副槍

副槍有四種探頭：測温探頭、測温定碳探頭、測温定氧探頭、測鋼水液麪探頭。

副槍是指氧氣頂吹轉爐除供氧的氧槍之外，另外裝備的一支類似於氧槍可以升降並直接插入熔池內的金屬槍。副槍的端部可插裝各種功能不同的探頭，用以測定冶煉過程中爐內温度、成分等信息，再通過計算機將獲得的各種信息傳送至轉爐主控室。副槍的升降、探頭的裝卸、數據的傳送以及探頭倉的裝料皆可通過計算機管理做到機械化、自動化。為了提高轉爐鍊鋼終點控制的命中率，最重要的是在吹煉過程中連續獲得鋼液温度、成分等信息，通過較高級的動態控制模型進一步調整，使之準確命中終點目標。但由於轉爐處於半封閉狀態，在不間斷吹煉過程中獲取金屬熔池的信息有相當大的難度。隨着轉爐鍊鋼自動化程度的日益提高，採用副槍來探測熔池，已成為獲得鍊鋼過程中熔池內信息變化的最主要手段。

轉爐鍊鋼工藝水平的進步和自動化程度的進步，很大程度上得益於與成熟科學的冶煉模型相配套的副槍技術。轉爐冶煉過程是一個十分複雜的物理化學過程。各種原料條件、出鋼鋼水成分和温度的要求、基本的理論計算、積累的生產經驗、生產節奏等等都是影響質量的因素。採用“對冶煉過程中鋼水狀況的監測” +“先進靈活的模型控制”是轉爐鍊鋼的技術發展趨勢，其中的模型控制來自於科學的理論和鋼廠生產經驗的結合，而對鋼水的監測手段，主要有副槍技術和爐氣分析技術。爐氣分析系統依靠採集爐氣的成分來間接地推斷爐內的鋼水情況，除了理論基礎有待完善以外，還由於爐氣狀況的非爐內鋼水的影響因素多，因此，轉爐單獨採用爐氣分析系統的鋼廠非常少。副槍技術是使用探頭進入鋼水內部直接監測鋼水的情況，準確性與爐氣分析相比不言而喻。副槍技術是當前轉爐鍊鋼採用的主要手段 ^[1]  。

副槍裝置由下列幾個主要部件組成：旋轉框架及其驅動裝置，副槍槍體及升降小車，小車升降驅動裝置，探頭供給及插裝裝置，副槍槍體矯直裝置，探頭回收溜槽等。副槍探頭有很多種類，如：測温探頭，測温和定碳複合探頭，測温取樣探頭，液麪測量探頭等。

副槍裝置的特點有：

(1)功能齊全。外裝探頭式結構，可根據不同的檢測目的，插裝不同功能的探頭。

(2)採用水冷式結構槍體，有較長的使用壽命，較低的維護費用。

(3)機構安裝有多層次的安全措施，運行安全可靠。由於探頭質量的不斷改進，採用副槍技術後的轉爐動態控制，碳、温度的同時命中率，已可大於90% ^[2]  。

無論哪種佈置方式的副槍系統，其共同的特點是，機械化自動實現探頭的安裝、下槍入爐監測、提槍、探頭的拆卸等。綜合國內外典型鋼廠的副槍裝置，按照設備總體佈置方式來分類，大致包括以下五種類型：

1.對側固定式佈置；

2.工作時框架轉動的對側旋轉式佈置；

3.工作時框架不轉動的對側旋轉式佈置；

4.工作時框架不轉動的同側旋轉式佈置；

5.對側橫移式佈置。

上述類型中所提到的同側對側，是相對於氧槍裝置佈置在轉爐跨的一側來説的。副槍與氧槍佈置在轉爐跨同側即為同側，反之為對側。每種佈置方式適用於不同的鍊鋼工藝和車間配置，有各自的特點。

1　對側固定式佈置

對側固定式副槍佈置是指副槍軌道固定在轉爐跨的氧槍對側。寶鋼不鏽鋼事業部120 tAOD即採用該方式。工作時，副槍直接在入爐位安裝探頭，然後入爐檢測，提槍出爐後，直接在入爐位拆卸探頭。

該佈置方式的主要特點為：

(1)副槍工作週期短(通常在100 s以內)

週期短的好處是:一旦本次檢測因探頭質量或者信號等故障引起失敗，需要進行補測時，補側的響應速度越快，對於鋼水質量和冶煉週期的影響越小。另外，由於副槍中間檢測和終點檢測的間隔時間一般只有3 min左右，如果副槍工作週期過長，會直接影響冶煉週期。

(2)副槍的升降行程較大

由於副槍在入爐位進行探頭的裝拆工作，無論採取什麼設備進行探頭的裝拆，都必須在副槍汽化煙道開孔上方設備的頂端與探頭接插件底端之間保留足夠的高度空間，用來裝拆探頭，因此，相對於異地裝拆探頭的佈置方式來説，固定式副槍的升降行程約長2.5～ 3 m。

