轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼技術(shù)應(yīng)用新進(jìn)展

趙海峰

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司技術(shù)中心,河北邯鄲056015)

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼技術(shù)應(yīng)用新進(jìn)展

趙海峰

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司技術(shù)中心,河北邯鄲056015)

概述了國(guó)內(nèi)鋼鐵公司在轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù)應(yīng)用方面的新進(jìn)展,副槍的工藝設(shè)備等工藝技術(shù)的特點(diǎn),自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的完善、優(yōu)化和應(yīng)用情況。該技術(shù)具有突出的優(yōu)越性,能夠縮短冶煉時(shí)間,提高生產(chǎn)能力,提高冶煉效率,改善冶煉效果,減少氧耗,改善工作條件,延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐爐齡,提高設(shè)備的利用率等特點(diǎn),還能達(dá)到節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的目的,轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù)的應(yīng)用使煉鋼實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。所以,它在大中型轉(zhuǎn)爐上得到了較為廣泛的應(yīng)用,獲得了良好的效果和效益。

頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐;自動(dòng)化煉鋼;副槍;技術(shù)應(yīng)用;新進(jìn)展

1 引言

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù)是當(dāng)今世界的先進(jìn)技術(shù),它是隨著轉(zhuǎn)爐的大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展而發(fā)展的。該技術(shù)具有突出的優(yōu)越性,能夠顯著提高生產(chǎn)能力,縮短出鋼和冶煉時(shí)間,精確地控制動(dòng)態(tài)吹氧量,提高冶煉效率,減少點(diǎn)吹、補(bǔ)吹的次數(shù)和氧耗,降低鐵水和添加劑消耗,改善冶煉效果和工作條件,提高設(shè)備利用率,提高轉(zhuǎn)爐爐齡,降低生產(chǎn)運(yùn)行成本等特點(diǎn),還能達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的目的,因而能夠獲得穩(wěn)定的吹煉操作和提高鋼水成分和溫度的命中率,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煉鋼。近十多年來(lái),全自動(dòng)煉鋼技術(shù)在大中型轉(zhuǎn)爐上得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè),依靠本企業(yè)強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力,已經(jīng)成功自主研發(fā)出多項(xiàng)自動(dòng)煉鋼的配套技術(shù),集成了具有國(guó)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)煉鋼專有技術(shù),并在全國(guó)10多家鋼鐵公司得到了推廣和應(yīng)用,國(guó)內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)對(duì)原來(lái)的自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù)也進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),大中型鋼鐵企業(yè)也研發(fā)和應(yīng)用了較先進(jìn)自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù),獲得了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼工藝技術(shù)應(yīng)用新進(jìn)展

2.1 轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)改造

國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)也從引進(jìn)到自主改造研發(fā),逐步使其具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),寶鋼二煉鋼4#和5#轉(zhuǎn)爐的原有副槍系統(tǒng)是在20世紀(jì)90年代建廠時(shí)建造,由日本川崎重工設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)相關(guān)單位合作制造的,其中部分關(guān)鍵設(shè)備是從川崎重工引進(jìn)。經(jīng)過(guò)近十來(lái)年的運(yùn)行,部分轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)也存在一些問(wèn)題,通過(guò)采取了改造措施,取得了良好的效果。

2.1.1 問(wèn)題分析

(1)工位和操作環(huán)節(jié)較多,探頭安裝/拔取工位旋轉(zhuǎn)角度很小,只有33°,轉(zhuǎn)爐副槍在操作過(guò)程中,設(shè)備搶修與生產(chǎn)相沖突,影響了正常的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。

(2)整個(gè)操作過(guò)程和程序控制都較為復(fù)雜。

(3)在設(shè)計(jì)上,探頭安裝/拔取裝置存在明顯的缺陷,經(jīng)常存在探頭自動(dòng)安裝失敗的問(wèn)題。

(4)探頭安裝和探頭拔取,整個(gè)測(cè)量周期耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.1.2 改造措施

2.1.2.1 工藝改造

(1)重新布置了轉(zhuǎn)爐副槍操作系統(tǒng)各層的維修平臺(tái)。

(2)原有的待機(jī)位被取消,增加了轉(zhuǎn)爐副槍向轉(zhuǎn)爐非驅(qū)動(dòng)側(cè)的旋轉(zhuǎn)角度,經(jīng)過(guò)改造后,只有測(cè)溫取樣位和探頭安裝/拔取位這兩個(gè)工位,簡(jiǎn)化了操作。

