萊鋼 120 t轉爐“一鍵式”煉鋼技術改造

張兆柱,于德榮,石勝利

(1.南開大學,天津 300071;2.萊蕪鋼鐵集團有限公司,山東 萊蕪 271104)

1 前言

近年來,國內在轉爐自動煉鋼方面取得了不小的成就。寶鋼第三煉鋼廠基本實現了自動煉鋼。轉爐煉鋼實現了由經驗煉鋼到科學煉鋼的變革,實現了由人工操作加料、吹氧、倒爐拉碳、取樣到自動煉鋼的轉變。

萊鋼 120 t轉爐在 2007年 5～10月安裝了轉爐副槍設備,具備了在煉鋼過程中不倒爐測溫、取樣、定碳、定氧等功能。轉爐副槍冶煉模型可以根據采集到的鐵水溫度、重量、成份,廢鋼種類、每種廢鋼重量及總重,放鋼時鋼包的溫度等相關信息自動生成一個料單。料單可以顯示需要加入的每種散裝料的多少、需要的吹氧量及合金加入量等相關數據,為操作人員提供參考。

在此基礎上煉鋼廠提出要實現爐前點擊開始煉鋼按鈕,完全由副槍二級控制轉爐槍位、氧氣流量、散裝料加料、轉爐底吹氬和鋼包底吹氬直至搖爐放鋼的“一鍵式”煉鋼的構想。

2 新技術改造措施

2.1 設備與工藝的改進

2.1.1 氧槍編碼器

原氧槍編碼器安裝在氧槍卷揚減速機輸出軸卷筒的另一側,編碼器與輸出軸同軸度偏差大,造成編碼器輸出誤差大。通過研究決定將編碼器安裝在氧槍主令的一端,與氧槍主令同軸。重新設計卷揚與氧槍主令的聯軸器,使卷揚軸與主令軸的同步誤差在 2 mm之內,從而保證了氧槍卷揚與編碼器的同步運行,也保證了編碼器高度和氧槍實際高度相對應。

2.1.2 散裝料稱量系統

針對散裝料振動篩能力不足、下料量控制誤差大的問題。通過調查決定首先將振動篩擴容,以滿足“多批次,小批量”快加料的要求。針對散裝料稱量料斗控制精度不高的問題,將散裝料稱量料斗秤的傳感器改為橋式傳感器,下料量的多少通過控制振動篩振動電機的給定頻率來調節,保證誤差在 50 kg以內。進口一套高精度下料系統的電磁振動電機需要 25萬元,改造的費用只需 5萬元。

2.1.3 鋼包底吹系統

借鑒精煉爐成套吹氬設備的優點,在原氬氣管路流量調節閥前增加一個壓力調節閥,調節管路壓力;在流量調節閥后增加一個氣動切斷閥,實現自動切斷,管道末端加上遠傳壓力表和遠傳流量計。將鋼包底吹氬氣系統做成一個小的控制系統,通過 PLC進行控制,操作系統在爐前操作畫面上。在放鋼信號到來 1 min后切斷閥打開,分為三個階段控制,放鋼前期 (0～2 min)、放鋼中期 (0～3 min)、放鋼后期,每個階段設定不同的壓力及流量值。放鋼結束信號到來 2 min后關閉切斷閥,鋼包底吹結束。

2.1.4 轉爐底吹系統

針對轉爐底吹氬氣與副槍測量時所需底吹氬氣流量大小不對應的問題,轉爐底吹設備不做改變,主要進行程序方面的優化。轉爐底吹系統在接收到吹煉的信號后開始工作,在副槍探頭測量時將轉爐底吹的流量適當降低,以免底吹流量過大,爐內翻騰劇烈,造成副槍粘鋼。

2.1.5 鐵水與廢鋼數據自動采集系統

副槍冶煉模型需要采集鐵水包的包號、鐵水溫度、重量、成份,每個種類廢鋼的重量及總重量,以便分析現有原料的信息,通過比較冶煉模型的計算成份與需要冶煉的鋼種的目標成份值,判斷需要加入的散裝料、吹氧量的多少。現有行車秤數據無法傳輸到副槍二級系統,可增加無線發射與接收設備,通過信號轉換器將鐵水重量數據采集到副槍二級系統中。在行車上加裝無線發射與接收裝置,將廢鋼信息錄入大屏,可以判斷每種廢鋼的裝入量,通過程序計算累加得到廢鋼總量。微機保存數據同時傳輸到副槍二級冶煉模型中。

2.2 自動控制系統

“一鍵式”煉鋼生產流程如圖 1所示,控制系統如圖 2所示。從控制功能上分為一級控制和二級控制。

圖 1 “一鍵式”煉鋼工藝流程

圖 2 電氣控制系統

2.2.1 一級控制系統

一級系統主要包括以下幾部分:通訊與各上位機時間同步控制、副槍本體系統控制、轉爐本體控制。

(1)通訊與各上位機時間同步控制。通過編制時間同步軟件,實現生產管理網、副槍二級網絡與一級控制網絡中上位機時間同步。設置 PLC硬件參數以及W I NCC參數實現一級 PLC與一級控制網絡中上位機時間同步。在此基礎上通過GPS時鐘軟件實現一級、二級、三級網絡的時鐘同步。

