“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

徐志成

摘 要：通過(guò)對(duì)“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的開(kāi)發(fā)與推廣實(shí)踐，效果顯著：鋼鐵料消耗降低了7.3kg/噸鋼，合計(jì)降低成本約19.74元/噸鋼；轉(zhuǎn)爐出鋼碳和溫度雙命中率達(dá)到84%以上，二次補(bǔ)吹率減少了17.8%，平均冶煉周期縮短了3.1分鐘，鋼水質(zhì)量得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：一鍵式；自動(dòng)化煉鋼；吹煉模型；副槍

1 概述

“一鍵式”煉鋼技術(shù)是一種先進(jìn)的轉(zhuǎn)爐冶煉控制技術(shù)，該技術(shù)集理論計(jì)算、專家經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)手段與一體，采用計(jì)算機(jī)L1模型和PLC控制轉(zhuǎn)爐吹煉操作，可顯著提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳、溫度雙命中率，縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)效率，降低原材料消耗和生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)

為實(shí)現(xiàn)“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼的目標(biāo)，必須具備以下條件：（1）設(shè)備運(yùn)行可靠：基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件可靠性高；（2）模型建立：保證模型的完整性，動(dòng)態(tài)模型的運(yùn)行穩(wěn)定性好；（3）精益的工藝條件和標(biāo)準(zhǔn)化制度：冶煉前的初始條件（如鐵水、廢鋼、熔劑等信息）穩(wěn)定，轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程和終點(diǎn)的工藝操作標(biāo)準(zhǔn)化。

2.1 設(shè)備運(yùn)行可靠

2.1.1 副槍設(shè)備系統(tǒng)

副槍設(shè)備的“零故障率”、穩(wěn)定的停車精度、全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)率三個(gè)方面是保證“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼順利實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)備條件之一。

實(shí)現(xiàn)“零故障率”，青鋼開(kāi)創(chuàng)性的采取以下對(duì)策：（1）動(dòng)態(tài)副槍測(cè)定時(shí)氧流量降至正常流量的60%，且氧流量必須低于某一上限設(shè)定值才能下槍測(cè)量；（2）動(dòng)態(tài)副槍測(cè)定的碳含量范圍進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化控制，

防止過(guò)高的[C]下副槍測(cè)定時(shí)造成的粘鋼、粘渣；（3）副槍測(cè)定中面向火焰測(cè)和其北側(cè)存在著熱負(fù)荷不平衡，因此會(huì)產(chǎn)生永久歪曲。《青鋼副槍維護(hù)規(guī)程》要求點(diǎn)檢人員對(duì)副槍24h內(nèi)必須旋轉(zhuǎn)一次，每次旋轉(zhuǎn)180°；（4）為防止副槍撞擊彎曲，要求轉(zhuǎn)爐零位控制在-0.5°～0°，同時(shí)轉(zhuǎn)爐爐口結(jié)渣大于規(guī)定值時(shí)，必須及時(shí)清理。

穩(wěn)定的停車精度：為了保證取樣的準(zhǔn)確性和代表性，同時(shí)必須滿足停車精度在±10mm，水平方向在±30mm以內(nèi)的嚴(yán)格設(shè)備條件。為此，重新設(shè)定了副槍的二級(jí)變速參數(shù)。

保證副槍設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)：副槍設(shè)備全自動(dòng)化的關(guān)鍵是探頭自動(dòng)裝卸（APC）裝置的穩(wěn)定性，保證穩(wěn)定的關(guān)鍵是限位點(diǎn)可靠。

2.1.2 散裝料加料和稱量系統(tǒng)

優(yōu)化轉(zhuǎn)爐散裝料料倉(cāng)的分配管理：優(yōu)化分配對(duì)含鐵氧化物、輕燒白云石、石灰、冷料等幾種輔料按料倉(cāng)分布。

提高稱量速度并保證稱量精度：（1）與設(shè)計(jì)方溝通增加振動(dòng)給料機(jī)設(shè)定參數(shù)調(diào)整，通過(guò)設(shè)定快變慢參數(shù)和停振參數(shù)，提高稱量速度；（2）通過(guò)調(diào)整下料系統(tǒng)的傳感器和振動(dòng)電機(jī)的給定頻率，確保稱量誤差在20千克以內(nèi)。

轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)：副槍下TSC時(shí)頂?shù)讖?fù)吹的流量要求為正常流量的60%左右，通過(guò)優(yōu)化底吹系統(tǒng)PLC控制程序，解決了轉(zhuǎn)爐底吹氬氣與副槍測(cè)量時(shí)所需底吹氬氣流量大小不對(duì)應(yīng)的問(wèn)題。

鐵水、廢鋼數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)：（1）建立鐵水成分、重量、溫度等信息的計(jì)算機(jī)自動(dòng)傳輸；（2）建立廢鋼操作站終端以采集廢鋼種類和各組分重量信息。

2.2 模型的建立

（1）鋼種詞典的建立[1]。熔劑計(jì)算系數(shù)：按現(xiàn)有鋼種要求對(duì)設(shè)計(jì)方提供的10種熔劑組分進(jìn)行優(yōu)化分類，綜合考慮爐渣的堿度、氧化鎂和TFe的含量等，簡(jiǎn)化為5種熔劑計(jì)算系數(shù)。溫度標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)各類鋼種的溫度控制進(jìn)行跟蹤記錄，綜合分析計(jì)算得出最優(yōu)化的鋼水終點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)。鋼種標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)現(xiàn)有鋼種終點(diǎn)碳控制、終點(diǎn)P/S和溫度標(biāo)準(zhǔn)控制不同，對(duì)我廠近200個(gè)鋼種牌號(hào)，進(jìn)行系統(tǒng)分類為7大類鋼種標(biāo)準(zhǔn)化模板。

