投彈式副槍技術在煉鋼廠的應用

儲鴻文 葉建松 金進文 楊利康 連 鑄 范 佳

前言

近幾年來，隨著用戶對鋼材性能和質量的要求越來越高，鋼材的應用范圍越來越廣，同時鋼鐵生產企業也對提高產品產量和質量、擴大品種、節約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，以動態控制模型為主的自動化煉鋼模式越來越受到鋼鐵生產企業的青睞。

1.投彈式副槍技術的發展及特點

1.1 投彈式副槍技術的發展歷程

從上世紀70年代起，圍繞著轉爐煉鋼動態控制技術研究共發展出三種控制方式：煙氣分析技術、機械式副槍技術和投彈式副槍技術。由于圍繞著機械式副槍、煙氣分析的開發的一些技術較為成熟，因此發展速度比較快。進入20世紀90年代，隨著計算機技術、遠程通訊技術、耐火材料技術的長足發展，機械式副槍技術出現的安裝復雜、使用及維護成本高、以及在120t以下中小型轉爐受安裝限制的問題，使得具有投入成本低、維護簡單、占地面積小、檢測速度快特點的投彈式副槍技術重新得到了快速發展，并被廣泛應用到120t以下的中小轉爐的生產。

1.2 投彈式副槍技術控制原理

投彈式副槍技術的硬件主要由4部分組成：①數據采集電偶，用于采集鋼水成分信息，并將其轉換成電信號；②負責傳輸電信號的導線；③中間計算機，用于分析采集到的電信號，將其轉換成用戶可理解的數字信號，并發送到爐前操作臺的二級服務器內，此外該計算機還接收二級服務器發出的指令，從而控制電偶的投放；④二級服務器，用于接收從中間計算機上傳的鋼水信息以及向中間計算機發出指令，從而間接控制電偶的投放。

如圖1所示，在冶煉過程中，當操作人員在二級服務器發出投放指令后，該二級服務器會將指令發送到中間計算機，中間計算機會根據指令控制設備向轉爐內投入一個尾部連接著一根數據傳輸線（近年來，已經開發出無線熱電偶）的電偶。電偶可以穿透渣層，插入鋼水幾十厘米的深度，開始檢測鋼水的溫度以及碳、氧、磷含量，檢測周期為50ms，并以電信號的形式沿數據傳輸線向中間計算機發送。熱電偶和數據傳輸線均能夠在鋼水中浸泡8秒鐘以上，能夠保證在被燒毀之前，將準確、穩定的電信號發送給中間計算機。中間計算機會將電信號轉換成為鋼水的溫度以及碳、氧、磷含量的數字信號，并發送給二級服務器，最終將鋼水信息傳遞給現場操作人員。

1.3 投彈式副槍技術的特點

煙氣分析、機械式副槍和投彈式副槍三種控制方式的特點比較見表1：

從表1的對比可知，投彈式副槍具有安裝方便、維護成本低、占地面積小的特點，適用于安裝在120t以下的中小型轉爐。由于我國目前絕大部分的鋼鐵廠家所使用的轉爐仍然是120t以下的中小型轉爐，因此，投彈式副槍技術在我國會有巨大的使用空間。

表1 煙氣分析、機械式副槍和投彈式副槍三種控制方式的特點對比

2.投彈式副槍技術在杭鋼煉鋼廠的硬件設備使用及效果

2.1 投彈式副槍技術在杭鋼煉鋼廠的硬件設備的使用

在杭鋼安裝的投彈式副槍設備被設計在4#轉爐的下料口處，設計有2個彈倉、1個電偶連線裝置以及1個拋升臂。煉鋼檢測用的電偶全部安在彈倉里面的傳送帶上，操作人員在使用投彈式副槍設備之前，需要首先向彈倉內人工安裝電偶。在使用前，操作人員通過二級服務器的操作界面向硬件設備發出裝彈指令。此時，彈倉內的傳送帶會自動向拋升臂安放1個電偶，隨后電偶連線裝置會自動將中間計算機的數據采集端口自動連接到電偶尾部的數據傳輸線上。當操作人員再次發出投彈指令后，拋升臂會迅速抬起，電偶會沿拋升臂滑下，通過下料口，在重力的作用下落入鋼水中。

