KR脫硫攪拌槳插入精度的控制與研究

王 民, 趙甲斌, 高 文, 任燕霞, 齊 霞

(山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心,山東 萊蕪271104)

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KR脫硫攪拌槳插入精度的控制與研究

王 民, 趙甲斌, 高 文, 任燕霞, 齊 霞

(山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心,山東 萊蕪271104)

提高KR處理動(dòng)力學(xué)條件的關(guān)鍵因素是控制攪拌槳的最佳轉(zhuǎn)速及插入深度，因每罐鐵水出鐵量不穩(wěn)定，渣量也不固定，攪拌槳的插入深度需隨著鐵水罐中鐵水液位高低的變化而變化。但目前廣泛采用的目測(cè)渣線判斷鐵水罐凈空方法誤差一般達(dá)到100～ 200 mm，影響攪拌槳插入精度，造成攪拌效果差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了品種鋼冶煉的需求。本文通過(guò)對(duì)KR脫硫攪拌槳插入精度的控制入手，研究應(yīng)用的一套自動(dòng)測(cè)量裝置，利用雷達(dá)料位計(jì)直接測(cè)量鐵水罐渣面、液面平均高度，通過(guò)PLC程序自動(dòng)計(jì)算得出鐵水罐凈空，大大減小了對(duì)鐵水凈空的測(cè)量誤差，使得攪拌槳的插入深度更加精確，KR處理動(dòng)力學(xué)條件達(dá)到最優(yōu)，攪拌效果更好。

KR；鐵水；凈空；物位計(jì)；溜槳

0 前言

噴吹脫硫由于動(dòng)力學(xué)條件差，轉(zhuǎn)爐冶煉期間回硫明顯，增加LF冶煉負(fù)擔(dān)，部分鋼種要求只走RH精煉，由于硫含量不易控制，導(dǎo)致不能生產(chǎn)，嚴(yán)重影響品種鋼的開(kāi)發(fā)。部分品種鋼生產(chǎn)要求鐵水硫含量在0.002%以下，噴吹脫硫處理時(shí)間長(zhǎng)，鎂粒消耗高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。

我國(guó)武鋼20世紀(jì)70年代從日本引進(jìn)KR脫硫裝置，主要生產(chǎn)硅鋼。隨著市場(chǎng)對(duì)品種鋼需求的擴(kuò)大及更好發(fā)揮該廠RH真空精煉的優(yōu)勢(shì)，在2000年11月23日由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的第一臺(tái)140萬(wàn)t的2#KR脫硫“一攪二扒”裝置在武鋼二煉鋼廠建成投產(chǎn)，目前武鋼具備KR鐵水全脫硫的能力。主要生產(chǎn)品種鋼為：硅鋼、耐火耐候鋼、電視機(jī)框架鋼、壓力容器鋼，軍工鋼等。鑒于武鋼KR鐵水脫硫工藝取得的顯著效果，目前，國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)如寶鋼、濟(jì)鋼、昆鋼、川威鋼廠等普遍采用機(jī)械攪拌法即KR(Knotted Reactor)法脫硫工藝。

1 KR脫硫基本工藝流程

KR脫硫基本工藝流程:向鐵水包中兌鐵水-鐵水包運(yùn)到扒渣位并傾翻-第一次測(cè)溫取樣-第一次扒渣-鐵水包回位-鐵水包運(yùn)到工作位-加脫硫劑-攪拌頭下降-攪拌漿旋轉(zhuǎn)脫硫-攪拌頭上升-第二次測(cè)溫取樣-鐵水包傾翻-第二次扒渣-鐵水包回位-鐵水包開(kāi)至吊包位-兌入轉(zhuǎn)爐。

2 KR法脫硫效果的制約因素

影響KR脫硫效果的關(guān)鍵是攪拌槳的轉(zhuǎn)速與鐵水液面插入深度，必須同時(shí)滿足二級(jí)模型計(jì)算的最佳值，使KR處理的動(dòng)力學(xué)條件達(dá)到最優(yōu)化。

