2022-05-24 08:54:33
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出钢口应保持一定的直径、长度和合理的角度，以维持合适的出钢时间。若出钢口变形扩大，出钢易散流、还会大流下渣，出钢时间缩短等，这不仅会导致回磷，而且降低合金吸收率。出钢时间太短，加入的合金未得到充分熔化，分布也不均匀，影响合金吸收率的稳定性。出钢时间过长，加剧钢流二次氧化，加重脱氧负担，而且温降也大，同时也影响转炉的生产率。
出钢口要定期更换，可采用整体更换的办法，也可采用重新做出钢口的办法。在生产中对出钢口应进行严格的检查维护。为延长出钢口的使用寿命，一方面要提高出钢口材质，另一方面在不影响质量的前提下，造黏渣减少熔渣对出钢口的侵蚀、冲刷。此外采用挡渣出钢的方法，也能延长出钢口的使用寿命。
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少渣或挡渣出钢是生产纯净钢的必要手段之一。其目的是有利于准确控制钢水成分，有效地减少钢水回磷，提高合金元素吸收率，减少合金消耗。有利于降低钢中夹杂物含量，提高钢包精炼效果古还有利于降低对钢包耐火材料蚀损。同时，也提高了转炉出钢口的寿命。目前，炉外精炼要求钢包渣层厚度小于50m，吨钢渣量小于3kg／t。
挡渣的方法有：用挡渣帽法阻挡一次下渣；阻挡二次下渣采用挡渣球法、挡渣塞法、气动挡渣器法、气动吹渣法等。
(1)挡渣帽。在出钢口外堵以钢板制成的锥形挡渣帽，挡住开始出钢时的一次熔渣。
(2)挡渣球。挡渣球的密度介于钢水与炉渣之间，临近出钢结束时投入炉内出钢口附近，随钢水液面的降低，挡渣球下沉而堵住出钢口，避免随之而来的熔渣进入钢包。
(3)挡渣塞。挡渣塞能有效地阻止熔渣进入钢流。挡渣塞的结构由塞杆和塞头组成，其材质与挡渣球相同，其密度可与挡渣球相同或稍低。塞杆上部是用来夹持定位的钢棒，下部包裹耐火材料。出钢即将结束时，按照转炉出钢角度，严格对位，用机械装量将塞杆插入出钢口。出钢结束时，塞头就封住出钢口。塞头上召沟槽，炉内剩余钢水可通过沟槽流出，钢渣则被挡在炉内。由于挡渣塞比挡渣球挡渣效果好，目前得到普遍应用。
(4)气动挡渣器。出钢将近结束时，由机械装置从转炉外部用挡渣器喷嘴向出钢口内吹气，阻止炉渣流出。此法对出钢口形状和位置要求严格，并要求喷嘴与出钢口中心线对中。
(5)气动吹渣法。挡住出钢后期的涡流下渣最难，涡流一旦产生，容易出现渣钢混出。因此，为防止出钢后期产生涡流，或者即便有涡流产生，在涡流钢液表面能够挡住熔渣的方法，也是最为有效的方法，这就是气动吹渣法。采用高压气体将出钢口上部钢液面上的钢渣吹开挡住，达到除渣的目的。该法能使钢包渣层厚度达到15~55mm。
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出钢时虽然采取挡渣措施，但要彻底挡住高氧化性的终渣很困难的，为此在提高挡渣效率的同时，应开发和使用钢包渣改质剂。其目的一是降低熔渣的氧化性，减少其污染；二是形成合适的脱硫、吸收上浮夹杂物的精炼渣。
在出钢过程中加入预熔合成渣，经钢水混冲，完成炉渣改质和钢水脱硫的冶金反应，此法称为渣稀释法。改质剂由石灰、萤石或铝矾土等材料组成。
另一种炉渣改质方法是渣还原处理法，即出钢结束后，添加如CaO+铝粉或A1+A1203+SiO2等改质剂。
钢包渣改质后的成分是：碱度R≥2.5；ω(FeO+MnO)≤4％；ωSiO2≤10%；ωCaO/ωAl2O3=1.2～1.5；脱硫效率为30％--40％。
钢包渣中(FeO+MnO)含量的降低，形成还原性熔渣，是具有良好吸附夹杂的精炼渣，为最终达到精炼效果创造了条件。
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为了防止钢包回磷或使回磷降低至最低限度，需要严格管理和维护好出钢口，避免出钢下渣；采取挡渣出钢，减少出钢带渣量。出钢过程向钢包内加入钢包渣改质剂，一方面抵消因硅铁脱氧后引起炉渣碱度的降低；另一方面可以稀释熔渣中磷的含量，以减弱回磷反应。另外，挡渣不好时精炼前应扒除钢包渣。