在最新安裝的投彈式副槍設備更采用了新式的軌道車投擲設備，利用機械臂式軌道車更是可以適合任何轉爐的使用，可通過任意轉彎、上下的軌道車，將副槍探頭送至轉爐投擲口進行檢測，極大地避免了某些轉爐空間不足導致無法安裝投彈式副槍的困擾。

新式投彈式副槍設備的裝彈機構同樣摒棄了原有的電機控制鏈條滾動的方式，而是使用了氣缸壓力帶動機械臂運動來推動連帶的探頭托架向指定方向滾動1格，完全電腦切割的定位齒輪與機械臂精確地計算每1寸行程，確保了每個副槍探頭都能準確落入指定位置。

新式裝彈機構在安裝倉儲探頭時，同樣方便，僅需打開艙門，將探頭平放在托架上即可，無需進行任何操作即可完成多大12個投彈式副槍探頭的安裝，同時考慮到人體工程學的因素，以此種裝彈操作的方式，操作人員所使用的體能消耗最小，能夠讓操作人員更快速、方便，輕松的完成工作。

2.2 使用效果分析

投彈式副槍設備在杭鋼煉鋼廠4#轉爐投用以來，現場跟蹤統計了冶煉從低碳到中高碳一倒C-T-P檢測結果各上千爐次，通過與現場倒爐取樣測溫的結果進行比較，具體統計結果如表2所示。

由于在檢測過程中，是先向轉爐內投入電偶，待得到反饋數據后，再倒爐進行取樣測溫，在此過程中，鋼水會損失掉一部分的碳和熱量，因此可以認為投彈式副槍所檢測到的C-T-P結果與鋼水實際C-T-P之間的偏差要更小一些。

通過上千爐的現場測試，投彈式副槍設備基本上可以檢測出不同碳含量的鋼種C-T-P，數據準確，精度范圍也可以滿足現場的需求。

3.杭鋼自動化煉鋼技術展望

投彈式副槍技術在杭鋼生產現場的成功應用，也為杭鋼今后的自動化煉鋼發展打下了堅實的基礎。依托投彈式副槍技術，杭鋼可以開發出具有自主知識產權，滿足自身特點的轉爐終點動態控制模型，在倒爐前通過電偶反饋回來的鋼水信息，自動判斷當前時刻是否可以出鋼。如果終點命中，則可以提示操作工直接出鋼；若檢測結果與目標值不符，該模型可以自動計算出尚需加入的散裝料和吹氧量，并通過自動控制設備加料、吹氧或者向操作工提示，協助操作工操作兩種操作方式進行鋼水冶煉。另外，該模型還可以對投彈之后到轉爐出鋼前的鋼水成分以及溫度進行預報，從而實現高命中率下的不倒爐出鋼，達到縮短冶煉周期，降低鋼鐵料消耗和脫氧合金消耗，提高杭鋼轉爐生產能力的目的。

表2 投彈式副槍在杭鋼現場的一倒測試結果

此外，轉爐方面還可以與精煉方面共享終點動態控制模型的預報結果，從而合理的安排精煉工序的生產，降低脫氧合金的消耗，并最終實現煉鋼煉鋼廠的數字化生產。

4.結論

（1）投彈式副槍技術具有一次性投入成本低、維護簡單快捷、占地面積小、檢測速度快、擴展性強等特點，非常適用于120t以下的中小型轉爐使用。

（2）投彈式副槍技術對鋼水成分的檢測精度較高，完全能夠滿足煉鋼現場的需求。

（3）依靠投彈式副槍技術，可以進一步開發具有自主知識產權，滿足自身特點的轉爐終點動態控制模型，從而實現轉爐生產的計算機控制，達到高命中率下的不倒爐出鋼，縮短冶煉周期，降低鋼鐵料消耗和脫氧合金消耗，提高杭鋼轉爐生產能力的目的。

(略)