转炉自动化炼钢技术应用新进展

赵海峰

(河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015)

转炉自动化炼钢技术应用新进展

赵海峰

(河北钢铁集团邯钢公司技术中心,河北邯郸056015)

概述了国内钢铁公司在转炉自动化炼钢工艺技术应用方面的新进展,副枪的工艺设备等工艺技术的特点,自动化炼钢技术的完善、优化和应用情况。该技术具有突出的优越性,能够缩短冶炼时间,提高生产能力,提高冶炼效率,改善冶炼效果,减少氧耗,改善工作条件,延长转炉炉龄,提高设备的利用率等特点,还能达到节约资源和保护环境的目的,转炉自动化炼钢工艺技术的应用使炼钢实现了自动化。所以,它在大中型转炉上得到了较为广泛的应用,获得了良好的效果和效益。

顶底复吹转炉;自动化炼钢;副枪;技术应用;新进展

1 引言

转炉自动化炼钢工艺技术是当今世界的先进技术,它是随着转炉的大型化、现代化的发展而发展的。该技术具有突出的优越性,能够显著提高生产能力,缩短出钢和冶炼时间,精确地控制动态吹氧量,提高冶炼效率,减少点吹、补吹的次数和氧耗,降低铁水和添加剂消耗,改善冶炼效果和工作条件,提高设备利用率,提高转炉炉龄,降低生产运行成本等特点,还能达到保护环境和节约资源的目的,因而能够获得稳定的吹炼操作和提高钢水成分和温度的命中率,实现自动化炼钢。近十多年来,全自动炼钢技术在大中型转炉上得到了广泛的应用,尤其是国内重点钢铁企业,依靠本企业强大的技术实力,已经成功自主研发出多项自动炼钢的配套技术,集成了具有国有知识产权的自动炼钢专有技术,并在全国10多家钢铁公司得到了推广和应用,国内重点钢铁企业对原来的自动化炼钢工艺技术也进行了优化和改进,大中型钢铁企业也研发和应用了较先进自动化炼钢工艺技术,获得了良好的效果和经济效益。

2 转炉自动化炼钢工艺技术应用新进展

2.1 转炉副枪系统改造

国内转炉副枪系统也从引进到自主改造研发,逐步使其具有自主知识产权,宝钢二炼钢4#和5#转炉的原有副枪系统是在20世纪90年代建厂时建造,由日本川崎重工设计,国内相关单位合作制造的,其中部分关键设备是从川崎重工引进。经过近十来年的运行,部分转炉副枪系统也存在一些问题,通过采取了改造措施,取得了良好的效果。

2.1.1 问题分析

(1)工位和操作环节较多,探头安装/拔取工位旋转角度很小,只有33°,转炉副枪在操作过程中,设备抢修与生产相冲突,影响了正常的转炉生产。

(2)整个操作过程和程序控制都较为复杂。

(3)在设计上,探头安装/拔取装置存在明显的缺陷,经常存在探头自动安装失败的问题。

(4)探头安装和探头拔取,整个测量周期耗时较长。

2.1.2 改造措施

2.1.2.1 工艺改造

(1)重新布置了转炉副枪操作系统各层的维修平台。

(2)原有的待机位被取消,增加了转炉副枪向转炉非驱动侧的旋转角度,经过改造后,只有测温取样位和探头安装/拔取位这两个工位,简化了操作。

(3)对压缩空气管线、氮封管线、锅炉管线以及其它管路设施进行了配套改造。

2.1.2.2 设备改造

(1)调整在转炉副枪旋转装置的电液缸接手位置。

(2)在保留探头起倒装置原有功能的基础上,增加了对中微调功能、探头抓握功能、枪管下降导向功能。

(3)探头贮箱结构由原来斜槽式改造为直槽式。

(4)对机械手予以取消。增加一套探头拔取装置,在副枪测温取样结束后,用于自动摘除枪体上的探头。探头输送装置改由链条驱动,探头被布置在贮箱下方。探头溜管被重新设计制作。