一方面，在鐵廠出鐵過(guò)程中一般伴隨著下渣，而且每罐鐵水出鐵量不穩(wěn)定，渣量也不固定，鐵水罐中一般下面是鐵水，上面是渣。由于KR法脫硫攪拌槳的插入深度與鐵水罐中鐵水深度密切相關(guān)，因此為達(dá)到最佳攪拌效果，攪拌槳的插入深度需隨著鐵水罐中鐵水液位高低的變化而變化。

現(xiàn)有技術(shù)中，多數(shù)鋼廠首先采用目測(cè)的方法測(cè)量鐵水罐的凈空，一般在鐵水罐傾翻后進(jìn)行目測(cè)渣線，然后依據(jù)鐵水罐罐深以及渣厚，得到鐵水深度，其中，渣厚為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷的固定值。由于目測(cè)得到的鐵水罐凈空存在誤差，渣厚也不是固定不變的，因此這種測(cè)量方法使最終得到的鐵水深度偏差較大，一般誤差在100～200 mm，從而影響攪拌槳的插入深度，造成攪拌效果差，進(jìn)而影響脫硫效果。

部分鋼廠利用攪拌槳升降時(shí)鋼絲繩張力變化的原理，由于攪拌槳下降至液面前張力基本不變，當(dāng)攪拌槳接觸液面時(shí)，受到鐵水渣面阻力，鋼絲繩張力會(huì)立刻減小，此時(shí)傳感器給出張力變化信號(hào)，此時(shí)PLC記錄攪拌槳高度值，并根據(jù)大小罐的設(shè)定，通過(guò)PLC運(yùn)算自動(dòng)計(jì)算得出鐵水罐凈空數(shù)值。此方法一是受鐵水罐渣塊分布位置、厚度不均勻影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大；再是受鋼絲繩張力傳感器監(jiān)測(cè)波動(dòng)影響較大，經(jīng)常發(fā)生誤報(bào)或不報(bào)。

另一方面，攪拌槳由耐材砌筑而成，而且長(zhǎng)期使用后大量粘渣，因此自重很重，經(jīng)常發(fā)生攪拌槳溜漿事故，影響脫硫，如圖1所示。

圖1 KR脫硫攪拌槳Fig.1 KR desulphurization impeller

3 攪拌槳插入深度改善措施

設(shè)計(jì)一種鐵水罐鐵水凈空的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水罐鐵水深度的精確測(cè)量，從而使得攪拌槳的插入深度達(dá)到最優(yōu)，攪拌效果達(dá)到最優(yōu)。

圖2 鐵水罐鐵水凈空自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)Fig.2 The automatic measurement system of hot metal ladle

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成圖如圖2所示。鐵水罐傾翻臺(tái)車，用于放置鐵水罐；限位開(kāi)關(guān)，安裝在鐵水罐傾翻臺(tái)車運(yùn)行的道軌的一側(cè)；限位撞尺，安裝在鐵水罐傾翻臺(tái)車上，鐵水罐到達(dá)傾翻位時(shí)，撞尺正好接觸限位開(kāi)關(guān)，使其觸點(diǎn)閉合，發(fā)出到位信號(hào)；物位計(jì)，固定在8 m拔渣平臺(tái)，位于鐵水罐傾翻臺(tái)車的道軌中心線的正上方，距離鐵水罐罐頂預(yù)設(shè)高度，用于測(cè)量所述鐵水罐的液面距離。物位計(jì)選型為雷達(dá)物位計(jì)，安裝位置與鐵水罐罐頂?shù)木嚯x需滿足雷達(dá)物位計(jì)最大發(fā)射角度4°的發(fā)射角度要求，應(yīng)小于15 m；同時(shí)為減少鐵水罐中鐵水高溫對(duì)物位計(jì)的高溫輻射，物位計(jì)距離鐵水罐應(yīng)大于3 m。因此考慮雷達(dá)物位計(jì)雷達(dá)信號(hào)到達(dá)測(cè)量表面時(shí)的覆蓋直徑，優(yōu)選預(yù)設(shè)高度為10 m；可編程邏輯控制器，物位計(jì)與控制器通過(guò)通訊電纜連接，控制器為S7-300，系原系統(tǒng)所有；聲光報(bào)警器，與控制器連接，用于物位計(jì)測(cè)量時(shí)聲光報(bào)警，提示操作。