對側固定式佈置的副槍一直佔用了轉爐上方的部分空間，它適用於以下幾種場合:

轉爐耐材砌築採用離線砌築方式。如冶煉不鏽鋼的轉爐，由於其耐材消耗快，一個爐役時間短,為了減少修爐對生產的影響，通常採用更換爐殼的方式。將在線的老爐殼移出，用已經砌築並乾燥好的新爐殼替換，可馬上進行生產，老爐殼離線，進行拆爐、砌築及乾燥等工作，不影響主線的生產；

採用下修方式的轉爐。這種修爐方式的爐底是可拆的，修爐時拆除爐底，通過修爐台車等設備，從爐殼底部進行耐材的輸送和砌築工作；

採用簡易上修方式的轉爐。這種修爐方式在自動化程度不高的中小型轉爐上有應用。修爐時，由人工搭建零時腳手架進行耐材砌築工作；

適用於同跨單座或者雙座轉爐相鄰佈置的車間。生產時氧槍在線放置，與副槍共同阻礙了轉爐跨的運輸通廊，制約了調運備用氧槍及其他檢修工作需要的運輸線路。採用雙座轉爐相鄰佈置時，為了避免兩座轉爐相互間生產與檢修的影響，需在轉爐跨兩側分別設置備用氧槍及軟管等存放位。

2　工作時框架轉動的對側旋轉式佈置

這種方式佈置是副槍升降軌道的框架在氧槍對側佈置，可隨支點旋轉。工作過程為：副槍在待機位進行探頭的安裝，然後迴轉到入爐位下槍檢測，提槍後，從入爐位再回轉到待機位進行探頭的拆卸。

該佈置方式的特點是：

(1)工作週期相對較長

由於多了兩次迴轉及定位的時間，該佈置類型的工作週期在120 ～160 s之間。

(2)副槍升降行程短

副槍的上極限位置要求只需探頭底部高出汽化煙道副槍孔上方設備(氮封裝置、密封門及刮渣器等)即可。由於行程短，副槍設備總高較低，對轉爐跨廠房高度的要求不苛刻。

由於框架可以轉動，靈活性和適應性更高，適用於下列場合：

2座或多座同跨並列佈置的轉爐車間。在進行氧槍更換吊運或設備檢修時，副槍位於待機位，可以騰出運輸通道；

轉爐採用機械化程度較高的修爐塔上修方式。進行修爐工作時，兩根氧槍和副槍均處在待機位，將煙道台車移開，修爐台車移動到轉爐正上方，修爐塔被吊運到修爐台車上並固定。

現代鋼廠因產能等綜合因素要求，轉爐配置多傾向於2座或2座以上並列佈置，轉爐爐殼多為不可拆型式，轉爐砌築大都採用修爐塔在線上修方式。因而，採用這種佈置型式的副槍是現代鋼廠很普遍的設置方式，如：日本JFE福山鋼廠、川鐵水島廠、德國蒂森克虜伯鋼廠、奧地利林茨鋼廠及國內98%以上有副槍的鋼廠。

3　工作時框架不轉動的對側旋轉式佈置

該方式與側旋轉式佈置設備組成一致，不同處在於，其一：探頭處理裝置不是放置在車間平台，而是放置在移動煙罩台車上的小平台上，工作時探頭裝拆及入爐均在同一位置，故其工作週期短，通常在100 s以內。副槍及框架工作時不轉動，只是在修爐或者騰出運輸通道時才旋轉；其二：升降行程較大，槍體較長。

這種型式其實是上述兩種佈置方式的優點結合，工作週期短，可以空出轉爐跨運輸通道。但缺點是副槍設備總高度較高。如果其高度對轉爐跨廠房高度造成了影響，可以通過採用活動槍體導向輥的方式，降低軌道高度和槍體長度來解決這個問題。

這種佈置方式在日本和歌山鋼廠和寶鋼不鏽鋼事業部150 t碳鋼轉爐上應用。

4　工作時框架不轉動的同側旋轉式佈置

該佈置方式是副槍旋轉框架和旋轉支承與氧槍佈置在同側，工作時旋轉框架不轉動，探頭的裝拆與入爐均在同一位置進行。與對側旋轉式佈置相比，除了具有其所有的優點之外，最大的獨到之處在於：同側佈置使得轉爐跨始終留有暢通的通廊，使得其他轉爐的備用氧槍更換及檢修吊運工作與生產完全沒有影響。其框架設置為旋轉式，唯一的目的是在轉爐耐材砌築時，為修爐塔騰開空間。

