鋼廠轉(zhuǎn)爐副槍自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化

摘要：煉鋼是鋼廠生存發(fā)展的命脈基礎(chǔ)，煉鋼需要對(duì)溫度、對(duì)碳含量進(jìn)行準(zhǔn)確的把握和分析。本文通過分析研究轉(zhuǎn)爐副槍自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，結(jié)合對(duì)冶金相關(guān)原理以及冷卻原理的研究，分析轉(zhuǎn)爐煉鋼的特點(diǎn)和基本狀況，以期能夠?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使之更加有效成熟。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼;副槍;改進(jìn);優(yōu)化

改革開放以來，鋼材產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，煉鋼技術(shù)也跟著迅猛發(fā)展。目前世界上使用最多的冶煉方式是轉(zhuǎn)爐煉鋼，并且為了能夠更好的控制溫度和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，縮短氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉的周期，同時(shí)能夠提高出鋼的質(zhì)量和效率，減少原材料的消耗，同時(shí)能夠減少人工成本，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，副槍自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)在各大鋼廠被廣泛的使用。

1.轉(zhuǎn)爐煉鋼

轉(zhuǎn)爐煉鋼即converter"steelmaking，就是將鐵合金、廢鋼、鐵水作為主要的原料，只依靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量，而不借助其他的外加能源，然后在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼的全部過程的煉鋼方式。轉(zhuǎn)爐的工作原理其實(shí)就是首先將材料按耐火性能的不同分為酸性和堿性，其次，吹入爐內(nèi)的氣體由于吹入的部位不同，有側(cè)吹、頂吹和底吹;同時(shí)按照吹入氣體種類的不同為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。材料、吹氣部位、氣體的不同，轉(zhuǎn)爐的功效也不同，例如堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，就因?yàn)槠溆兄a(chǎn)量大病假生產(chǎn)速度快、單爐的產(chǎn)量高、同時(shí)成本低、相對(duì)而言投資少的特點(diǎn)，在目前煉鋼設(shè)備中是最為普遍使用的。轉(zhuǎn)爐主要是用于合金鋼、銅、鎳及碳鋼的生產(chǎn)冶煉的。

1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的流程

轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝流程主要是：首先，按照相關(guān)配料的比例，把廢鋼先裝入爐內(nèi)，再在其中加入鐵水，同時(shí)需要加入一定量的造渣材料（比如生石灰之類的）。相關(guān)配料加入完畢后，就可以將氧氣噴槍由爐頂插入到爐內(nèi)，吹入純度大于99%的高壓氧氣流，使其直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，去除廢鋼中的雜質(zhì)。這里需要說明的是純氧代替空氣是為了克服因空氣中含有的的氮?dú)庠斐傻匿撡|(zhì)變脆的影響。去除廢鋼中含有的硫、磷，并且鋼水的成分和溫度都達(dá)到相關(guān)的理論要求后，就要停止吹煉，并且提升噴槍，這是就可以準(zhǔn)備出鋼了。

出鋼時(shí)要將爐體傾斜，使得鋼水從出鋼口注入鋼水包中，并且加入脫氧劑進(jìn)行脫氧反應(yīng)并且同時(shí)能夠調(diào)節(jié)鋼水的成分。在鋼水符合出品要求后，就可以將鋼水澆成鋼的鑄件或者鑄成鋼錠，鋼錠通過加工可以軋制成各種鋼材。

在使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的由氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳?xì)怏w等組成的棕色煙氣，會(huì)造成空氣污染。因此，對(duì)煉鋼產(chǎn)生的氣體必須加以凈化和回收，從而避免環(huán)境污染。像氣體中的氧化鐵塵粒也是可以用來煉鋼的;而一氧化碳則可以作化工原料或燃料提供熱能;而煙氣帶出的熱量可以提供熱量出產(chǎn)水蒸氣。此外，在煉鋼時(shí)，生成的爐渣也是做鋼渣水泥的原材料，有些爐渣含有大量的磷，能夠通過加工制成磷肥。

2.副槍

在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐設(shè)備中，除供氧的氧槍以外，另外會(huì)裝備有一支類似于氧槍，同樣可以升降并直接插入熔池內(nèi)的金屬槍，這就是副槍。在副槍的端部一般裝有功能不同的探頭，冶煉過程中分別用以測(cè)量爐內(nèi)的溫度、成分含量等的信息，然后由鏈接的計(jì)算機(jī)設(shè)備將其測(cè)得的相關(guān)信息傳送到轉(zhuǎn)爐的主控制室內(nèi)。

目前科技的發(fā)展，通過計(jì)算機(jī)編程管理使得升降副槍、裝卸探頭、傳送數(shù)據(jù)、探頭倉(cāng)的裝料等都已做到了自動(dòng)化和機(jī)械化。而為了轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制命中率的提高，最重要的是進(jìn)一步調(diào)整吹煉過程中得到的鋼液的溫度、碳的含量、其他成分等的信息，然后通過制作較高級(jí)的動(dòng)態(tài)控制模型，使得終點(diǎn)目標(biāo)能夠準(zhǔn)確命中。但是，轉(zhuǎn)爐工作是處于半封閉的狀態(tài)下的，這使得在不間斷吹煉過程中，同時(shí)獲取金屬熔池的信息的難度很大。因而，隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化程度的日益提高，通過利用副槍來探測(cè)熔池，成為獲得煉鋼過程中熔池內(nèi)信息變化的最主要手段。