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吹炼终点钢水氧含量也称为钢水的氧化性。钢水氧化性对钢的质量、合金吸收率以及对沸腾钢的脱氧，都有重要的影响。
影响钢水氧含量的因素主要有：
(1)钢中氧含量主要受碳含量控制。碳含量高，氧含量就低；碳含量低时，氧含量相应就高；它们服从碳—氧平衡规律。
(2)钢水中的余锰含量也影响钢中氧含量。在ω〔c〕<0.1％时，锰对氧化性的影响比较明显，余锰含量高，钢中氧含量会降低。
(3)钢水温度高，增加钢水酌氧含量。
(4)操作工艺对钢水的氧含量也有影响。例如高枪位，或低氧压，熔池搅拌减弱，将增加钢水的氧含量，当ω〔c〕<0.15％时，进行补吹会增加钢水氧含量；拉碳前，加铁矿石或氧化铁皮等调温剂，也会增加钢水氧含量。因此，钢水要获得正常的氧含量，首先应该稳定吹炼操作。
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向钢中加入脱氧元素，使之与氧发生反应，生成不溶于钢水的脱氧产物，并从钢水中上浮进入渣中，钢中氧含量达到所炼钢种的要求，这项工艺称为脱氧。
为了调整钢中合金元素含量达到所炼钢种规格的成分范围，向钢中加入所需的铁合金或金属的操作是合金化。
通常，锰铁及硅铁既作为脱氧剂使用，又是合金化元素。有些合金等只是作为脱氧剂使用，如硅钙合金，硅铝合金及铝等。冶炼含铝的钢种，铝也是合金化元素。另有一些合金只用于合金化，如铬铁、铌铁，钒铁、钨铁、钼铁等。在一般情况下，脱氧与合金化的操作是同时进行的。
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钢包脱氧合金化后，钢中的氧[O]溶形成氧化物，只有脱氧产物上浮排除才能降低[O]夹，达到去除钢中一切形式氧含量的目的。
脱氧工艺有3种。
(1)用Si／Mn脱氧，形成的脱氧产物可能有：固相的纯SiO2；液相的MnO•SiO2；固溶体MnO-FeO。
通过控制合适的ω〔Mn〕/ω〔Si〕比，能得到液相的MnO•SiO2产物，夹杂物易于上浮排除。
(2)用S+Mn十Al脱氧，形成的脱氧产物可能有蔷薇辉石(2MnO•A1203•5Si02)；硅铝榴石(3MnO•Al2O3•3SiO2)；A12O3(ω〔Al2O3〕>30％)。
控制夹杂物成分在低熔点范围，为此钢中ωIAl]≤0.006％，钢中[O)溶可达0.0020％(20ppm)而无Al203沉淀，钢水可浇性好，不堵水口，铸坯不会产生皮下气孔。
(3)用过量铝脱氧。对于低碳铝镇静钢，钢中酸溶铝[Al]s含量为0.02％～0.04％，则脱氧产物全部为Al203。Al203熔点高达2050℃，在钢水中呈固态；若Al203含量多钢水的可浇性变差，易堵水口。另外，Al203为不变形夹杂物，影响钢材性能。
通过吹氩搅拌加速Al203上浮排出，或者喂入Si-Ca线、Ca线的钙处理，改变Al203性态。
[Al]s含量较低，钙处理生成低熔点2CaO•Al203•Si02；对于低碳铝镇静钢，通过钙处理，产物易于上浮排除纯净了钢水，改善了可浇性。
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合金元素的吸收率又称收得率或回收率(η)，是指进入钢中合金元素的质量占合金元素加入总量的百分比。所炼钢种、合金加入种类、数量和顺序、终点碳以及操作因素等，均影响合金元素吸收率。
不同合金元素吸收率不同；同一种合金元素，钢种不同，吸收率也有差异。影响合金元素吸收率的因素主要有：
(1)钢水的氧化性。钢水氧化性越强，吸收率越低，反之则高。钢水氧化性主要取决于终点钢水碳含量，所以，终点碳的高低是影响元素吸收率的主要因素。
(2)终渣TFe含量。终渣的TFe含量高，钢中氧含量也高，吸收率低，反之则高。
(3)终点钢水的余锰含量。钢水余锰含量高，钢水氧含量会降低，吸收率有提高。
(4)脱氧元素脱氧能力。脱氧能力强的合金吸收率低，脱氧、能力弱的合金吸收率高。