3.2 測(cè)量原理

通過(guò)限位，控制鐵水罐傾翻臺(tái)車運(yùn)行到扒渣位自動(dòng)停止。第一次扒渣傾翻前，人工開(kāi)啟物位計(jì)，并觸發(fā)聲光報(bào)警，第一次測(cè)量物位計(jì)距離鐵水罐中渣面的垂直距離為E1，測(cè)量完畢，報(bào)警解除，可以扒渣。

第一次扒渣完畢，鐵水包回位，人工開(kāi)啟物位計(jì)，第二次測(cè)量物位計(jì)距離鐵水罐中鐵水液面的垂直距離為E2。

兩次測(cè)量E1、E2的值轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)(4～20 mA)分別發(fā)送至PLC中。

3.3 鐵水凈空及渣厚的計(jì)算

PLC中預(yù)存物位計(jì)距離導(dǎo)軌基準(zhǔn)的高度E0，大罐鐵水罐高度E,小罐鐵水罐高度E’。則：鐵水罐鐵水凈空為(E2- (E0-E))，鐵水罐的渣厚(E2-E1)。根據(jù)E2測(cè)量值的范圍可以自動(dòng)判斷大罐、小罐。并遠(yuǎn)傳至上位機(jī)上自動(dòng)顯示每罐次大罐、小罐的鐵水凈空以及渣厚。

二級(jí)模型中,預(yù)存儲(chǔ)有鐵水罐鐵水凈空在變化區(qū)間內(nèi)與攪拌槳插入深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，上位機(jī)用于獲取控制器輸出的當(dāng)前鐵水罐鐵水凈空值，并從所述對(duì)應(yīng)關(guān)系中查找到相對(duì)應(yīng)的攪拌槳最優(yōu)插入深度，從而使KR脫硫攪拌效率達(dá)到最優(yōu)。

通過(guò)大罐、小罐的識(shí)別及渣厚的測(cè)量，按照一定的比重關(guān)系，該系統(tǒng)一并實(shí)現(xiàn)了鐵水罐扒渣量的自動(dòng)計(jì)算。

4 攪拌槳溜漿故障分析與處理

4.1 KR脫硫攪拌槳的溜漿事故兩種情況

(1)攪拌槳自動(dòng)提升至待機(jī)位停車時(shí)發(fā)生溜漿，18日5#位溜漿即是這種情況。

(2)攪拌槳下降開(kāi)始時(shí)發(fā)生溜漿，17日6#位溜漿即是這種情況。

4.2 溜漿原因分析

觀察5#位攪拌槳上升停止時(shí)，電機(jī)先有停頓以至反轉(zhuǎn)，然后抱閘抱死，分析歷史趨勢(shì)上升停車時(shí)電機(jī)力矩及速度快速下降，至抱閘動(dòng)作時(shí)電機(jī)力矩僅剩余為4.3%，以至無(wú)法克服攪拌槳重力電機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，抱閘動(dòng)作慢或松時(shí)將會(huì)發(fā)生下滑溜漿。因此第一種情況溜漿原因?yàn)殡姍C(jī)制動(dòng)存在缺陷。

第二種情況溜漿即攪拌槳下降開(kāi)始時(shí)溜漿，分析原因?yàn)镻LC程序缺陷，原設(shè)計(jì)攪拌槳下降時(shí)延時(shí)250 ms抱閘打開(kāi)，未設(shè)計(jì)力矩判斷，造成下降時(shí)抱閘動(dòng)作太快，力矩未建立造成溜漿。分析5#位動(dòng)作歷史趨勢(shì)可以看到，下降時(shí)抱閘打開(kāi)瞬間力矩反饋僅為0.85%，力矩明顯不足，容易產(chǎn)生下滑。