(2)副槍本體系統控制。副槍系統控制包括D IRC控制、副槍側移小車橫移、探頭自動裝卸、副槍升降等控制。

(3)轉爐本體系統控制。主要實現氧槍升降自動控制、吹氧自動控制、散狀料加料自動控制、鋼包吹氬氣、轉爐底吹氬自動控制。

2.2.2 二級控制系統

二級系統主要采用 C-S模式,即服務器客戶端形式。

(1)SDM模型。副槍二級系統核心是 SDM模型,包括靜態模型和動態模型。靜態模型包括建立熱平衡、氧平衡、鐵平衡和渣平衡。動態模型進行工藝目標計算,脫硫計算,加料計算和吹煉計算;在吹煉過程中依據操作工發出的指令以及煉鋼過程數據進行動態控制計算,二次吹煉計算,廢氣分析動態工藝控制;在吹煉后進行吹煉確認計算,鋼包合金化計算,冶煉結束計算,模型反饋計算。

(2)生產計劃。BOF計劃主要通過轉爐計劃的輸入,儲存和管理轉爐添加劑畫面、吹煉畫面、副槍畫面、底吹畫面、出鋼添加劑畫面,操作工可以進入系統,添加、修改和刪除轉爐計劃。

SDM將加鐵水指令顯示到鐵水站的監測器上。SDM接收鐵水的實際重量和溫度信息;實驗室分析結果也傳給 SDM。這些數據將用于SDM的計算以及生成報表。

SDM將加廢鋼指令顯示到廢鋼裝載站的監測器上,并顯示廢鋼類型和重量。PSDM將接收每種類型廢鋼的實際重量及溫度信息。

鐵水和廢鋼加料由 SDM來計算。實際的加入量將返回供 SDM使用。

(3)過程通訊。通過工業以太網與一級系統進行通訊。二級與一級之間通過 GATEWAY PLC隔離。把氧槍高度、氧氣流量、散狀料鐵合金加料狀況傳輸到一級 PLC,實現一級 PLC自動控制。PLC將實際流量、體積、時間、爐內事件、副槍測量結果和槍的高度等過程數據傳給 SDM。PLC將底吹過程中氣體消耗信息傳給 SDM生成報表。另外,SDM將鋼包加料預設定值發給PLC,并接收其實際消耗的信息。

3 技術創新點

“一鍵式”煉鋼轉爐設備改造采用了以下幾方面的新技術。

(1)廢鋼分組稱量技術。將廢鋼按照重型、中型、輕型、燒結礦和鐵塊進行分類,每種廢鋼的重量可以單獨采集,分類后的廢鋼根據需要進行組合加入。

(2)建立了鋼包底吹模型。通過放鋼信號進行控制,按照出鋼初期、出鋼中期、出鋼后期分段調節底吹氬氣流量,保證了鋼水成分和合金分布及反應的均勻性。

(3)自行研究開發了“多批次、小批量、下料快、精度高”散裝料控制系統。

(4)鐵水與廢鋼數據的自動采集、保存、傳輸技術。

4 實施效果及存在問題分析

轉爐“一鍵式”煉鋼技術改造于 2008年 3月底完成,隨后經過一個月的調試首先在 3#轉爐成功實現“一鍵式”煉鋼,并在 5月初推廣到其他轉爐使用,至此煉鋼廠實現了由經驗煉鋼到科學煉鋼的變革。使用“一鍵式”煉鋼具有以下優點:

(1)終點命中率提高。據統計,通過“一鍵式”煉鋼,轉爐終點命中率由原來的 70%提高到現在的 95%以上,回爐鋼情況幾乎杜絕,節約了大量的能源。

(2)二次補吹次數大幅度減少。轉爐吹煉完成后,由于終點命中率提高,二次吹煉次數由原來的 20%下降到目前的 5%左右,二次吹煉數量的減少極大的降低了轉爐泄爆的爐數,干法除塵系統得以正常運行。

(3)轉爐煉鋼工作環境顯著改善。轉爐煉鋼工搖爐拉碳、測溫、取樣的爐數比率已經由原來的 100%直線下降到目前的 20%左右,工人已經在大部分的時間內遠離了危險工作區,極大的降低了爐前燙傷事故的發生。

(4)實施后遇到的主要問題。轉爐“一鍵式”煉鋼對外部條件要求較為苛刻,如冶煉氧壓、鐵水成分及溫度穩定,以上條件如果變化較大,則不能實行“一鍵式”煉鋼;

對設備管理水平要求高,“一鍵式”煉鋼要求成分數據傳輸、原料計量、機械、電氣、自動化設備必須 100%的可靠,一旦發生故障便不能“一鍵式”煉鋼。

目前,只要原料條件穩定,三座轉爐均使用自動煉鋼。3#轉爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 75%左右,1#轉爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 82%左右,2#轉爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 70%左右。

5 結論

“一鍵式”煉鋼實現了由經驗煉鋼到科學煉鋼的變革,優化了工藝操作,提升了整個煉鋼區域設備管理水平和自動化裝備水平,取得了可觀的經濟效益,并為進一步研究智能煉鋼提供了寶貴的經驗。

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