(5)合金加入量。在钢水氧化性相同的条件下，加入某种元素合金的总量越多，则该元素的吸收率也高。
(6)合金加入的顺序。钢水加入多种合金时，加入次序不同，吸收率也不同。对于同样的钢种，先加的合金元素吸收率就低，后加的则高。倘若先加入部分金属铝预脱氧，后继加入其他合金元素，吸收率就高。
(7)出钢情况。出钢钢流细小且发散，增加了钢水的二次氧化，或者是出钢时下渣过多，这些都降低合金元素的吸收率。
(8)合金的状态。合金块度应合适，否则吸收率不稳定。块度过大，虽能沉入钢水中，但不易熔化，会导致成分不均匀。但块度过小，甚至粉末过多，加入钢包后，易被裹入渣中，合金损失较多，降低吸收率。
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终点钢水余锰含量是确定含锰合金加入量的重要数据。终点余锰与铁水锰含量、终点碳、炉渣氧化性及终点温度有关。铁水锰含量高，终点温度高，终点碳含量高，钢中余锰含量高；后吹次数多、喷溅大钢中余锰含量低。此外，凡影响终渣TFe增高的因素，钢中余锰含量都会降低，相反余锰含量会增高。目前转炉用铁水均为低锰铁水，终点钢中余锰很低。
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各种铁合金的加入量可按下列公式计算。
合金元素吸收率(η％)核算公式：
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例：出钢量为150t，钢水中氧含量700ppm，计算钢水全脱氧需要加多少铝?(小数点后保留一位有效数字，铝的相对原子质量为27，氧的相对原子质量为16)。
解：
(1)反应式：
2Al+3[O]=(Al2O3)
(2)钢中含0.07％(700ppm)[O]，150t钢水中总氧含量：
150×1000×0.07％=105(kg)
(3)计算铝加入量，设铝加入量为x：
答：钢水全脱氧需要加入铝118.1kg。-
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在常压下脱氧剂加入的顺序有两种。
(1)先加脱氧能力弱的，后加脱氧能力强的脱氧剂。这样既能保证钢水的脱氧程度达到钢种的要求，又利于脱氧产物上浮，质量合乎钢种的要求。因此，冶炼一般钢种时，脱氧剂加入的顺序是：Fe-Mn→Fe-Si→AI。
(2)对拉低碳工艺，脱氧剂的加入顺序是：先强后弱，即AI→Fe-Si→Fe-Mn。实践证明，利于Al2O3上浮，减少钢中夹杂物，同时可以大大提高并稳定Si和Mn元素的吸收率，相应减少合金用量。但必须采用相应精炼措施。
一般合金加入顺序应考虑以下原则：
(1)以脱氧为目的的元素先加，合金化元素后加。
(2)易氧化的贵重合金应在脱氧良好的情况下加入。如Fe-V、Nb-Fe、Fe-B等合金应在Fe-Mn、Fe-Si、铝等脱氧剂全部加完以后再加，以减少其烧损。为了成分均匀，加入的时间也不能过晚。微量元素还可以在精炼过程中加入。
(3)难熔的、不易氧化的合金，如Fe-Cr、Fe-W，Fe-Mo，Fe-Ni等可加在精炼炉或转炉内。其他合金均加在钢包内。
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大多数钢种均在钢包内完成脱氧合金化。这种方法简便，大大缩短冶炼周期，而且能提高合金元素的吸收率。合金加入时间，一般在钢水流出总量的1/4时开始加入，流出3/4时加完。为保证合金熔化和搅拌均匀，合金应加在钢流冲击的部位或同时吹氩搅拌。
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喷溅是顶吹转炉吹炼过程中经常见到的一种现象。喷溅的危害如下：
(1)喷溅造成金属损失在0.5％～5％，避免喷溅就等于增加钢产量。
(2)喷溅冒烟污染环境。
(3)喷溅的喷出物堆积，清除困难，严重喷溅还会引发事故，危及入身及设备安全。
(4)由于喷溅物大量喷出，不仅影响脱除P、S，热量损失增大，还会引起钢水量变化，影响冶炼控制的稳定性。限制供氧强度的提高。
