對煉鐵、煉鋼電氣自動化技術的研究與創(chuàng)新

任秦川 趙鵬

摘要：煉鐵和煉鋼工藝中達到成本效益最大化和最優(yōu)控制的關鍵因素是技術專業(yè)知識在以往的解決方案獲得了驗證，確保為小規(guī)模的更新改造以及整套新建生產設備提供最優(yōu)化解決方案，由此煉鋼、煉鐵電氣自動化技術具有較高的成本效益。

關鍵詞：過程優(yōu)化;過程控制;專家系統(tǒng);能源管理;制造執(zhí)行系統(tǒng)

概述

可靠的供電和傳動方案、創(chuàng)新性工藝包以及工藝控制和工藝優(yōu)化系統(tǒng)保證了穩(wěn)定的生產及能源和原料的合理使用。煉鋼優(yōu)化方案包能夠優(yōu)化廢鋼和合金原料的加入成本，顯著縮短投資回報期。在連鑄生產中，各種成熟的創(chuàng)新工藝包以及工藝模型立刻能產生改善質量和增加產能的收益。

1 煉焦

煉焦工藝和自動化方面的豐富經驗和訣竅涵蓋了整個煉焦技術領域，從煤炭運輸和煉焦爐組直到熄焦和煉焦副產品處理。在煉焦廠的控制方面，SIMETALCISCoke產品能夠保證煉焦工藝的穩(wěn)定性，并且生產出滿足高爐生產需要的優(yōu)質焦炭。

ISDEMIR原有的副產品處理廠分成2條單獨的生產線，每條線都包括一整套氣體處理設備。處理廠的設計能力滿足2套各包括69臺煉焦爐的爐組產生的煤氣處理要求，即5.6萬m3/h左右（工廠共有4個爐組）。在改造完成之后，副產品處理廠的能力增大到14萬m3/h，滿足新增爐組的要求。改造為工廠帶來了以下變化：工廠運行變得非

常容易，所有工藝信息都可在中央控制室獲得;現在，維護人員能夠更迅速地檢測和排除現場裝置產生的問題;處理能力從5.6萬m3/h增大到14萬m3/h;能夠在多方面承諾質量保證，包括焦爐煤氣（出口溫度和流量）、焦油析出（在沉淀器中）、硫酸氨鹽質量、最終冷卻效率、氨萃取效率、輕油產品等。

2 燒結

SIMETALCISSinter VAiron燒結廠改造自動化方案保證了從原材料處理到燒結和定量給料的可靠工藝控制和優(yōu)化。材料成分模型、點火控制、燒透點預報、選擇性廢氣循環(huán)等模塊保證了在降低焦比的同時提高產能。

為達到降低焦比和提高產能的目標，有多項工藝模塊可以采用，比如原料成分模型、點火控制、燒透點預測和選擇性廢氣循環(huán)等。為了進一步改善燒結礦質量，燒結配料二級專家系統(tǒng)將是最合適的工具，能夠保證針對設備的具體情況進行精調。在南京鋼鐵公司，360m2的第二燒結廠將應用SIMETALCISSinter VAiron燒結優(yōu)化系統(tǒng)。所有重要的控制包和模型都包括在內。尤其是功能強大的混料和燒結計算模型，將保證最佳的原料條件。VAiron模型的應用，比如透氣性計算、含水量計算、燒透點計算和燒結工藝模型本身，實現了焦炭的優(yōu)化使用和工藝的穩(wěn)定。VAiron Sinter專家系統(tǒng)將在更高層級上執(zhí)行整個燒結工藝的離線乃至在線優(yōu)化，包括工藝診斷、堿度模型、質量控制模型、返回粉料加入控制模型等，計算出需采取的修正措施。

3 高爐

成熟的高爐技術方案包括：順序控制和閉環(huán)控制，粉料的無料鐘爐頂控制裝料技術，熱風爐控制和優(yōu)化，質量平衡和熱平衡模型，爐料控制和布料模型，爐膛損耗計算，閉環(huán)專家系統(tǒng)。靈活的Gimbal Top（或現有的無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)，加上準確的螺線形裝料和優(yōu)化的布料精調，確保了粉料的準確分布。