（2）吹煉模型的建立。模型基礎(chǔ)的構(gòu)建：創(chuàng)造性的提出建立起“三模型、一調(diào)整”的控制系統(tǒng)，即：轉(zhuǎn)爐供氧模型、底吹模型和加料模型、槍位調(diào)整。吹煉模型的建立：綜合考慮鋼種、廢鋼質(zhì)量、冶煉工藝等情況的不同，設(shè)定了8種不同的模型可供選擇。

（3）自學(xué)習(xí)模型的完善。由于轉(zhuǎn)爐爐況、原料條件、底吹效果等條件都在不斷的變化，這些因素的變化將對(duì)轉(zhuǎn)爐整個(gè)過(guò)程的靜態(tài)計(jì)算和后期的動(dòng)態(tài)脫碳系數(shù)、升溫效果造成重大影響[2]，要求模型應(yīng)該對(duì)計(jì)算值與實(shí)際值的誤差進(jìn)行反饋修正學(xué)習(xí)，進(jìn)而調(diào)整相應(yīng)的模型參數(shù)，從而提高模型控制的精度和自適應(yīng)能力。

2.3 工藝的優(yōu)化

2.3.1 冶煉初始條件標(biāo)準(zhǔn)化。鐵水條件：（1）每月定期校準(zhǔn)鐵水天車稱量，要求校準(zhǔn)稱量精度？芨±0.5%；（2）精準(zhǔn)化控制入爐鐵水重量，要求其波動(dòng)？芨±0.5t。

廢鋼條件：（1）每月定期校準(zhǔn)廢鋼車軌道衡稱量，要求稱量精度±0.3%；（2）精準(zhǔn)化控制各類入爐廢鋼重量，要求其波動(dòng)？芨±0.2t。

輔料條件：采用高牌號(hào)的石灰、輕燒白云石、螢石。

2.3.2 工藝操作改進(jìn)。廢鋼的分類管理與精準(zhǔn)化配比；根據(jù)鋼種形成穩(wěn)定的廢鋼加入模式，嚴(yán)格按廢鋼模式配加各類廢鋼。吹煉過(guò)程中供氧進(jìn)程？芏75%、副槍TSC測(cè)量前2min，不允許加入任何輔料。副槍下槍測(cè)量時(shí)，必須滿足以下條件：供氧進(jìn)程？芏50%，供氧流量降至設(shè)定值的70%且小于15000m3/h，以保證副槍測(cè)量的穩(wěn)定性。精確設(shè)定過(guò)程進(jìn)行副槍測(cè)量的時(shí)機(jī)，綜合考慮爐內(nèi)反應(yīng)情況、轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)要求等。保持連續(xù)冶煉，提前做好出鋼準(zhǔn)備。動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程只能使用固定種類的冷卻劑和發(fā)熱劑，禁止加入其它熔劑。

3 實(shí)施后的效果

轉(zhuǎn)爐“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)，經(jīng)過(guò)4個(gè)月工藝優(yōu)化與管理標(biāo)準(zhǔn)化，在白班逐步向四班推廣使用，并取得以下效果：轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳、溫度雙命中率顯著提高：根據(jù)鋼種終點(diǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)在投入前后轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C_T雙命中率達(dá)到83.9%。轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹率顯著降低：由于自動(dòng)化煉鋼的使用可使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C_T雙命中率顯著提高，轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹率由原來(lái)的25.7%下降到目前的8.0%。冶煉周期縮短，提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率：采用“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)后，轉(zhuǎn)爐一倒出鋼率由原來(lái)的65%提高到80%以上，有效減少了轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹頻率，使得冶煉周期大幅縮短，轉(zhuǎn)爐平均冶煉周期由原來(lái)的47分鐘縮短到44分鐘，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高了6.3%，成本降低約2.9元/噸鋼。提高鋼水質(zhì)量，穩(wěn)定鋼水成分：（1）轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量降低，水口結(jié)瘤明顯減少，鋁鎮(zhèn)靜鋼的連澆爐數(shù)由原來(lái)的12爐提高到15爐，成本降低約0.83元/噸鋼。（2）通過(guò)對(duì)吹煉模式的優(yōu)化，獲得了穩(wěn)定的脫磷效果，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷控制CPK指數(shù)由原來(lái)的1.007升高到1.214，工序控制能力顯著提高；同時(shí)因磷高導(dǎo)致回爐、改判的爐數(shù)平均減少了50%，成本降低約2.14元/噸鋼。

減少鐵合金成本，降低鋼鐵料耗：由于一倒命中率的提高，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量穩(wěn)定降低，終點(diǎn)余錳提高，既提高了轉(zhuǎn)爐鐵合金的收得率又減少了轉(zhuǎn)爐吹損。同時(shí)，因轉(zhuǎn)爐冶煉周期的縮短，使得過(guò)程熱損失減少，在相同的廢鋼裝入條件下，自動(dòng)化煉鋼爐次冷料消耗數(shù)量提高約5.6kg/噸鋼，有效降低了鋼鐵料消耗。在“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)投入使用后，鋼鐵料耗降低了7.3kg/噸鋼，成本降低約13.87元/噸鋼。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“一鍵式”自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的開(kāi)發(fā)與推廣實(shí)踐，效果顯著：鋼鐵料消耗降低了7.3kg/噸鋼，合計(jì)降低成本約19.74元/噸鋼；轉(zhuǎn)爐出鋼碳和溫度雙命中率達(dá)到84%以上，二次補(bǔ)吹率減少了17.8%，平均冶煉周期縮短了3.1分鐘，鋼水質(zhì)量得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)

[1]黃希鈷.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

[2]陳家祥.鋼鐵冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.