防止和减少喷溅是顶吹转炉吹炼的重要课题之一。
炉内钢水的密度约7.0t/m3，熔渣的密度约为3.2t/m3，如果没有足够的力量，金属和熔渣是不会从炉口喷出的。喷溅主要源自碳氧的不均衡反应，瞬间产生的大量CO气体，从炉口夺路而出，将金属和熔渣托出炉外。
爆发性喷溅、泡沫性喷溅和金属喷溅是氧气顶吹转炉吹炼常见的喷溅。
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熔池内碳氧反应不均衡发展，瞬时产生大量的CO气体，这是发生爆发性喷溅的根本原因。
碳氧反应：[C]+(FeO)=ICO1+[Fe]是吸热反应，反应速度受熔池碳含量、渣中(TFe)含量和温度的共同影响。由于操作上的原因，熔池骤然受到冷却，抑制了正在激烈进行的碳氧反应；供入的氧气生成了大量(TFe)并聚积；当熔池温度再度升高到一定程度(一般在1470℃以上)，(TFe)聚积到20％以上时，碳氧反应重新以更猛烈的速度进行，瞬时间排出大量具有巨大能量的CO气体从炉口夺路而出，同时还挟带着一定量的钢水和熔渣，形成了较大的喷溅。例如因二批渣料加入时间不当，在加入二批料之后不久，随之而来的大喷溅，就是由于上述原因造成的。
在熔渣氧化性过高，熔池温度突然冷却后又升高的情况下，就有可能发生爆发性喷溅。
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根据爆发性喷溅产生的原因，可以从以下几方面预防：
(1)控制好熔池温度。前期温度不要过低，中后期温度不要过高，均匀升温，碳氧反应得以均衡的进行；严禁突然冷却熔池，消除爆发性碳氧反应的条件。
(2)控制(TFe)不出现聚积现象，以避免熔渣过分发泡或引起爆发性的碳氧反应。具体讲应注意以下的情况：
1)若初期渣形成过早，应及时降枪以控制渣中(TFe)；同时促进熔池升温，使碳得以均衡的氧化。避免碳焰上来后的大喷。
2)适时加入二批料，这样熔池温度不会明显降低，有利于消除因二批渣料的加入过分冷却熔池而造成的大喷。
3)在处理炉渣“返干”或加速终点渣形成时，不要加入过量的萤石，或用过高的枪位吹炼，避免(TFe)积聚。
4)终点适时降枪，降枪过早熔池碳含量还较高，碳的氧化速度猛增，也会产生大喷。
5)炉役前期炉膛小，同时温度又低，要注意适时降枪，避免TFe含量过高，引起喷溅。
6)补炉后炉衬温度偏低，前期温度随之降低，要注意及时降枪，控制渣中(TFe)含量，以免喷溅。
7)若采用留渣操作时，兑铁前必须采取冷凝熔渣的措施，防止产生爆发性喷溅。
(3)吹炼过程一旦发生喷溅就不要轻易降枪，因为降枪以后，碳氧反应更加激烈，反而会加剧喷溅。此时可适当的提枪，这样一方面可以缓和碳氧反应和降低熔池升温速度，另一方面也可以借助于氧气射流的冲击作用吹开熔渣，利于气体的排出。
(4)在炉温很高时，可以在提枪的同时适当加一些石灰，稠化熔渣，有时对抑制喷溅也有些作用，但加入量不宜过多。也可以用如废绝热板、小木块等密度较小的防喷剂，降低渣中(TFe)含量，达到减少喷溅的目的。此外，适当降低氧流量也可以减弱喷溅强度。
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除了碳的氧化不均衡外，还有如炉容比、渣量、炉渣泡沫化程度等因素也会引起喷溅。
在铁水Si、P含量较高时，渣中SiO2、P2O5含量也高，渣量较大，再加上熔渣中TFe含量较高，其表面张力降低，阻碍着CO气体通畅排出，因而渣层膨胀增厚，严重时能够上涨到炉口。此时只要有一个不大的推力，熔渣就会从炉口喷出，熔渣所夹带的金属液也随之而出，形成喷溅。同时泡沫渣对熔池液面覆盖良好，对气体的排出有阻碍作用。严重的泡沫渣可能导致炉口溢渣。
显然，渣量大时，比较容易产生喷溅；炉容比大的转炉，炉膛空间也大，相对而言发生较大喷溅的可能性小些。
泡沫性喷溅由于渣中(TFe)含量较高，往往伴随有爆发性喷溅。
泡沫性喷溅预防的措施如下：
(1)控制好铁水中的Si、P含量，最好是采用铁水预处理，实施三脱，或者采用双渣操作，如铁水中Si、P含量高，渣量大，在吹炼前期倒出部分酸性泡沫渣，可避免泡沫性喷溅。