4.3 處理措施

修改PLC控制抱閘程序，無(wú)論上升還是下降均首先判斷變頻器力矩達(dá)到30%以上時(shí)，控制抱閘打開(kāi)。

完善變頻器參數(shù)，主要修改了三個(gè)方面，一是變頻器啟動(dòng)功能由斜坡啟動(dòng)修改為直流勵(lì)磁啟動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以達(dá)到最高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。二是修改變頻器停車功能由自由停車改為積分停車，優(yōu)點(diǎn)是攪拌槳停車是按照積分曲線柔和停車，可以杜絕攪拌槳上升停車時(shí)力矩不足的情況。三是增加變頻器直流抱閘功能，直流電流給定為30%，可以輔助抱閘制動(dòng)避免產(chǎn)生因制動(dòng)力不足產(chǎn)生下滑。

5 應(yīng)用效果

采用直接測(cè)量鐵水罐中鐵水扒渣后的液面距離的辦法計(jì)算鐵水凈空，有效避免了渣厚對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。并且，由于物位計(jì)的測(cè)量精度遠(yuǎn)高于人工目測(cè)凈空時(shí)的測(cè)量精度，因此，大大減小了對(duì)鐵水凈空的測(cè)量誤差，使得攪拌槳的插入深度更加精確，攪拌效果更好。部分實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

攪拌槳優(yōu)化程序后，觀察歷史趨勢(shì)，攪拌槳下降啟動(dòng)時(shí)抱閘打開(kāi)瞬間建立力矩為50%，上升啟動(dòng)時(shí)抱閘打開(kāi)瞬間建立力矩較大為170%；攪拌槳下降停止時(shí)抱閘抱死瞬間電機(jī)剩余力矩為77%，上升停止時(shí)抱閘抱死瞬間電機(jī)剩余力矩為54%。因此可以有效杜絕發(fā)生以上兩種情況的溜漿事故。

表1 鐵水罐凈空測(cè)量部分原始數(shù)據(jù)表

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)KR脫硫攪拌槳插入精度的研究，對(duì)比分析了兄弟單位鐵水凈空測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)應(yīng)用了一種鐵水罐測(cè)凈空裝置，利用超聲波物位計(jì)測(cè)量代替人工目測(cè)，通過(guò)PLC數(shù)據(jù)采集及編程，精確計(jì)算出鐵水罐鐵水凈空，誤差由100～200 mm減小至10 mm以內(nèi)，為二級(jí)模型計(jì)算攪拌槳最優(yōu)插入深度提供準(zhǔn)確參數(shù)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)量可以自動(dòng)計(jì)算出每罐鐵水罐渣厚，按照鐵水罐的直徑及渣的密度，計(jì)算得出每罐鐵水含渣量，為工序間原料結(jié)算提供可靠的參考依據(jù)。

通過(guò)對(duì)KR攪拌槳溜槳事故的系統(tǒng)分析，優(yōu)化PLC控制抱閘程序及變頻器參數(shù)，杜絕了溜槳事故，同時(shí)攪拌槳下降定位精度大大提高，攪拌槳實(shí)際插入深度滿足二級(jí)模型計(jì)算要求，基本使KR處理的動(dòng)力學(xué)條件達(dá)到了最優(yōu)化，攪拌效果達(dá)到最佳。

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Control and research on insert precision of KR desulphurization impeller

WANG Min, ZHAO Jia-bin, GAO Wen, REN Yan-xia, QI Xia

(Equipment Maintenance Center,Shandong Laiwu Iron and Steel Group Co., Ltd., Laiwu 271104, China)

The key factor of improving the KR kinetic conditions is controlling agitator speed and depth of insertion. The insertion depth varies with the hot metal ladle molten iron liquid level, due to instability of ladle tapping and slag amount. The current method made an error of 100～200 mm, which got badly mixing effect. This paper develops an auto-measurement device, radar data bit gauge could measure hot metal ladle slag surface and surface average height, which could through the PLC program automatically calculated iron tank clearance. It greatly reduces the measurement error of molten iron net empty, the stirring paddle insertion depth is more accurate, KR kinetic conditions to achieve optimal, and mixing effect gets better.

KR;molten iron; clearanch; level meter; paddle down

2016-01-06；

2016-02-10

王民(1979-)，男，山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心高級(jí)工程師，主要研究方向冶金工業(yè)電氣自動(dòng)化。

TF748.2

A

1001-196X(2016)05-0048-04