数据分析在转炉冶炼生产中的运用研究

何海斌

（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃 兰州 730104）

转炉冶炼生产需要在高温环境下展开，受多种客观因素影响，导致生产人员无法及时掌握冶炼过程实际情况，这也导致转炉冶炼生产存在诸多不稳定因素。如果控制不当，不仅会影响冶炼效果，甚至会引发安全事故。而通过数据分析，可以在一定程度上弥补生产条件和工艺技术存在的不足之处，有利于及时发现转炉冶炼中存在的各种问题，并针对性采取措施解决，从而避免质量问题和安全隐患的产生[1]。不仅如此，通过数据分析还可以有效提高转炉冶炼生产效率和水平，同时提高产品精度，一方面可以充分满足社会发展需求，另一方面能够为冶炼企业带来更大经济效益。

1 转炉冶炼生产概述

转炉冶炼是将铁水、废钢铁等进行高温炼化，使其形成含有一定量的化学成分钢材，其冶炼生产过程具有复杂性和系统性特征，任何一个环节存在问题，都会直接影响钢材质量，甚至会引发安全问题。当前，转炉炼钢已经成为大批量炼钢生产的主要方式，在实际生产过程中会产生大量数据参数。这些数据参数标准与否，与产品最终生产质量息息相关。然而，由于转炉炼钢生产环境复杂，所以生产过程存在诸多诸多不稳定因素，容易导致生产数据参数发生变化。而通过数据分析，能够及时发现问题所在，有利于全过程掌握转炉冶炼实际状态，将质量问题扼杀在摇篮中，从而使冶炼企业达到理想的社会效益和经济效益。

2 数据分析的重要性

随着科学技术不断进步，以先进科学技术为基础的数据分析技术应运而生，一切以数据说话，是现阶段互联网发展的流行趋势。将数据分析应用到转炉冶炼生产中，成为衡量转炉冶炼各项指标的重要方式之一。众所周知，转炉炼钢是一个复杂、多元的物理化学转换过程，其主要的特点就是反应速度较快，在反应过程中会产生大量数据参数，仅通过数学模型无法对其进行精准表达。所以需要通过数据分析技术对参数动态化发展过程进行深入分析。在传统转炉冶炼过程中，由于缺乏有效的数据处理技术，导致数据库中90%以上的数据无人问津，但随着数据分析技术的广泛普及，这些堆积如山的数据被得到了充分利用，通过对以往转炉冶炼中产生数据的分析，能够科学精准掌握转炉运行状态和运行效率。另外，在转炉冶炼过程中，一些不易观察的数据信息，也可以通过数据分析技术进行研究。如此则能够及时发现转炉冶炼中存在的问题和隐患，有利于炼钢厂及时采取针对性措施调整转炉冶炼流程，从而保证转炉运行的安全性和稳定性，从根源上减少质量隐患和安全隐患，同时提高冶炼效果和冶炼效率，为炼钢厂创造最大化经济效益。

3 转炉冶炼生产中数据分析的具体应用

3.1 转炉冶炼生产条件

本文以某炼钢厂实际生产为例进行分析，该炼钢厂采用120t转炉进行生产冶炼。氧枪操作方式有三种，分别为恒压方式、变枪位方式以及恒流量方式。供养强度标准为3.95/m³。在该炼钢厂转炉冶炼过程中，首先需要明确生产过中产生的各项数据参数[2]。具体来说。铁水温度需要控制在1300℃~1380℃之间，W（C）需要控制在4.0%~4.5%之间。W（si）需要控制在0.3%~0.6%之间，W（P）需要控制在0.10%范围内。另外，造渣剂是转炉冶炼生产中的必要物质条件，该炼钢厂最常用的造渣剂有三种，分别为石灰、轻烧白云石以及烧结矿。

3.2 转炉在冶炼#70高碳钢时产生的数据

#70高碳钢常用于车轮制造、钢丝生产以及扁圆弹簧制造等方面，所以在生产过程中对硬度、强度需求较高，需要严格控制钢材成分，尽可能降低夹杂物含量。为了满足这一需求，需要提高转炉终点磷的一次命中率，同时需要保证出钢温度在标准范围内。与此同时，还要在确保钢材生产质量的情况下尽量减少生产成本。

3.2.1 #70高碳钢冶炼过程中的转炉控制要求

转炉在冶炼#70高碳钢过程中，需要将W（c）控制在0.08%范围内，终点温度控制在1620℃范围内，同时要保证W（P）高于0.016%。

3.2.2 收集样品、处理问题

为了保证数据分析准确性，需要收集该炼钢厂近两个月的#70高碳钢生产数据，并从数据中总结冶炼过程中存在的问题。本次研究共收集了688炉数据参数，其中存在的问题如下：第一，转炉在冶炼生产过程中存在溅渣、溢渣问题，该问题发生率在40.5%左右。第二，转炉终点磷的一次命中率平均值为61.3%，仍然存在很大进步空间[3]。第三，终点温度和含碳量没有充分满足理想需求。其中终点温度为1621℃，终点含碳量为0.09%。