(2)控制好(TFe)含量，不出现(TFe)的聚积现象，以免熔渣过分发泡。
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当渣中TFe含量过低，熔渣黏稠，熔池被氧流吹开后熔渣不能及时返回覆盖液面，CO气体的排出带着金属液滴飞出炉口，形成金属喷溅。飞溅的金属液滴粘附在氧枪喷头上，会严重恶化喷头的冷却条件，导致喷头损坏。熔渣“返干”会产生金属喷溅。可见，形成金属喷溅的原因与爆发性喷溅正好相反。当长时间低枪位操作、二批料加入过早、炉渣未化透就急于降枪脱碳以及炉液面上升而没有及时调整枪位，都有可能产生金属喷溅。
金属喷溅预防和处理措施如下：
(1)保证合理装入量，避免超装，防止熔池过深，炉容比过小。
(2)炉底上涨应及时处理；经常测量炉液面高度，以防枪位控制不当。
(3)控制好枪位，化好渣，避免枪位过低(TFe)过低。
(4)控制合适的(TFe)含量，保持正常熔渣性能。
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与经验炼钢相比，计算机控制炼钢具有以下优点：
(1)较精确地计算吹炼参数。计算机控制炼钢计算模型是半机理半经验的模型，且可不断优化，比凭经验炼钢的粗略计算精确的多，可将其吹炼的氧气消耗量和渣料数量控制在最佳范围，合金和原料消耗量有明显的降低。
(2)无倒炉出钢。计算机控制炼钢补吹率一般小于8％，其冶炼周期可缩短5～l0min；
(3)终点命中率高。计算机控制吹炼终点命中率一般水平不小于80％，先进水平不小于90％；经验炼钢终点控制命中率约60％左右；大幅提高终点控制命中率，因此钢水气体含量低，钢质量得到改善。
(4)改善劳动条件。计算机控制炼钢采用副枪或其他设备测温、取样，能减轻工入劳动强度，也减少倒炉冒烟的污染，改善劳动环境。
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炼钢计算机控制系统一般分三级：管理级(三级机)、过程级(二级机)、基础自动化级(一级机)。
计算机炼钢过程控制是以过程计算机控制为核心，实行对冶炼全过程的参数计算和优化、数据和质量跟踪、生产顺序控制和管理。
计算机控制功能如下：
(1)从管理计算机接受生产和制定计划。
(2)向上传输一级系统的过程数据。
(3)向一级系统下达设定值。主要包括熔炼钢号，散状材料重量，吹氧量，吹炼模式(吹炼枪位、供氧曲线散料加入批量和时间、底吹曲线，副枪下枪时间和高度)，动态过程的吹氧量和冷却剂加入量。
(4)从化验室接收铁水、钢液和炉渣的成分分析数据。
(5)建立钢种字典。
(6)完成转炉装料计算。
(7)完成转炉动态吹炼的控制计算。
(8)完成冶炼记录。
(9)将生产数据传送到管理计算机。
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用计算机控制转炉炼钢，不仅需要计算机硬件和软件，而且还必须具备以下条件：
(1)设备无故障或故障率很低。计算机控制炼钢要求生产连续稳定，设备准确地执行基础自动化发出的工作指令，基础自动化准确控制设备运行。保证生产能连续正常地按顺序进行。因此要求转炉系统设备无故障或故障率很低。
(2)过程数据检测准确可靠。无论是静态控制，还是动态控制，都是建立在对各种原材料数量和成分，以及温度、压强、流量、钢液成分和温度的准确测量基础上，所以要求各种传感器必须稳定可靠，以保证吹炼过程参数的测量准确可信。
(3)原材料达到精料标准，质量稳定。计算机控制炼钢要进行操作条件(如吹炼所需的装入量、氧气消耗量和渣料用量等)计算?这些计算以吹炼参考炉次和正常吹炼控制反应为基准。因此要求吹炼前的初始条件如铁水、废钢、渣料成分和铁水温度等参数稳定，计算值修正变化量较少，吹炼处于平稳状态。
(4)要求入员素质高。计算机控制炼钢是一个复杂的系统工程，它对原材料管理、工艺过程控制、设备运行等有很高的要求。
因此企业要具有很高的管理水平，高素质的管理入员、技术入员、操作入员和设备维修入员，确保整个系统的正常运转。