由於與氧槍同側佈置，其旋轉支承點只能設置在氧槍設備的上方，旋轉框架在工作位置時，升降軌道框架的底部與平台固定，以保證其剛度。

另外，因副槍入爐檢測點的選擇與爐型、轉爐公稱容量、底吹風口的佈置、轉爐爐口尺寸及氧副槍設備外形尺寸等都有關係，副槍入爐位距轉爐中心(氧槍入爐位)的距離一般在900 ～ 1 400 mm之間，若副槍與氧槍同側佈置，使得副槍設備能佔用的空間受到較大限制，因此，同側佈置的副槍槍體、升降軌道框架等設備相對更加纖細小巧。由於這個空間條件的制約，同側佈置的副槍設計難度相對大，國內僅有寶鋼採用。

5　對側橫移式佈置

副槍與氧槍對側佈置，副槍升降軌道與上部的橫移台架連成一體。工作時，副槍在待機位安裝探頭，然後隨橫移框架橫移到入爐位進行檢測，結束後提槍，再橫移至待機位拆卸探頭。其工作週期及升降行程與對側旋轉式佈置工作時框架轉動的對側旋轉式相當。只所以產生橫移式佈置，主要受轉爐跨縱向尺寸的影響。在很多已經生產卻沒有副槍設施的鋼廠，由於建設時沒有為副槍系統預留空間，後來再考慮增設副槍裝置，按照常規的旋轉式佈置，根本沒有足夠的的空間來佈局。橫移式佈置有效克服了這個難題。

對側橫移式佈置的副槍裝置主要特點體現在:副槍升降行程小，工作週期約120 ～ 150 s之間，佔用空間少，適用於各種修爐方式的轉爐，可用於極小轉爐跨跨距的廠房，尤其適合增設副槍的老鋼廠採用。

採用對側橫移式的有荷蘭霍戈文鋼鐵公司23號轉爐和國內的新疆八鋼二鍊鋼廠的轉爐。

以上五種副槍佈置型式基本涵蓋了現有副槍總體佈置類型，有着各自的優缺點及適用的環境。在不同條件下選擇最合理的佈置方案是追求的目標。

國內鋼廠的副槍，98%以上還是來自進口。主要原因有兩點，其一，副槍機電設備的複雜性，副槍的機電設備功能即實現探頭安裝、入爐檢測、出爐、拆卸等一系列過程的機械自動化，由於動作多、控制精度要求極高，機電設備的設計製造難度相對較大；其二，使用副槍的目的是為了給模型提供及時準確的鋼水信息，由模型來控制冶煉工藝，達到出鋼鋼水目標要求，實現技術先進、效益更高的效果。冶煉模型是集先進的工藝理念和用以實施的軟件於一體的核心技術，要達到更好的鍊鋼效果，科學的模型是基本。

隨着我國鋼鐵生產的蓬勃發展，除產量連續領先全球外，特殊鋼種的國產化率亦在提高。鋼廠的自動化鍊鋼程度也進步很大，寶鋼和武鋼已相繼達到了“一鍵式”鍊鋼的水平。如寶鋼自主開發的冶煉模型早已得到成熟的應用。模型實現國產化已經變為現實。副槍機電設備的國產化也在快速發展之中。

首鋼遷安鋼廠和江西新餘鋼廠的副槍系統已經實現國產化，寶鋼工程技術公司開發的橫移式副槍系統,已經成功應用在新疆八一鋼鐵股份公司二鍊鋼廠。國內仍有不少鋼廠採用人工測温取樣，沒有配套副槍裝置，橫移式副槍具有很大的市場潛力。判斷副槍機電設備技術水平的優劣，主要在於其設備運行穩定性、探頭安裝的成功率，以及副槍工作週期。從運行穩定性及探頭安裝成功率上看，將寶鋼工程技術公司開發的橫移式副槍與國外各公司的各類型副槍作比較，國產副槍已經達到甚至超過了進口副槍。經過現場檢測，其設備故障率低於1%，探頭安裝成功率高於99%。

另外，副槍工作週期取決於副槍佈置方式，而佈置方式取決於廠房和工藝條件，因此不具備合理的可比性，但按照探頭裝拆位不在入爐位的原則，將進口旋轉式副槍與國產橫移式相比較，二者的工作週期相當。而從價格上比較，國產僅為進口設備的約1/3 ～ 1/4，國產化副槍具備更大的綜合優勢。

使用副槍系統的益處很多，它為實現自動化鍊鋼提供了條件，縮短轉爐冶煉週期，減少耐材的消耗，減少熱損耗，提高金屬收得率，是鍊鋼工序實現節能降耗、提高環保質量的重要環節。據悉，我國鋼鐵產業具有6.6億t產能，已經出現產能過剩的事實。鋼鐵行業主要的建設項目是以提高技術裝備水平、加速淘汰落後產能為目標。國內很多鋼廠都在啓動如鐵水預處理、轉爐副槍、餘熱回收等項目，都是與產業倡導的目標相一致，且幾乎都按照國產化的方向在推進。副槍裝置的國產化率將大幅度提升 ^[3]  。