(5)在转炉副枪升降小车上,改变软管固定托架位置。

2.1.2.3 操作优化

由于工艺和设备发生变化较大,其操作流程也需作相应的调整,副枪系统改造后流程如图1所示。

2.1.2.4 控制系统改造

对硬件系统和软件系统进行了改造,更适合现场自动化炼钢操作。

2.1.3 改造效果

(1)复吹转炉副枪一个测量周期所需工作的时间缩短了。

(2)大幅减少小了设备维护成本与设备维修工作量。

(3)探头自动安装成功率显著提高了,人工装探头次数显著地减少了。

图1 改造后的副枪工艺流程图

(4)优化了操作程序,美化了操作界面,人机交流界面更加人性化。

(5)转炉具备了冶炼硅钢等更多尖端钢种的生产能力。

(6)测成率已经达到了99%以上。

2.2 自主研发的转炉过程控制系统功能与模型

2.2.1 本钢

本钢板材公司是国内最早应用复吹转炉二级过程控制系统的钢铁企业之一,安装有达涅利副枪以及自动过程控制系统,应用效果很好,在复吹转炉副枪和过程控制系统应用方面,积累了较为丰富的经验。因此,在新建转炉上,中冶京诚工程技术有限公司与本钢联合研发了具有自主知识产权的副枪和转炉过程控制系统。

目前国内转炉存在的问题:

(1)生产操作普遍存在计量信息不规范,如:对加入炉内的废钢不分类,原料成分不准确,甚至对原料根本不进行检测等问题,对模型的开发影响很大。因此,在模型的开发过程中,合适的结构必须被采用,来增加模型的适应性。

(2)常常不能兼顾模型的适应性和精度,为此,在模型设计时,对于静态控制模型考虑更多的是适应性,对于动态控制模型主要考虑其精度。

(3)由于转炉副枪技术已经实现了国产化,具有自主知识产权的转炉过程控制成套技术和转炉过程控制系统,使本钢更加具有竞争力。

本钢转炉过程控制系统结构如图2所示,转炉过程控制系统技术架构如图3所示,转炉过程控制模型结构如图4所示。开发了静态模型和动态模型。

图2 转炉过程控制系统结构图

图3 转炉过程控制系统技术架构图

图4 转炉过程控制模型结构图

2.2.2 梅钢

梅钢独自开展了自动炼钢技术的研究工作,在梅钢二炼钢工程中,通过自主集成设计,完成了该技术的实际应用,并取得成功。

设计的内容有:

(1)静态模型设计。

静态模型采用了如下技术:

①根据铁水条件和转炉冶炼钢种要求,细化了静态分组和自学习分组,并对自学习的炉次条件设定了范围,完善了自学习规则。

②调整优化了主原料的装入、造渣、供氧、温度等冶炼参数,规范了转炉过程操作,提出了“一键式”的工艺技术控制思路,减少了人为干预,提高了静态模型的再现性和自学习功能。

(2)调整了调节阀、开关的氧点、待吹点、开关阀的时间、氧枪的升降速度。

(3)采用了转炉副原料加入控制技术。

研发了铁矿石称量备投、料仓互备、料仓自动累计到下一炉次等功能和人工实时干预技术。优化了电文传送时序,理顺了L2与L1间信息流,实现了副原料投入完全计算机控制。增加了计算机模式下矿石加料的强制半自动按钮,在加料画面中,增加了氧枪枪位及流量干预功能。

(4)提高了副枪测量的成功率。

措施如下:

①L2与L1通讯时间被延迟了,转炉副枪测量数据保证上传到L2系统。

②加强了副枪探头管理,应用计算机模式进行了测量,TSC测量氧量由L2下发给L1,TSO测量时间被优化,提高了副枪检测成功率。

(5)较为准确地计算动态碳含量、熔池液位。

(6)动态升温系数范围以及矿石冷却参数得到了较为合理的调整,模型参数也得到了进一步的优化,增加了冷却剂称量备投功能。

(7)参考炉次的人工修正技术、模型自学习系统人机实时干预技术被合理的采用。

2.3 优化静、动态模型参数

马钢新建项目主体工程之一的300t顶底复吹转炉自动化炼钢系统是从Danieli Corus公司引进,这是近年新上的大型先进的炼钢装备,代表着当今炼钢先进水平。近年来,马钢完善了数据采集功能,提高了基础数据精度,动静态模型参数被优化等。

完善优化的工作有:

(1)加强原辅料的细化管理,包括废钢的分类管理,返回渣分类存放管理,转炉造渣料的优化管理。

(2)修正和优化模型参数,包括脱碳速度的细化调整,在动态吹炼计算中,对矿石冷却效应的细化调整,出钢时间对目标温度计算参数的优化修正,主吹目标工艺窗口的优化改善。

(3)一、二级系统数据传输和处理功能得到了完善,数据的精度得到了进一步提高,装料的计算也得到了进一步优化。

应用效果:

(1)在转炉冶炼终点时,终点碳控制精度和温度都得到了提高,转炉终点碳、温度双命中率提高至80.9%。

(2)在转炉冶炼终点时,钢水平均溶解氧质量分数、终渣w(T.Fe)和钢铁料消耗均明显下降。

(3)供氧、造渣制度得到了统一,枪位和加料系统实现了自动控制。

(4)OG系统煤气回收量提高至111m3/t。

(5)转炉补吹率下降至6%。

2.4 优化自动化炼钢技术

目前,国内采用转炉副枪计算机动态控制的钢铁企业越来越多,副枪及自动炼钢控制系统已成为转炉自动控制的主要手段,但在使用过程中仍存在一些问题,原因如下:

(1)设备维护和管理水平较差,人工干预操作时有发生,炼钢管理模式不能服从计算机自动炼钢的需求,设备故障经常发生。

(2)转炉冶炼高精度计量能力较差,原料不能分类进行管理。

(3)其生产过程仍有缺陷,冶炼模型不完善。

2.4.1 武钢炼钢总厂四分厂优化措施

武钢炼钢总厂四分厂属于新投产的装备技术,该厂的生产技术方向能够代表当今设备的状况。针对一些问题,该厂采取了优化措施:

(1)稳定转炉副枪综合使用率。提高静态过程稳定性和C-温双命中率。

(2)合理快速地加入转炉冷却剂。

(3)供氧系统得到了稳定操作,供氧制度得到了合理的调整。

(4)自学习功能以及参考炉次的人工修正被完善。

应用效果:

该厂2010年下半年,C-T双命中率稳定在90%以上,最高达到了94.04%。

2.4.2 武钢炼钢总厂三分厂优化措施

近年来,该厂在生产模式和外界原料条件不断变化的情况下,预出铁模型、静态、动态模型、终点磷、硫预测模型不断地被改进,自动拉碳技术被不断地优化,快速出钢技术不断地得到了提高。2009年第4季度,全自动化炼钢率平均稳定在83%的较高水平,自动拉碳率年平均达到了85.1%、转炉终点碳、温双命中率年平均达到96.3%,该技术达到了国际先进水平。

2.4.3 安钢第二炼轧厂存在的问题及优化措施

存在的问题:

(1)转炉铁合金加料系统功能不完善和熔剂加料控制系统故障率偏高。

(2)不完善的二级系统通讯功能。

(3)转炉顶底复吹系统不正常。

优化措施:

(1)对氧枪枪位、吹氧量的数据处理与控制,以及HMI控制画面进行了大幅修改,还对底吹模式计算机设定代码接收与处理,对炉口氧量不送入模型的程序进行了大幅修改。

(2)变频器的控制参数得到了优化,铁合金一级自动化加料的控制得到了完善,熔剂加料采集程序得到了改进,模型数据采集的准确性得到了保证,改造了翻板阀控制,对自动分料控制程序进行了优化。

(3)增加了主原料控制系统,增加了钢包信息传递和脱硫后铁水数据的传输,生产管理系统的部分程序被更改。

改进的效果:

转炉自动控制系统其终点(C)的合格率达到了100%,终点(C)、温双命中率也达到了91%以上。

2.5 其它钢铁公司

还有一些钢铁公司也采用、优化和改进了该技术。

3 结语

钢铁企业采用转炉副枪及自动化炼钢技术,打破了炼钢长期以来依靠经验来炼钢的传统模式,该项技术的应用促使炼钢生产实现操作标准化和管理信息化,完善了数据采集功能,提高了基础数据的精度,优化了动、静态模型参数,减少了资源和能源消耗,有利于新钢种的开发,由引进技术逐步转变为具有自主知识产权的成套技术,为转炉创效储备了大量的技术数据、资料和信息,使炼钢的整体技术水平有了一个质的飞跃,使自动化炼钢技术更上了一个新的台阶。

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)

The new advancement of technology application of converter automation making steel in the internal iron and steel company are summarized.feature of technology and equipment of sublance and so on.This technique have prominent superiority,it can shorten melting time,increase production capacity and melting efficiency,perfect melting effect,reduce oxygen consumption,improve working condition,longer converter campaign,increase equipment utilizing rate and so on.It can too reach the goal of proctising resources and pretecting environment,the application of converter automation making steel technology make making steel realizing automation.So,it gain more extensive application in large size converter,the good effect is gained.

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TP273

:A

1001-5108(2015)06-0065-05

赵海峰,高级工程师,工程硕士,主要从事技术研究工作。