3.2.3 加料制度数据分析

在转炉冶炼生产过程中，优化加料操作的主要目标是保证合适碱度，并获取高磷炉渣。同时，从工艺操作进行分析，可以提高化渣速度，保证炉渣具备较好的流动性，从而提高炉渣脱磷效果，达到经济脱磷的最终目标。由此可见，做好加料数据分析工作至关重要。为满足这一需求，需要做到以下几个方便。

第一，确定有效、科学、经济的数据参数。结合炉次顺序，计算所有转炉终渣碱度。并结合计算结果构建中渣碱度坐标图，其中R代表终渣碱度，将其作为纵坐标，副枪TSC-P检测结果作为横坐标，如图1所示。通过实践可以看出，当副枪检测结果磷越低时，其碱度R的控制也会随之降低，此时物料的使用率相对较高，并且可以达到理想脱磷效果，同时可以减少成本支出。

图1 终渣碱度和TSC-P之间的关系

第二，加料制度以及辅料消耗对炉渣脱磷造成的影响。本文对炼钢厂276炉的炉渣脱磷效率进行数据分析，并将其细化为4个样本。由于以往利用吨钢辅料消耗进行分析，无法直接反映铁水成分、装入量等数据变化情况，所以可以将吨钢辅料转变为硅消耗单位[4]。对4个样本的脱磷效率进行对比分析可以发现，其脱磷情况呈依次变差的趋势发展。样本情况如图2所示。

图2 样本1-4参数

通过样本对比可以看出，从碱度方面分析，样本越差，碱度控制越高，如此则会直接影响炉渣化渣效果，导致炉渣流动性变差[5]。从轻烧加入量方面进行分析，样本4总轻烧量与第一批轻烧加入量，严重超出理论需求，如此会导致炉渣流动性变差，从而影响脱磷效果。从烧结矿方面进行分析，应结合温度变化情况进行科学调整，如果烧结矿加入过多，或者加入过少，会对温度产生影响，从而影响炉渣脱磷效果。从第一批料占比进行分析，一般将其控制在0.6左右较为合理，所以在转炉冶炼过程中可以按照这一数据进行科学配比，从而提高炉渣脱磷效果。如果添加过少，会导致磷量不足从而增加转炉前期化渣难度。

第三，优化枪位。调整枪位的主要目标，就是在保证转炉稳定运行状态下，为炉内提供充足氧气，从而提高炉渣氧化效果，实现经济脱磷目标。为满足这一目标，需要在终点温度命中的情况下，适当减少钢水碳氧化，从而降低钢水氧化性能。枪位会对终点碳产生直接影响。所以，枪位在优化过程中需要以提高供氧效率，减少供氧时间为主。另外，枪位对喷溅也会产生直接影响。在该炼钢厂实际生产过程中，喷溅现象较为频繁，其中250s喷溅占比34.7%左右，550s的喷溅占比5.67%左右。并且前期喷溅较为明显。这也意味着前期炉渣氧化性较强。需要通过调整枪位进行改善。为了充分满足减少喷溅、降低终点含碳量这一目标，需要对该炼钢厂的原枪位进行调整，将190cm吹炼高度取消，缩短15s脱磷期间枪位供氧时间，总供氧时间由以往720s调整为690s[6]。通过调整枪位，对转炉冶炼生产进行观察，可以发现其生产水平得到有效改善，生产质量也得到了提升。

4 工艺调整后效果

通过对加料制度和枪位进行合理调整后，对该炼钢厂后两个月生产情况进行分析，可以发现，磷的一次命中率教原工艺效果高出6.1%左右，碳均值高出0.075%左右，温度高出7.5℃左右，钢水终点氧高出24/10-6，由此可见，通过优化加料制度和枪位，能够有效提高炼钢厂生产效率，同时减少经济支出。在此基础上，还可以降低终点钢水和渣的氧化性，从而为脱氧提供有利条件。

5 结语

综上所述，炼钢厂中的转炉在冶炼生产过程中存在诸多不稳定性，稍有不慎容易产生质量事故和安全事故，为炼钢厂带来不可预估的经济和人员损失。上文提到。转炉在冶炼生产过程中会产生大量参数，这些参数是否合理关系到炼钢厂生产效果。为了保证生产顺利进行，需要对各项数据参数进行合理分析，并将参数控制在科学范围内，从而减少钢材冶炼的质量问题，促进炼钢企业稳定发展。