(3)對(duì)壓縮空氣管線、氮封管線、鍋爐管線以及其它管路設(shè)施進(jìn)行了配套改造。

2.1.2.2 設(shè)備改造

(1)調(diào)整在轉(zhuǎn)爐副槍旋轉(zhuǎn)裝置的電液缸接手位置。

(2)在保留探頭起倒裝置原有功能的基礎(chǔ)上,增加了對(duì)中微調(diào)功能、探頭抓握功能、槍管下降導(dǎo)向功能。

(3)探頭貯箱結(jié)構(gòu)由原來(lái)斜槽式改造為直槽式。

(4)對(duì)機(jī)械手予以取消。增加一套探頭拔取裝置,在副槍測(cè)溫取樣結(jié)束后,用于自動(dòng)摘除槍體上的探頭。探頭輸送裝置改由鏈條驅(qū)動(dòng),探頭被布置在貯箱下方。探頭溜管被重新設(shè)計(jì)制作。

(5)在轉(zhuǎn)爐副槍升降小車上,改變軟管固定托架位置。

2.1.2.3 操作優(yōu)化

由于工藝和設(shè)備發(fā)生變化較大,其操作流程也需作相應(yīng)的調(diào)整,副槍系統(tǒng)改造后流程如圖1所示。

2.1.2.4 控制系統(tǒng)改造

對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了改造,更適合現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化煉鋼操作。

2.1.3 改造效果

(1)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐副槍一個(gè)測(cè)量周期所需工作的時(shí)間縮短了。

(2)大幅減少小了設(shè)備維護(hù)成本與設(shè)備維修工作量。

(3)探頭自動(dòng)安裝成功率顯著提高了,人工裝探頭次數(shù)顯著地減少了。

圖1 改造后的副槍工藝流程圖

(4)優(yōu)化了操作程序,美化了操作界面,人機(jī)交流界面更加人性化。

(5)轉(zhuǎn)爐具備了冶煉硅鋼等更多尖端鋼種的生產(chǎn)能力。

(6)測(cè)成率已經(jīng)達(dá)到了99%以上。

2.2 自主研發(fā)的轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)功能與模型

2.2.1 本鋼

本鋼板材公司是國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)之一,安裝有達(dá)涅利副槍以及自動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng),應(yīng)用效果很好,在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐副槍和過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用方面,積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此,在新建轉(zhuǎn)爐上,中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司與本鋼聯(lián)合研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的副槍和轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)。

目前國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐存在的問(wèn)題:

(1)生產(chǎn)操作普遍存在計(jì)量信息不規(guī)范,如:對(duì)加入爐內(nèi)的廢鋼不分類,原料成分不準(zhǔn)確,甚至對(duì)原料根本不進(jìn)行檢測(cè)等問(wèn)題,對(duì)模型的開(kāi)發(fā)影響很大。因此,在模型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,合適的結(jié)構(gòu)必須被采用,來(lái)增加模型的適應(yīng)性。

(2)常常不能兼顧模型的適應(yīng)性和精度,為此,在模型設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于靜態(tài)控制模型考慮更多的是適應(yīng)性,對(duì)于動(dòng)態(tài)控制模型主要考慮其精度。

(3)由于轉(zhuǎn)爐副槍技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制成套技術(shù)和轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng),使本鋼更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。

本鋼轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖3所示,轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。開(kāi)發(fā)了靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。

圖2 轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

圖4 轉(zhuǎn)爐過(guò)程控制模型結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 梅鋼

梅鋼獨(dú)自開(kāi)展了自動(dòng)煉鋼技術(shù)的研究工作,在梅鋼二煉鋼工程中,通過(guò)自主集成設(shè)計(jì),完成了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,并取得成功。

設(shè)計(jì)的內(nèi)容有:

(1)靜態(tài)模型設(shè)計(jì)。

靜態(tài)模型采用了如下技術(shù):

①根據(jù)鐵水條件和轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種要求,細(xì)化了靜態(tài)分組和自學(xué)習(xí)分組,并對(duì)自學(xué)習(xí)的爐次條件設(shè)定了范圍,完善了自學(xué)習(xí)規(guī)則。

②調(diào)整優(yōu)化了主原料的裝入、造渣、供氧、溫度等冶煉參數(shù),規(guī)范了轉(zhuǎn)爐過(guò)程操作,提出了“一鍵式”的工藝技術(shù)控制思路,減少了人為干預(yù),提高了靜態(tài)模型的再現(xiàn)性和自學(xué)習(xí)功能。

(2)調(diào)整了調(diào)節(jié)閥、開(kāi)關(guān)的氧點(diǎn)、待吹點(diǎn)、開(kāi)關(guān)閥的時(shí)間、氧槍的升降速度。

