轉爐自動化煉鋼技術應用新進展

趙海峰

(河北鋼鐵集團邯鋼公司技術中心,河北邯鄲056015)

轉爐自動化煉鋼技術應用新進展

趙海峰

(河北鋼鐵集團邯鋼公司技術中心,河北邯鄲056015)

概述了國內鋼鐵公司在轉爐自動化煉鋼工藝技術應用方面的新進展,副槍的工藝設備等工藝技術的特點,自動化煉鋼技術的完善、優化和應用情況。該技術具有突出的優越性,能夠縮短冶煉時間,提高生產能力,提高冶煉效率,改善冶煉效果,減少氧耗,改善工作條件,延長轉爐爐齡,提高設備的利用率等特點,還能達到節約資源和保護環境的目的,轉爐自動化煉鋼工藝技術的應用使煉鋼實現了自動化。所以,它在大中型轉爐上得到了較為廣泛的應用,獲得了良好的效果和效益。

頂底復吹轉爐;自動化煉鋼;副槍;技術應用;新進展

1 引言

轉爐自動化煉鋼工藝技術是當今世界的先進技術,它是隨著轉爐的大型化、現代化的發展而發展的。該技術具有突出的優越性,能夠顯著提高生產能力,縮短出鋼和冶煉時間,精確地控制動態吹氧量,提高冶煉效率,減少點吹、補吹的次數和氧耗,降低鐵水和添加劑消耗,改善冶煉效果和工作條件,提高設備利用率,提高轉爐爐齡,降低生產運行成本等特點,還能達到保護環境和節約資源的目的,因而能夠獲得穩定的吹煉操作和提高鋼水成分和溫度的命中率,實現自動化煉鋼。近十多年來,全自動煉鋼技術在大中型轉爐上得到了廣泛的應用,尤其是國內重點鋼鐵企業,依靠本企業強大的技術實力,已經成功自主研發出多項自動煉鋼的配套技術,集成了具有國有知識產權的自動煉鋼專有技術,并在全國10多家鋼鐵公司得到了推廣和應用,國內重點鋼鐵企業對原來的自動化煉鋼工藝技術也進行了優化和改進,大中型鋼鐵企業也研發和應用了較先進自動化煉鋼工藝技術,獲得了良好的效果和經濟效益。

2 轉爐自動化煉鋼工藝技術應用新進展

2.1 轉爐副槍系統改造

國內轉爐副槍系統也從引進到自主改造研發,逐步使其具有自主知識產權,寶鋼二煉鋼4#和5#轉爐的原有副槍系統是在20世紀90年代建廠時建造,由日本川崎重工設計,國內相關單位合作制造的,其中部分關鍵設備是從川崎重工引進。經過近十來年的運行,部分轉爐副槍系統也存在一些問題,通過采取了改造措施,取得了良好的效果。

2.1.1 問題分析

(1)工位和操作環節較多,探頭安裝/拔取工位旋轉角度很小,只有33°,轉爐副槍在操作過程中,設備搶修與生產相沖突,影響了正常的轉爐生產。

(2)整個操作過程和程序控制都較為復雜。

(3)在設計上,探頭安裝/拔取裝置存在明顯的缺陷,經常存在探頭自動安裝失敗的問題。

(4)探頭安裝和探頭拔取,整個測量周期耗時較長。

2.1.2 改造措施

2.1.2.1 工藝改造

(1)重新布置了轉爐副槍操作系統各層的維修平臺。

(2)原有的待機位被取消,增加了轉爐副槍向轉爐非驅動側的旋轉角度,經過改造后,只有測溫取樣位和探頭安裝/拔取位這兩個工位,簡化了操作。

(3)對壓縮空氣管線、氮封管線、鍋爐管線以及其它管路設施進行了配套改造。

2.1.2.2 設備改造

(1)調整在轉爐副槍旋轉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上,增加了對中微調功能、探頭抓握功能、槍管下降導向功能。

(3)探頭貯箱結構由原來斜槽式改造為直槽式。

(4)對機械手予以取消。增加一套探頭拔取裝置,在副槍測溫取樣結束后,用于自動摘除槍體上的探頭。探頭輸送裝置改由鏈條驅動,探頭被布置在貯箱下方。探頭溜管被重新設計制作。

