轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化技術(shù)的研究與發(fā)展

趙迎秋

(唐鋼微爾自動(dòng)化有限公司,河北唐山 063000)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化技術(shù)的研究與發(fā)展

趙迎秋

(唐鋼微爾自動(dòng)化有限公司,河北唐山 063000)

我國(guó)鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)能力相對(duì)較低,生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不高,成本能耗偏高,這與國(guó)際市場(chǎng)對(duì)于低成本下的高質(zhì)量產(chǎn)品要求背道而馳,顯然不利于我國(guó)的鋼鐵企業(yè)融入國(guó)際社會(huì)。因此,我國(guó)鋼鐵企業(yè)必須盡快改革轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù),不斷提高生產(chǎn)能力,盡快生產(chǎn)出高質(zhì)量,低能耗的產(chǎn)品來(lái)。這就需要我國(guó)鋼鐵企業(yè)重視轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù),深化此方面的研究與應(yīng)用,才能促進(jìn)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的真正振興和騰飛。

轉(zhuǎn)爐煉鋼 自動(dòng)化控制 一級(jí)系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)手段和冶金模型的不斷發(fā)展，通過(guò)數(shù)學(xué)建模和微機(jī)運(yùn)算相結(jié)合，根據(jù)冶煉的相關(guān)初始信息和過(guò)程數(shù)據(jù)，就可以推算出轉(zhuǎn)爐中各主要反應(yīng)的進(jìn)行情況，從而進(jìn)行相應(yīng)PLC控制操作，使轉(zhuǎn)爐冶煉做到了有理可依，大大地提高了效率，并節(jié)省了人力和物力，這就是目前國(guó)內(nèi)各鋼廠正廣泛推廣使用的自動(dòng)化煉鋼技術(shù)。

1　轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)簡(jiǎn)介及其先進(jìn)性

1.1煙氣分析系統(tǒng)(模型)

LOMAS煙氣系統(tǒng)(Low Maintenance Gas Analyzing System )即低維護(hù)量的煙氣在線連續(xù)分析系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分，由采樣系統(tǒng)、氣體處理系統(tǒng)和分析系統(tǒng)組成。采樣系統(tǒng)是安裝在煙道上的兩個(gè)氣體采集探頭，一備一用。能夠利用采集處理后的多余氣體，對(duì)備用探頭進(jìn)行自動(dòng)反吹清潔。煙氣探頭取樣點(diǎn)初步定在27m～39m平臺(tái)間的煙道上。氣體處理系統(tǒng)和分析系統(tǒng)放置27m平臺(tái)上特制的小屋內(nèi)，小屋的溫度和環(huán)境受到嚴(yán)格控制，以保證設(shè)備的使用壽命。探頭采集的氣體經(jīng)過(guò)降溫除塵處理后送入分析系統(tǒng)中分析成分。LOMAS的氣體處理系統(tǒng)可以對(duì)溫度高達(dá)1800℃、煙塵含量高達(dá)100mg/m3的氣體進(jìn)行處理，從而達(dá)到適合分析系統(tǒng)的條件。LOMAS的分析系統(tǒng)采用VG Prima型號(hào)的質(zhì)譜儀，能夠在2s內(nèi)迅速分析出煙氣中CO、CO2、O2、H2、N2、Ar等氣體含量，并且能達(dá)到較高的精度。

模型部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，西門(mén)子奧鋼聯(lián)的這套系統(tǒng)包含了多個(gè)模型:預(yù)計(jì)算、一次加料計(jì)算、二次加料計(jì)算、熔池液面計(jì)算、循環(huán)在線計(jì)算、DYNACON動(dòng)態(tài)計(jì)算、補(bǔ)吹校正計(jì)算、合金加料計(jì)算、反饋計(jì)算等等，其中比較重要的是預(yù)計(jì)算模型、循環(huán)在線模型和DYNACON動(dòng)態(tài)模型。

預(yù)計(jì)算模型是整合了加料計(jì)算、熔池液面計(jì)算和合金化計(jì)算等模型的靜態(tài)計(jì)算模型，它靜態(tài)的模擬了轉(zhuǎn)爐的整個(gè)冶煉過(guò)程。模型依據(jù)在程序中預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)冶煉步驟SMP進(jìn)行計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)冶煉步驟SMP是在模型中重要的一部分，它包含了冶煉時(shí)采用的加料制度和氧槍制度，并將冶煉過(guò)程劃分成了幾個(gè)階段，每個(gè)階段都有各自的目標(biāo)值，便于過(guò)程的調(diào)整和控制。預(yù)計(jì)算模型根據(jù)實(shí)際加入的廢鋼和鐵水量，按照SMP中定義的氧槍及加料制度，計(jì)算所需加入的輔料量、吹氧量，并預(yù)測(cè)各個(gè)階段的終點(diǎn)值。當(dāng)預(yù)計(jì)算結(jié)果顯示冶煉某個(gè)階段未能達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)在界面上給操作工顯示出相應(yīng)信息或警告，操作工據(jù)此調(diào)整實(shí)際操作參數(shù)如堿度、溫度等，以達(dá)到最好的冶煉效果。