我国有的钢厂采用计算机炼钢已达到全程控制率大于90%，终点命中率大于80％(控制精度：ω〔c〕为±0.015％，温度为±12℃)，转炉补吹率小于8％的水平。
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静态模型就是根据物料平衡和热平衡计算，再参照经验数据统计分析得出的修正系数，确定吹炼加料量和氧气消耗量，预测终点钢水温度及成分目标。
静态模型计算是假定在同一原料条件下，采用同样的吹炼工艺，则应获得相同的冶炼效果。若条件有变，根据本炉次与参考炉次的原料、工艺等条件的差异，可推算出本炉次的目标值。静态模型的计算通常包括氧气量模型、枪位模型、辅原料模型和合金料模型。
氧气量模型的计算包括：先根据化学反应式计算吹炼一炉钢所需的氧气量；再计算由于加入铁矿石而带入的氧气量；然后用氧气利用系数修正一炉钢所需的氧气量；最后计算不同吹炼阶段消耗的氧气量。
枪位模型的计算包括：根据不同阶段计算枪位和根据炉内液面高度计算枪位。
辅原料模型的计算包括：铁矿石加入量、石灰加入量计算、萤石加入量的计算以及白云石加入量的计算。
合金料模型的计算包括：各种合金料加入量的计算。
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动态模型是指当转炉接近终点时，将测到的温度及碳含量数值：输送到过程计算机；过程计算机根据所测到的实际数值，计算出达剥目标温度和目标碳含量补吹所需的氧气量及冷却剂加入量，并以测到的实际数值作为初值，以后每吹氧3s，启动一次动态计算，预测
熔池内温度和目标碳含量。当温度和碳含量都进入目标范围时，发出停吹命令。
动态模型的计算包括：
(1)计算动态过程吹氧量。动态吹氧量与碳含量、测定后加火的冷却剂成分、熔池脱碳速度有关。
(2)推算终点碳含量。定碳后，依动态吹氧量计算终点钢水碳含量。
(3)推算终点钢水温度。测温后，根据钢液原始温度、熔池升温状况和动态冷却剂加入情况推算终点钢水温度。
(4)计算动态过程冷却剂加入量。根据终点碳含量和终点温度值，可计算出动态过程冷却剂加入量。
(5)修正计算。用实际数值对计算结果进行修正。
动态模型学习系数可通过过程计算机自学习模型不断进行修正
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副枪有测试副枪与操作副枪之分。
测试副枪的功能是在吹炼过程和终点测量温度、取样、测定钢水中碳含量和氧含量以及炉液面的高度等，以提高控制的准确性，获取冶炼过程的中间数据，是转炉炼钢计算机动态控制的一种道程测量装置。它是由枪体与探头(又称测试头)组成的水冷枪。
探头有单功能探头和复合功能探头，目前应用广泛的是测温、定碳与取样的复合功能探头和定氧探头。
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终点钢水中的主要元素是Fe与C，碳含量高低影响着钢水的凝固温度；反之，根据凝固温度不同也可以判断碳含量。如果在钢水凝固的过程中连续地测定钢水温度，当到达凝固温度时，由于凝固潜热抵消了钢水降温散发的热量，这时温度随时间变化的曲线出现了一个平台，这个平台的温度就是钢水的凝固温度；不同碳含量的钢液凝固时就会出现不同温度的平台，所以根据凝固温度也可以推出钢水的碳含量。副枪测定终点碳含量就是这个原理。
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利用副枪测量熔池液面高度的工作原理是：在探头前装有两个电极，当探头与金属液面接触时导通电路，测出副枪此时的枪位，也就测出了熔池液面值。
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熔池钢水氧含量的测定原理是：用电解质ZrO2+MgO以耐火材料的形式包住Mo+MoO2组成的一个标准电极板，而以钢水中[O]十Mo为另一个电极板，钢水中氧浓度与标准电极Mo+ MOO2氧浓度不同，在ZrO2+MgO电解质中形成氧浓度差电池。测定电池的电动势，可以得出钢液中氧含量。