(5)在轉爐副槍升降小車上,改變軟管固定托架位置。

2.1.2.3 操作優化

由于工藝和設備發生變化較大,其操作流程也需作相應的調整,副槍系統改造后流程如圖1所示。

2.1.2.4 控制系統改造

對硬件系統和軟件系統進行了改造,更適合現場自動化煉鋼操作。

2.1.3 改造效果

(1)復吹轉爐副槍一個測量周期所需工作的時間縮短了。

(2)大幅減少小了設備維護成本與設備維修工作量。

(3)探頭自動安裝成功率顯著提高了,人工裝探頭次數顯著地減少了。

圖1 改造后的副槍工藝流程圖

(4)優化了操作程序,美化了操作界面,人機交流界面更加人性化。

(5)轉爐具備了冶煉硅鋼等更多尖端鋼種的生產能力。

(6)測成率已經達到了99%以上。

2.2 自主研發的轉爐過程控制系統功能與模型

2.2.1 本鋼

本鋼板材公司是國內最早應用復吹轉爐二級過程控制系統的鋼鐵企業之一,安裝有達涅利副槍以及自動過程控制系統,應用效果很好,在復吹轉爐副槍和過程控制系統應用方面,積累了較為豐富的經驗。因此,在新建轉爐上,中冶京誠工程技術有限公司與本鋼聯合研發了具有自主知識產權的副槍和轉爐過程控制系統。

目前國內轉爐存在的問題:

(1)生產操作普遍存在計量信息不規范,如:對加入爐內的廢鋼不分類,原料成分不準確,甚至對原料根本不進行檢測等問題,對模型的開發影響很大。因此,在模型的開發過程中,合適的結構必須被采用,來增加模型的適應性。

(2)常常不能兼顧模型的適應性和精度,為此,在模型設計時,對于靜態控制模型考慮更多的是適應性,對于動態控制模型主要考慮其精度。

(3)由于轉爐副槍技術已經實現了國產化,具有自主知識產權的轉爐過程控制成套技術和轉爐過程控制系統,使本鋼更加具有競爭力。

本鋼轉爐過程控制系統結構如圖2所示,轉爐過程控制系統技術架構如圖3所示,轉爐過程控制模型結構如圖4所示。開發了靜態模型和動態模型。

圖2 轉爐過程控制系統結構圖

圖3 轉爐過程控制系統技術架構圖

圖4 轉爐過程控制模型結構圖

2.2.2 梅鋼

梅鋼獨自開展了自動煉鋼技術的研究工作,在梅鋼二煉鋼工程中,通過自主集成設計,完成了該技術的實際應用,并取得成功。

設計的內容有:

(1)靜態模型設計。

靜態模型采用了如下技術:

①根據鐵水條件和轉爐冶煉鋼種要求,細化了靜態分組和自學習分組,并對自學習的爐次條件設定了范圍,完善了自學習規則。

②調整優化了主原料的裝入、造渣、供氧、溫度等冶煉參數,規范了轉爐過程操作,提出了“一鍵式”的工藝技術控制思路,減少了人為干預,提高了靜態模型的再現性和自學習功能。

(2)調整了調節閥、開關的氧點、待吹點、開關閥的時間、氧槍的升降速度。

(3)采用了轉爐副原料加入控制技術。

研發了鐵礦石稱量備投、料倉互備、料倉自動累計到下一爐次等功能和人工實時干預技術。優化了電文傳送時序,理順了L2與L1間信息流,實現了副原料投入完全計算機控制。增加了計算機模式下礦石加料的強制半自動按鈕,在加料畫面中,增加了氧槍槍位及流量干預功能。

(4)提高了副槍測量的成功率。

措施如下:

①L2與L1通訊時間被延遲了,轉爐副槍測量數據保證上傳到L2系統。

②加強了副槍探頭管理,應用計算機模式進行了測量,TSC測量氧量由L2下發給L1,TSO測量時間被優化,提高了副槍檢測成功率。

(5)較為準確地計算動態碳含量、熔池液位。

(6)動態升溫系數范圍以及礦石冷卻參數得到了較為合理的調整,模型參數也得到了進一步的優化,增加了冷卻劑稱量備投功能。

(7)參考爐次的人工修正技術、模型自學習系統人機實時干預技術被合理的采用。

2.3 優化靜、動態模型參數

馬鋼新建項目主體工程之一的300t頂底復吹轉爐自動化煉鋼系統是從Danieli Corus公司引進,這是近年新上的大型先進的煉鋼裝備,代表著當今煉鋼先進水平。近年來,馬鋼完善了數據采集功能,提高了基礎數據精度,動靜態模型參數被優化等。

完善優化的工作有:

