解析轉爐全封閉智能煉鋼技術的開發和應用

張德合

摘 要：隨著對轉爐煉鋼技術要求的提高，全封閉智能煉鋼技術的作用日益突出。文章首先結合實例闡述了智能化煉鋼技術的工藝流程，然后就其研發中的不足進行了分析，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：轉爐煉鋼；全封閉智能化煉鋼技術；自動化控制

中圖分類號：TF713 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0001-02

隨著工業的發展，鋼鐵需求量驟增，轉爐煉鋼技術憑借成本低、產量高、速度快的優勢受到高度重視。為滿足新形勢的要求，需進一步加強科技煉鋼，不斷引進新設備和新技術。人工煉鋼效率較低，且容易出現質量問題，從當前的生產力來看，需實現自動化、大規模生產。計算機的應用推動了智能化技術的進步，使得轉爐煉鋼科技含量更高，是當前研究的重點，也是未來的必然趨勢。

1 實例分析

某煉鋼廠建于2003年，占地面積37.5萬m2，生產的鋼材主要有管線鋼、普碳鋼、大型H型鋼、冷軋用鋼。經過兩年的發展，在2005年添了4臺120 t的氧氣頂底復吹轉爐，2臺150 t的鋼包精煉爐，2臺板坯連鑄機，以及寬厚板連鑄機1臺。年生產量增至4.6×106 t，廠規模也有所擴大，為其帶來了更多經濟效益。自2006年起，當地煉鋼廠數量逐漸增多，整個鋼鐵市場競爭加劇，為進一步提高生產效率，必須研發新工藝和新技術，智能化煉鋼被高層領導重視。2008年，該廠從國外引進先進的轉爐副槍技術，同時組織技術人員成立科研小組，專攻轉爐全封閉智能煉鋼技術的研究。次年取得佳績，并在1號轉爐試驗成功。隨后其他3臺轉爐也相繼實現了智能化生產。近些年來，該廠對智能化生產技術進行了多次改動，日益成熟，為企業的長期發展提供了技術保障。

2 轉爐全封閉智能煉鋼技術

該技術以計算機技術為基礎，實現了智能化生產。通過副槍測量手段，結合相應的靜態、動態模型，對鋼鐵冶煉過程進行全智能化的控制。依靠計算機系統，可改善人工控制中的很多不足，使得冶煉時間把握更準，對細節也非常重視，有利于提高生產效率和質量。轉爐煉鋼的主要原料包括廢鋼、鐵水、鐵合金等，采用該技術，轉爐操作室接收調度指令后，會自動向廢鋼、鐵水系統發出對應的要求；原料系統根據生產需要合理地進行配比，同時，計算機操作系統自動采集各種原料的信息并加以整理。在吹煉時會自動判斷、控制，在吹煉終點，指揮副槍自動測試，確保出鋼。在化驗室完成鋼水樣的化驗后，根據其結果計算鐵合金；最終收集全部數據，處理核對后生成報表。

該工藝的操作流程大致如下：制定生產計劃、采集原料信息→SDM模型進行計算→自動生產冶煉氧步及加料料單，同時合理控制相關設備運行→正確選擇計算機方式，點擊爐次冶煉開始按鈕→TSC冶煉過程中保持實時測量→獲取鋼水的構成成分、溫度及碳含量等信息→利用SDM模型再次進行計算，與設計值相比，生成新的氧步及加料單→氧槍、散狀材料系統負責新料單的執行→TSO終點測量得到鋼水溫度以及氧含量→冶煉完成→放鋼→運行鋼包底吹系統。

3 智能煉鋼技術在研發中存在的不足

該廠在過去煉鋼時多以經驗為主，操作流程以及各項工藝數據主要來自于技術部門，但更新緩慢。以至于和實際稍有不符，工作人員專業技能有差異，操作水平參差不齊，導致煉鋼質量波動較大，穩定性差。其不足之處可歸為以下幾點：

①原材料條件較差，該廠在最初生產時，對所需材料管理不當，放置時在分類上顯得不合理。鐵水的溫度變化大，且構成不純，含渣量較高；廢鋼只有總體重量；材料投爐時準確率低。生產設備陳舊，如氧槍的編碼器精準度低、散裝料稱量系統效率不高、鋼包底吹效果較差等，難以滿足越來越高的生產要求。