1.2一級(jí)系統(tǒng)

一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用不但使得加料反應(yīng)靈活迅速，并且使生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)定。因此只需要一臺(tái)工程師站(計(jì)算機(jī))就可以用來(lái)預(yù)先進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、物料數(shù)據(jù)庫(kù)和模型參數(shù)的維護(hù)。操作工將根據(jù)不同的生產(chǎn)步驟的指導(dǎo)進(jìn)行持續(xù)的可再生的生產(chǎn)，在一個(gè)舒適的用戶界面的幫助下開(kāi)始一個(gè)爐次的生產(chǎn)和監(jiān)督。一級(jí)過(guò)程控制電腦將會(huì)按照存儲(chǔ)的每個(gè)鋼種的生產(chǎn)制度(吹氧制度、底吹制度、加料制度等)，執(zhí)行操作工要求的操作。一級(jí)過(guò)程跟蹤功能會(huì)記錄所有必要的過(guò)程數(shù)據(jù)，方便過(guò)程工程師評(píng)估。這是生產(chǎn)高質(zhì)量鋼產(chǎn)品所必需的。

2　國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

目前在日本、德國(guó)的許多大型轉(zhuǎn)爐上都采用了副槍與煙氣分析結(jié)合使用的技術(shù)，如日本住友金屬公司、日本新日鐵、德國(guó)Thessenkrupp煉鋼廠等。這些鋼廠在采用了這些技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化控制，不僅節(jié)省了人力物力，還提高了效率、產(chǎn)量，減少了噴濺和后吹。

本鋼引進(jìn)的是美國(guó)達(dá)涅利的煙氣系統(tǒng)，其質(zhì)譜儀也是VG Prima型磁扇式質(zhì)譜儀。配合開(kāi)發(fā)的計(jì)算模型，對(duì)于含碳量低于0.12%的爐次，其控制精度可達(dá)±0.02%，命中率為90%。副槍技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較早，據(jù)了解，寶鋼在副槍技術(shù)控制下，終點(diǎn)一次命中率為80%～85%，補(bǔ)吹率在10%以下。最近幾年，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始探討兩者相結(jié)合使用的全自動(dòng)煉鋼技術(shù)，如本鋼、攀鋼的系統(tǒng)。

3　轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化的要求

先進(jìn)的自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)我們各個(gè)環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。

3.1對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求

對(duì)信號(hào)的質(zhì)量的要求，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:人員管理效率和設(shè)備控制精度。

(1)人員管理效率;自動(dòng)煉鋼模式主要應(yīng)用在吹煉過(guò)程中的自動(dòng)控制，但前期準(zhǔn)備和后續(xù)工作大多要人工來(lái)完成。前期計(jì)劃的下發(fā)要到位，脫硫站測(cè)溫取樣送樣要及時(shí)，樣品化驗(yàn)要快速準(zhǔn)確，等等。在吹煉過(guò)程中一助手不可以隨意切換至一級(jí)狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致一級(jí)無(wú)法正確判斷出步驟狀態(tài)。加強(qiáng)管理和提高效率是我們用好這套系統(tǒng)的關(guān)鍵。為了保證可以及時(shí)獲得鐵水信息，加長(zhǎng)了原有的測(cè)溫取樣槍?zhuān)沟迷瓉?lái)只能在天車(chē)吊包時(shí)進(jìn)行的測(cè)溫取樣工作，能夠提前到出完鐵就進(jìn)行，節(jié)省了時(shí)間，保證了鐵水信息的及時(shí)性。(2)設(shè)備控制精度;設(shè)備控制精度是為自動(dòng)煉鋼計(jì)算準(zhǔn)確向著更高的目標(biāo)前進(jìn)的前提和保障。自動(dòng)煉鋼在調(diào)試期間，為了保證能夠獲得鐵水信息，大大提高了鐵水取樣的成功率，確保了鐵水成分的可獲得性。

3.2對(duì)設(shè)計(jì)邏輯思路上合理性的要求

我們以前的很多設(shè)計(jì)思路，是按照要求、規(guī)定等人為主觀的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但有些情況并不是主觀規(guī)定能夠預(yù)計(jì)到的。從自動(dòng)煉鋼的工程中，我們可以學(xué)到拋開(kāi)各種想象的可能性，轉(zhuǎn)為更為實(shí)際的數(shù)據(jù)獲取方式。

4　結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼是目前煉鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，是煉鋼企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)能的良好手段。充分引進(jìn)吸收這類(lèi)技術(shù)，對(duì)提高我國(guó)鋼產(chǎn)品質(zhì)量，提高整體冶煉水平有著重要意義。學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，我們可以從中收獲很多經(jīng)驗(yàn)，為我們以后工作水平的提供寶貴的參考和指導(dǎo)。

[1]王永富,李小平,柴天佑,謝書(shū)明.轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)過(guò)程預(yù)設(shè)定模型的混合建模與預(yù)報(bào)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào),2003(8).

[2]謝書(shū)明,柴天佑,陶鈞.一種轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)終點(diǎn)預(yù)報(bào)的新方法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2001(1).