(1)加強原輔料的細化管理,包括廢鋼的分類管理,返回渣分類存放管理,轉爐造渣料的優化管理。

(2)修正和優化模型參數,包括脫碳速度的細化調整,在動態吹煉計算中,對礦石冷卻效應的細化調整,出鋼時間對目標溫度計算參數的優化修正,主吹目標工藝窗口的優化改善。

(3)一、二級系統數據傳輸和處理功能得到了完善,數據的精度得到了進一步提高,裝料的計算也得到了進一步優化。

應用效果:

(1)在轉爐冶煉終點時,終點碳控制精度和溫度都得到了提高,轉爐終點碳、溫度雙命中率提高至80.9%。

(2)在轉爐冶煉終點時,鋼水平均溶解氧質量分數、終渣w(T.Fe)和鋼鐵料消耗均明顯下降。

(3)供氧、造渣制度得到了統一,槍位和加料系統實現了自動控制。

(4)OG系統煤氣回收量提高至111m3/t。

(5)轉爐補吹率下降至6%。

2.4 優化自動化煉鋼技術

目前,國內采用轉爐副槍計算機動態控制的鋼鐵企業越來越多,副槍及自動煉鋼控制系統已成為轉爐自動控制的主要手段,但在使用過程中仍存在一些問題,原因如下:

(1)設備維護和管理水平較差,人工干預操作時有發生,煉鋼管理模式不能服從計算機自動煉鋼的需求,設備故障經常發生。

(2)轉爐冶煉高精度計量能力較差,原料不能分類進行管理。

(3)其生產過程仍有缺陷,冶煉模型不完善。

2.4.1 武鋼煉鋼總廠四分廠優化措施

武鋼煉鋼總廠四分廠屬于新投產的裝備技術,該廠的生產技術方向能夠代表當今設備的狀況。針對一些問題,該廠采取了優化措施:

(1)穩定轉爐副槍綜合使用率。提高靜態過程穩定性和C-溫雙命中率。

(2)合理快速地加入轉爐冷卻劑。

(3)供氧系統得到了穩定操作,供氧制度得到了合理的調整。

(4)自學習功能以及參考爐次的人工修正被完善。

應用效果:

該廠2010年下半年,C-T雙命中率穩定在90%以上,最高達到了94.04%。

2.4.2 武鋼煉鋼總廠三分廠優化措施

近年來,該廠在生產模式和外界原料條件不斷變化的情況下,預出鐵模型、靜態、動態模型、終點磷、硫預測模型不斷地被改進,自動拉碳技術被不斷地優化,快速出鋼技術不斷地得到了提高。2009年第4季度,全自動化煉鋼率平均穩定在83%的較高水平,自動拉碳率年平均達到了85.1%、轉爐終點碳、溫雙命中率年平均達到96.3%,該技術達到了國際先進水平。

2.4.3 安鋼第二煉軋廠存在的問題及優化措施

存在的問題:

(1)轉爐鐵合金加料系統功能不完善和熔劑加料控制系統故障率偏高。

(2)不完善的二級系統通訊功能。

(3)轉爐頂底復吹系統不正常。

優化措施:

(1)對氧槍槍位、吹氧量的數據處理與控制,以及HMI控制畫面進行了大幅修改,還對底吹模式計算機設定代碼接收與處理,對爐口氧量不送入模型的程序進行了大幅修改。

(2)變頻器的控制參數得到了優化,鐵合金一級自動化加料的控制得到了完善,熔劑加料采集程序得到了改進,模型數據采集的準確性得到了保證,改造了翻板閥控制,對自動分料控制程序進行了優化。

(3)增加了主原料控制系統,增加了鋼包信息傳遞和脫硫后鐵水數據的傳輸,生產管理系統的部分程序被更改。

改進的效果:

轉爐自動控制系統其終點(C)的合格率達到了100%,終點(C)、溫雙命中率也達到了91%以上。

2.5 其它鋼鐵公司

還有一些鋼鐵公司也采用、優化和改進了該技術。

3 結語

鋼鐵企業采用轉爐副槍及自動化煉鋼技術,打破了煉鋼長期以來依靠經驗來煉鋼的傳統模式,該項技術的應用促使煉鋼生產實現操作標準化和管理信息化,完善了數據采集功能,提高了基礎數據的精度,優化了動、靜態模型參數,減少了資源和能源消耗,有利于新鋼種的開發,由引進技術逐步轉變為具有自主知識產權的成套技術,為轉爐創效儲備了大量的技術數據、資料和信息,使煉鋼的整體技術水平有了一個質的飛躍,使自動化煉鋼技術更上了一個新的臺階。

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)

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TP273

:A

1001-5108(2015)06-0065-05

趙海峰,高級工程師,工程碩士,主要從事技術研究工作。