②自動化技術缺乏先進性，一級設備操作系統只能執行一級指令。操作系統經常出現故障，阻礙了生產正常進行；系統不具備自動選擇冶煉方案的功能；一旦加料方案制定，在執行過程中很難進行實施調整。

③數據采集系統缺陷，數據采集非常關鍵，但由于缺乏系統性，常出現信息遺漏的情況；鋼包信息和化驗數據不能進入到二級系統；缺少先進的數據監測手段。由于分析手段單一陳舊，很多化驗分享自工作都只依賴一臺光譜儀，所得結果與實際的偏差較大，基礎數據反饋不夠全面也不利于智能化生產。

④缺少對該技術工藝的完整研究，出現了許多問題。如鋼種數量較多，沒有統一的操作模式；鋼包底吹參數不固定且模式太過單一；部分環節的工藝較為落后，不能滿足冶煉操作的新要求。

⑤沒有專門的系統監視爐口火焰，全封閉智能化煉鋼技術是對自動化煉鋼的改進。工作人員在生產中需要判斷爐況時，常通過操作室的透明玻璃完成，包括加料工作也是在操作室完成。

4 提高轉爐全封閉智能煉鋼技術水平的有效措施

4.1 穩定原材料，提高設備性能

首先，依據一定的標準對廢鋼作精確分類，在原料現場將廢鋼分成了重型廢鋼、輕型廢鋼、渣鋼和鐵塊4類，并依次制定了相應的工藝標準。其次，按照相關工藝，利用行車電子秤吸附廢鋼時，準去地稱其質量；改善鐵水條件，對鐵水的各項特征加以穩定，并減少含渣量。針對鐵水溫度偏差較大的情況，采取有效措施加以平衡。為取得更好的扒渣效果，除了對扒渣設備加以改進，還有必要摻加高質聚渣劑，最終確保各項特征均與冶煉要求相符。在往爐中投放渣料時，須確保渣料質量達標，利用篩分設備檢查渣料的粉面率，將其控制在5%以內。此外，還應提高轉爐裝準率。

在生產設備方面，需對設備不斷改進升級。如散裝料稱量系統的工作效率及精確度均應有所提升，將給料斗的角度差控制在允許范圍內，實現多批次、小批量的快速生產。同時，還應完成對氧槍編碼器的改進，提升其控制精度。

4.2 提高設備自動化控制能力

先建立一級和二級系統的網絡聯系，并實現二級指令對一級設備操作進行操控。實現通信與各上位機時間同步，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，然后合理設置各項參數，實現一級、二級和三級網絡的時鐘同步。此外，還要改進操作方案設置。

4.3 對數據采集系統加以改進完善

首先要完善基礎數據采集系統。自動采集鐵水行車稱重量，將現有行車不作變動，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。增設鐵水溫度發射裝置，在測完鐵水溫度后，可通過該裝置錄入包號、溫度數值并自動跟隨鐵水重量進入天二級相應的爐號中。其次，需建立起三級數據傳輸網絡。在調度室建立調度指令與二級操作系統的通信聯系，編制鏈接程序。

4.4 深入研究轉爐操作工藝

對兩種不同裝入制度下的操作工藝加以研究對比，同時加大操作工藝參數的研究力度，根據不同類型的鋼種，選擇適應的冶煉效果。

4.5 增設上爐口火焰監視設備

增設視頻設備，并在鏡頭上安裝鋼用濾光鏡片，將爐口火焰、冶煉情況視頻信息傳輸至操作臺計算機。操作人員可直接觀察爐口動態，并作出及時判斷。在操作平臺增加搖爐室，安裝轉爐體控制操作系統，并實現室內操作臺、爐后放鋼室和本地的三層交換。

5 結 語

該煉鋼廠在采用轉爐全封閉智能煉鋼技術后，各項經濟技術指標都有了明顯的改善，不但生產效率提升、成本有所降低，而且鋼水質量得到改善，金屬收得率較高。此外，該技術節約了人工勞動量，污染較輕，不會對環境造成太大的傷害，值得推廣應用。

參考文獻：

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