(3)采用了轉(zhuǎn)爐副原料加入控制技術(shù)。

研發(fā)了鐵礦石稱量備投、料倉(cāng)互備、料倉(cāng)自動(dòng)累計(jì)到下一爐次等功能和人工實(shí)時(shí)干預(yù)技術(shù)。優(yōu)化了電文傳送時(shí)序,理順了L2與L1間信息流,實(shí)現(xiàn)了副原料投入完全計(jì)算機(jī)控制。增加了計(jì)算機(jī)模式下礦石加料的強(qiáng)制半自動(dòng)按鈕,在加料畫(huà)面中,增加了氧槍槍位及流量干預(yù)功能。

(4)提高了副槍測(cè)量的成功率。

措施如下:

①L2與L1通訊時(shí)間被延遲了,轉(zhuǎn)爐副槍測(cè)量數(shù)據(jù)保證上傳到L2系統(tǒng)。

②加強(qiáng)了副槍探頭管理,應(yīng)用計(jì)算機(jī)模式進(jìn)行了測(cè)量,TSC測(cè)量氧量由L2下發(fā)給L1,TSO測(cè)量時(shí)間被優(yōu)化,提高了副槍檢測(cè)成功率。

(5)較為準(zhǔn)確地計(jì)算動(dòng)態(tài)碳含量、熔池液位。

(6)動(dòng)態(tài)升溫系數(shù)范圍以及礦石冷卻參數(shù)得到了較為合理的調(diào)整,模型參數(shù)也得到了進(jìn)一步的優(yōu)化,增加了冷卻劑稱量備投功能。

(7)參考爐次的人工修正技術(shù)、模型自學(xué)習(xí)系統(tǒng)人機(jī)實(shí)時(shí)干預(yù)技術(shù)被合理的采用。

2.3 優(yōu)化靜、動(dòng)態(tài)模型參數(shù)

馬鋼新建項(xiàng)目主體工程之一的300t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)是從Danieli Corus公司引進(jìn),這是近年新上的大型先進(jìn)的煉鋼裝備,代表著當(dāng)今煉鋼先進(jìn)水平。近年來(lái),馬鋼完善了數(shù)據(jù)采集功能,提高了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度,動(dòng)靜態(tài)模型參數(shù)被優(yōu)化等。

完善優(yōu)化的工作有:

(1)加強(qiáng)原輔料的細(xì)化管理,包括廢鋼的分類管理,返回渣分類存放管理,轉(zhuǎn)爐造渣料的優(yōu)化管理。

(2)修正和優(yōu)化模型參數(shù),包括脫碳速度的細(xì)化調(diào)整,在動(dòng)態(tài)吹煉計(jì)算中,對(duì)礦石冷卻效應(yīng)的細(xì)化調(diào)整,出鋼時(shí)間對(duì)目標(biāo)溫度計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化修正,主吹目標(biāo)工藝窗口的優(yōu)化改善。

(3)一、二級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和處理功能得到了完善,數(shù)據(jù)的精度得到了進(jìn)一步提高,裝料的計(jì)算也得到了進(jìn)一步優(yōu)化。

應(yīng)用效果:

(1)在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)時(shí),終點(diǎn)碳控制精度和溫度都得到了提高,轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳、溫度雙命中率提高至80.9%。

(2)在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)時(shí),鋼水平均溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)、終渣w(T.Fe)和鋼鐵料消耗均明顯下降。

(3)供氧、造渣制度得到了統(tǒng)一,槍位和加料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。

(4)OG系統(tǒng)煤氣回收量提高至111m3/t。

(5)轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹率下降至6%。

2.4 優(yōu)化自動(dòng)化煉鋼技術(shù)

目前,國(guó)內(nèi)采用轉(zhuǎn)爐副槍計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制的鋼鐵企業(yè)越來(lái)越多,副槍及自動(dòng)煉鋼控制系統(tǒng)已成為轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制的主要手段,但在使用過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題,原因如下:

(1)設(shè)備維護(hù)和管理水平較差,人工干預(yù)操作時(shí)有發(fā)生,煉鋼管理模式不能服從計(jì)算機(jī)自動(dòng)煉鋼的需求,設(shè)備故障經(jīng)常發(fā)生。

(2)轉(zhuǎn)爐冶煉高精度計(jì)量能力較差,原料不能分類進(jìn)行管理。

(3)其生產(chǎn)過(guò)程仍有缺陷,冶煉模型不完善。

2.4.1 武鋼煉鋼總廠四分廠優(yōu)化措施

武鋼煉鋼總廠四分廠屬于新投產(chǎn)的裝備技術(shù),該廠的生產(chǎn)技術(shù)方向能夠代表當(dāng)今設(shè)備的狀況。針對(duì)一些問(wèn)題,該廠采取了優(yōu)化措施:

(1)穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐副槍綜合使用率。提高靜態(tài)過(guò)程穩(wěn)定性和C-溫雙命中率。

(2)合理快速地加入轉(zhuǎn)爐冷卻劑。

(3)供氧系統(tǒng)得到了穩(wěn)定操作,供氧制度得到了合理的調(diào)整。

(4)自學(xué)習(xí)功能以及參考爐次的人工修正被完善。

應(yīng)用效果:

該廠2010年下半年,C-T雙命中率穩(wěn)定在90%以上,最高達(dá)到了94.04%。

2.4.2 武鋼煉鋼總廠三分廠優(yōu)化措施

近年來(lái),該廠在生產(chǎn)模式和外界原料條件不斷變化的情況下,預(yù)出鐵模型、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模型、終點(diǎn)磷、硫預(yù)測(cè)模型不斷地被改進(jìn),自動(dòng)拉碳技術(shù)被不斷地優(yōu)化,快速出鋼技術(shù)不斷地得到了提高。2009年第4季度,全自動(dòng)化煉鋼率平均穩(wěn)定在83%的較高水平,自動(dòng)拉碳率年平均達(dá)到了85.1%、轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳、溫雙命中率年平均達(dá)到96.3%,該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2.4.3 安鋼第二煉軋廠存在的問(wèn)題及優(yōu)化措施

存在的問(wèn)題:

(1)轉(zhuǎn)爐鐵合金加料系統(tǒng)功能不完善和熔劑加料控制系統(tǒng)故障率偏高。

(2)不完善的二級(jí)系統(tǒng)通訊功能。

(3)轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹系統(tǒng)不正常。

優(yōu)化措施:

(1)對(duì)氧槍槍位、吹氧量的數(shù)據(jù)處理與控制,以及HMI控制畫(huà)面進(jìn)行了大幅修改,還對(duì)底吹模式計(jì)算機(jī)設(shè)定代碼接收與處理,對(duì)爐口氧量不送入模型的程序進(jìn)行了大幅修改。

(2)變頻器的控制參數(shù)得到了優(yōu)化,鐵合金一級(jí)自動(dòng)化加料的控制得到了完善,熔劑加料采集程序得到了改進(jìn),模型數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性得到了保證,改造了翻板閥控制,對(duì)自動(dòng)分料控制程序進(jìn)行了優(yōu)化。

(3)增加了主原料控制系統(tǒng),增加了鋼包信息傳遞和脫硫后鐵水?dāng)?shù)據(jù)的傳輸,生產(chǎn)管理系統(tǒng)的部分程序被更改。

改進(jìn)的效果:

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)其終點(diǎn)(C)的合格率達(dá)到了100%,終點(diǎn)(C)、溫雙命中率也達(dá)到了91%以上。

2.5 其它鋼鐵公司

還有一些鋼鐵公司也采用、優(yōu)化和改進(jìn)了該技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼鐵企業(yè)采用轉(zhuǎn)爐副槍及自動(dòng)化煉鋼技術(shù),打破了煉鋼長(zhǎng)期以來(lái)依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)煉鋼的傳統(tǒng)模式,該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用促使煉鋼生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)操作標(biāo)準(zhǔn)化和管理信息化,完善了數(shù)據(jù)采集功能,提高了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度,優(yōu)化了動(dòng)、靜態(tài)模型參數(shù),減少了資源和能源消耗,有利于新鋼種的開(kāi)發(fā),由引進(jìn)技術(shù)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù),為轉(zhuǎn)爐創(chuàng)效儲(chǔ)備了大量的技術(shù)數(shù)據(jù)、資料和信息,使煉鋼的整體技術(shù)水平有了一個(gè)質(zhì)的飛躍,使自動(dòng)化煉鋼技術(shù)更上了一個(gè)新的臺(tái)階。

New Advancement of Technique Application of Converter Automation Making Steel

ZHAO Hai-feng
(Technique Center,Handan Iron and Steel Company,Heibei Iron and Steel Group,Handan,056015 Heibei,China)

The new advancement of technology application of converter automation making steel in the internal iron and steel company are summarized.feature of technology and equipment of sublance and so on.This technique have prominent superiority,it can shorten melting time,increase production capacity and melting efficiency,perfect melting effect,reduce oxygen consumption,improve working condition,longer converter campaign,increase equipment utilizing rate and so on.It can too reach the goal of proctising resources and pretecting environment,the application of converter automation making steel technology make making steel realizing automation.So,it gain more extensive application in large size converter,the good effect is gained.

top-buttom recover blow converter;automation making steel;sub-lance;technique application;new advancement

TP273

:A

1001-5108(2015)06-0065-05

趙海峰,高級(jí)工程師,工程碩士,主要從事技術(shù)研究工作。