估的准确性与熔渣中磷元素浓度的比重有很大关系，因此，对于熔渣量的估计，采用小步增长，逐次逼近的方式。首先设定一个起始的熔渣量，本项目为8吨。然后根据该熔渣量计算熔渣中的各种氧化物浓度，当氧化物浓度（尤其是磷的氧化物浓度）未达到设定的平衡时，熔渣量小幅增长，再次计算熔渣中的各种氧化物浓度，直到氧化物浓度（尤其是磷的氧化物浓度）未达到设定的平衡。
2.3.4 磷平衡模式自动调整
利用磷平衡计算脱磷剂，钢水终点温度是一个关键因素。当钢水终点温度分属不同的区间，其磷分配系数Lp的计算模式是不一样的。项目之前，为了简化，对于所有的钢水终点温度，都采用一个磷分配系数Lp计算模式，准确性不够高。在该项目中，将钢水终点温度划分为不同的5个区间，从1600度到1700度每20度为一个区间，分别为[1600，1620），[1620，1640），[1640，1660），[1660，1680），[1680，1700]。每一个温度区间对应不同的磷分配系数Lp计算模式。当取得钢水终点温度时，通过判断温度所在的区间，从而进入不同的磷分配系数Lp计算模式入口，进行相应的脱磷剂的计算。
3 结语
梅钢转炉静态冶炼模型改进后，解决了一些模型运行初期终点磷命中率不高的问题，方便了操作提高了模型准确率。随着钢铁冶金技术的发展，梅钢转炉自动化冶炼水平必将上升一个新的台阶。