3.1 粉料裝爐

粉料由于粒度小而可能會對氣體分布、壓力損失和高爐總體性能造成嚴重影響。過去的做法都是將采購的粉料送到燒結廠作為燒結原料，以生產出成塊的高爐爐料。因此，在高爐中直接使用粉料，相當于增加了燒結廠的有效產能。改變操作理念，可以實現在高爐內使用粉料而不產生不利影響。SIMETALCISBF VAiron在線布料模型，加上基于實際爐料下降行為以控制料層透氣性的專家系統(tǒng)，能夠實現準確的布料控制。為了在高爐內充分使用粉料，必須在傳送帶上和爐內都保證將粉料與塊料有效分開。為了在爐內準確加入爐料，工藝控制系統(tǒng)將確定正確的裝料計劃。為了達到高粉料率，爐料應當采用“螺線形方式”加入。通過采用定制型自動化方案包和模型，燃料消耗可以大幅降低，同時可以使用質量低、波動大的原料。

4 煉鋼

4.1 SIMETALCISDynacon

Dynacon是基于廢氣測量的轉爐動態(tài)工藝優(yōu)化系統(tǒng)，主要特點是：包括加料計算在內的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，吹煉過程的在線監(jiān)控，基于廢氣分析的動態(tài)吹煉終點確定，自動停吹以避免過吹。Steel Expert工藝模型組優(yōu)化了不同的煉鋼設備。模型以準確描述了復雜的冶金熱力學反應的計算公式為基礎。Steel Expert預測模型在開始冶煉前模擬生產設備的完整工藝，確定最佳的操作制度（如吹氧、底吹、加料）。

Dynacon與轉爐廢氣測量（如LOMAS（）相結合，充分考慮廢氣的成分（CO、CO2、O2以及有時N2、H2、Ar）和流量。Steel Expert監(jiān)控模型循環(huán)計算鋼水和渣的實際成分和溫度。在吹煉過程中，模型自動確定鋼水中的實際碳含量和脫碳率。在精煉期接近結束時，廢氣成分會出現急劇變化，可以據此準確預測吹煉終點，從而自動停止吹氧操作。采用該系統(tǒng)可以顯著減少耗時且高成本的取樣操作。

4.2 SIMETALCISLF優(yōu)化系統(tǒng)

為了在處理過程中控制鋼水的冶金和熱力學行為，并且優(yōu)化轉爐或電弧爐與連鑄機之間的匹配，應當采用鋼包爐Steel Expert系統(tǒng)。

在每次加料前，相應的工藝模型開始計算需要加入的材料種類和數量。這些模型的功能可以統(tǒng)稱為“設定點計算”，分別針對如下處理環(huán)節(jié)之一：合金化、脫氧、脫硫、夾雜物形狀控制、溫度修正。設定點模型根據處理工藝而自動啟動，或者在操作人員認為需要時人工啟動。如果有不同的材料（如合金）可以選擇，將計算確定成本最優(yōu)化的加料配比。另外，Steel Expert預測模型提前對爐次進行全面的預計算，即計算出處理后將達到的鋼水和渣的溫度、質量和成分。在鋼包爐的整個處理期間，在線模型連續(xù)確定爐次的當前狀態(tài)。熱模型和冶金模型對能量需求進行平衡，并且計算氧化物在渣中的還原、鋼水的氧化以及其他影響因素造成的渣和鋼水成分的變化，從而在整個處理期間掌握鋼水的實際溫度和成分。

5 結語

在此基礎上開發(fā)了一整套先進而成熟的模型和工藝包，以實現煉鐵和煉鋼工藝的高效優(yōu)化控制。無論對于小規(guī)模改造，還是對于全新生產設備，這些工藝包都能有效發(fā)揮作用。它們的優(yōu)勢已經在世界各地特別是中國的眾多樣板廠得到了充分展示。

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