2.1副槍裝置優(yōu)點(diǎn)

副槍裝置的優(yōu)點(diǎn)主要變現(xiàn)為：

首先，副槍探頭功能齊全。因?yàn)楦睒尣捎玫氖堑耐庋b探頭式的結(jié)構(gòu)模型，所以，在不同的需求下，可以插裝不同功能的探頭來完成相應(yīng)的檢測(cè)目的，。

其次，副槍的槍體采用了水冷式的結(jié)構(gòu)，這樣可以延長(zhǎng)副槍的使用壽命，并且減少維護(hù)的費(fèi)用。

最后，副槍機(jī)構(gòu)的安全措施是多層次的，保障了運(yùn)行的安全性。并且由于不斷改進(jìn)了探頭的質(zhì)量，采用副槍技術(shù)后的轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)控制，碳、溫度的同時(shí)命中率，已可大于90%。

2.2副槍的組成

副槍是由旋轉(zhuǎn)框架及其驅(qū)動(dòng)裝置，副槍槍體及升降小車，小車升降驅(qū)動(dòng)裝置，探頭供給及插裝裝置，副槍槍體矯直裝置，探頭回收溜槽等組成的。副槍是轉(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制中最主要的設(shè)備，其構(gòu)成由是一根水冷式三層鋼管，在鋼管的下端有一個(gè)一次觸發(fā)的探頭電極夾，在電極夾上是副槍：測(cè)溫探頭、測(cè)溫定碳探頭、測(cè)溫定氧探頭、測(cè)鋼水液面探頭四種探頭。

3.轉(zhuǎn)爐副槍自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化

副槍系統(tǒng)是煉鋼系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)部分，其主要功能是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中獲取并檢測(cè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)爐熔池中的各種信息，比如溫度、熔池液位、鋼水的成分以及碳的含量等。在實(shí)際應(yīng)用中主要分為一次TSC測(cè)量，一次或者多次TSO測(cè)量。其中，TSC測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到動(dòng)態(tài)模型計(jì)算和冶煉重點(diǎn)的命中率。

副槍系統(tǒng)在使用過程中會(huì)由于各種因素的影響而影響其使用的效果，并且影響相應(yīng)的出鋼質(zhì)量，歸結(jié)起來說主要是由于副槍機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部分的硬件質(zhì)量、副槍的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)計(jì)算的碳含量精準(zhǔn)度和化驗(yàn)室實(shí)際的碳含量的偏差造成動(dòng)態(tài)模型計(jì)算準(zhǔn)確度不高，副槍PLC和二級(jí)模型服務(wù)通訊故障。

針對(duì)副槍數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的問題，具體研究發(fā)現(xiàn)，主要是對(duì)結(jié)晶的溫度和氧活度的計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。結(jié)晶溫度和氧活度的分析過程是采用找平臺(tái)的方法進(jìn)行計(jì)算的。首先要設(shè)定平臺(tái)的質(zhì)量代碼為A、B、C、D，分別代表了四份等級(jí)，A為最優(yōu)級(jí)別，D為最差級(jí)別，然后再一定的時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)的偏差會(huì)固定在一定的范圍之中嗎，從A開始搜索有效曲線，如果沒有滿足要求的，則重復(fù)搜索與B、C、D相匹配的有效曲線，有滿足要求的則計(jì)算出結(jié)果，若都沒有則測(cè)量失敗。

經(jīng)過多次的測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，反復(fù)的探究，可以發(fā)現(xiàn)原有的分析系統(tǒng)在數(shù)據(jù)曲線異常的情況下，依舊能夠得到滿足四個(gè)等級(jí)之一的有效曲線，計(jì)算出不準(zhǔn)確的結(jié)果。為此，可以在數(shù)據(jù)采集速率達(dá)到40m/s的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)先做出預(yù)過濾，縮短搜索曲線的范圍，然后變窄原有平臺(tái)上的各等級(jí)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)搜索的長(zhǎng)度和有效偏差范圍，從而使得數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確率得到提高。

4.結(jié)語

在改進(jìn)副槍系統(tǒng)的同時(shí)還應(yīng)該優(yōu)化靜態(tài)計(jì)算系數(shù)、靜態(tài)分組，以及改進(jìn)自學(xué)習(xí)效果。并且對(duì)于通訊程序也應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)和維護(hù)，因?yàn)?，副槍的自?dòng)化系統(tǒng)的提高能夠明顯提高煉鋼的生產(chǎn)技術(shù)水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國(guó)對(duì)于副槍系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化都處于摸索階段，只有不斷的深入研究，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，查閱相關(guān)資料，借鑒相關(guān)科技提高自身的認(rèn)識(shí)，次啊能更好的優(yōu)化改革，提高鋼鐵的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)降低相應(yīng)的成本，擴(kuò)大收益。

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