对于低碳钢，根据终点定氧的结果，通过碳—氧浓度乘积关系可以得出碳含量。
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副枪是安装在氧枪侧面的一支水冷枪，在水冷枪的头部安有可更换探头。测试副枪枪体是由3层同心圆钢管组成。内管中心装有信号传输导线，并通氮气保护；中层管与外层管分别为进、出冷却水的通道；在枪体的下部底端装有导电环和探头的固定装置。
副枪探头借助机械手等装置更换。
测试副枪装好探头插入熔池，将所测温度、碳含量数据反馈给计算机或计器仪表。副枪提出炉口以上后，锯掉探头样杯部分，取出钢样并通过溜槽风动送至化验室校验成分；拔头装置拔掉旧探头，装头装置再装上新探头准备下一次测试使用。
对副枪的要求有：副枪的运行速度在高速(150m／min)，中速(36m／min)，低速(6m／min)时，停位要准确}.探头可自动装卸，使用方便可靠；做到既可自动操作又可手动操作’，既可集中操作又能就地操作，既能强电控制也能弱电控制；当探头未装好或未装上、二次仪表未接通或不正常、枪管内冷却水断流或流量过低、或水温过高等任一情况发生，副枪均不能运行，并报警。在突然停电，或电力拖动出现故障，或断绳、乱绳时，可通过氮气马达迅速将副枪提出转炉炉口。
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测温、定碳复合探头的结构形式，按钢水进入探头样杯的方式分为：上注式、侧注式和下注式。侧注式是普遍采用的形式。
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副枪的安装位置应确保测温、取样的代表性。它与氧枪间的中心距应满足以下条件：
(1)副枪要避开氧射流以及氧射流与熔池作用的“火点”，并有一定的安全距离。
(2)在转炉炉口粘钢粘渣最严重的情况下，副枪枪体还能顺利运行。
(3)与氧枪设备不发生干扰。
依据动态模型要求，副枪第一次测试时间是当转炉供氧量达到炉氧气消耗量的85％左右时；副枪第二次测试时间是在动态模型认为钢液达到终点要求时。
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动态控制要求连续获得各种参数以满足控制冶炼需要，但副枪并不能连续测量温度和钢水成分。为此，依靠连续分析转炉炉气成分来进行动态控制的系统得到了发展。它由两部分组成：一部分是炉气分析系统；另一部分是根据转炉的炉气成分进行动态工艺控制的模型。
炉气分析系统包括炉气取样和分析系统，可在高温和有灰尘的条件下进行工作，并在极短的时间内分析出炉气的化学成分(如CO、CO2、N2、H2、O2等)。该系统由具有自我清洁功能的测试头、气体处理系统和气体分析装置组成。
动态工艺控制模型可计算出转圹的脱碳速度、钢水和炉渣的成分、钢水温度并决定停吹点。其计算原理是根据渣钢间反应的动力学、物料平衡和热平衡来预测炉气成分的变化趋势。
在停吹2min以前，动态模型根据脱碳速度和炉气的行为，计算出达到目标碳含量所需氧气量及所需吹炼时间。
动态模型还包括了从开吹到停吹所必需的一些功能，如工艺的监测和跟踪、工艺信息的获取和储存、报告系统等。
这些功能和动态模型均安装在一台普通的个入计算机上，并通过接口和转炉原有的一级和二级自动化系统相连。
与应用副枪测量相比该系统具有以下优点：
(1)提高了终点命中率。在普通生产条件下，使用炉气连续分析动态控制系统，可连续测量推算钢中碳含量，碳的命中率达到80％以上，如果氧枪、吹炼方式、底部搅拌、加料方式等方面能进一步标准化，命中率可提高到95％。
(2)提高了产品质量。由于碳的命中率高，避免了补吹，钢中氧含量低，提高了钢的清洁度。
(3)降低生产成本。这种方法取消了一次性副枪探头的消耗；由于钢中氧含量低，可减少用于脱氧的合金消耗量，减少转炉渣中带铁量，降低了炼钢成本。
(4)设备适用性广。这套设备体积小，投资省+有广泛的应用前景。
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