转炉炼钢工艺

转炉炼钢工艺（共9篇）

转炉炼钢工艺 篇1

引言

随着自动控制技术的发展、冶金技术的进步, 以副枪测量为基础的转炉计算机炼钢技术目前在国内不少钢厂都得到了广泛应用。南京钢铁集团有限公司 (以下简称“南钢”) 3座150t转炉也采用了此先进技术、实现计算机炼钢, 转炉终点控制水平大为提高、主辅原料消耗明显降低, 产生了显著的经济效益。

1 转炉自动化系统的结构和功能

1.1 自动控制系统结构

转炉自动化系统结构及其与其它区域L2、L3的关系如图1所示。

1.2 转炉自动化系统的功能分配

转炉自动化系统由L1、L2及LI/L2人机接口 (HMI) 系统组成, 具体结构及功能分配见图2。

2 转炉计算机炼钢过程

以炉号为11309149的这一炉为例介绍计算机炼钢的整个过程。

2.1 L2炉次引入和静态模型计算

2.1.1 炉次引入

(1) 计划引入

从L3获得的生产计划中, 引入炉号11309149的一炉计划, 计划信息包括钢种、终点化学成分、温度等目标信息。

(2) 选择吹炼的模式

根据钢种定义, 系统会自动选择对应的吹炼模式, 如102, 主要包括氧气流量和氧枪高度模式 (见表1) 、副枪测量时氧气流量和氧枪高度模式 (见表2) 、辅原料加料模式 (见表3) 、副枪测量模式 (见表4) 等。启动副枪测量后, “副枪测量时氧气流量、氧枪高度模式”优先于“氧气流量、氧枪高度模式”执行。

2.1.2 启动静态模型计算

从倒罐站、铁水预处理获得实际装入的铁水信息, 包括重量、温度、成分, 从废钢站得到废钢的数据, 包括不同种类废钢的各自重量后, 启动静态模型计算。根据这些信息和目标要求, 模型计算出吹炼过程中所需的辅原料和氧气的量。造渣剂和助添加和副枪测量时氧气流量、氧枪高度模式如表6~表8所示。

熔剂的加入量、加热剂/冷却剂的加入量、吹氧量如表5所示。

同时根据上述102模式自动产生具体的辅原料检查、确认后, 氧气流量、氧枪高度模式表、副枪测量时氧气流量、氧枪高度模式表、辅原料加料模式表、副枪测量模式内的数据写入对应PLC的DB块中。

2.2 L1计算机炼钢过程

2.2.1 设备概况

转炉辅原料料仓布置如图3所示。

2.2.2 计算机炼钢过程

2.2.2. 1 炉次开始、备第一批料

操作人员确认“炉次开始”, 系统自动准备第一批料:

(1) 料仓分配。根据L2发送的辅原料代码和重量自动分配各料仓的排出量, 石灰两个仓平均分配、白云石先用5# (9#备用) , 矿石由于加料批次较多、分次准备时间来不及, 采用备足量4000 kg、减量加料的方法。具体如表9所示。

(2) 备料。3个称量斗同时备料、同一称量斗的料仓则按从“右至左”的顺序备料, 称量结束后放入汇总斗中, 如2#称量斗石灰2398.2kg、白云石1692kg, 3#称量斗镁球1189 kg、石灰2398.2 kg, 5#称量斗铁矿石2000 Kg, 存储代码及重量信息。

2.2.2. 2 自动吹炼

操作人员启动自动吹炼, 氧枪、氧气流量、副枪、加料按照模式表自动执行, 具体的控制逻辑如图4所示。

氧枪开氧后下降到初始枪位2300mm、氧流量调整到31800 Nm3/h, 吹氧量达到3%时枪位调整到2200mm、同时投第一批料2#汇总斗内石灰2398.2kg、白云石1692 kg, 3#汇总斗内镁球1189 kg、石灰2398.2 kg。加料结束备第二批料石灰2055.6kg, 吹氧10%时枪位调整到2000mm、同时副枪开始安装TSC偶头。吹氧20%时枪位调整到1900mm、同时投第二批料石灰2055.6kg。

枪位继续根据吹氧量调整、流量目标值不变, 当吹氧量达到58%时枪位调整到2000mm、同时采用减量投料的方法投第三批料5#称量斗内铁矿石393.3kg。吹氧60%时副枪旋转到测量位。吹氧70%时枪位调整到2100mm、投第四批铁矿石458.85kg, 吹氧75%时枪位调整到1900mm、投第五批铁矿石458.85kg。

枪位继续根据吹氧量调整, 当剩余吹氧量还剩1156 Nm3时、启动副枪测量模式表, 即氧流量16800Nm3/h、枪位1900mm, 当氧流量下降到21380 Nm3/h时开始TSC测量。TSC测量完成氧流量32100 Nm3/h、枪位1800mm, 接着剩余吹氧量556Nm3时、枪位1600mm。

2.3 L2动态模型计算、钢水温度和碳的预测、L1控制

L2收到TSC测出的温度和碳后, 立即进行动态模型计算, 计算出所需的冷却剂 (石灰) 和剩余的吹氧量。本炉计算结果如表10所示, 由于温度在目标范围内、不需添加冷却剂。同时模型启动钢水温度和碳的预测。

2.4 命中目标

如图5所示, 当模型预测钢水温度和碳进入目标窗口如[C]±0.008%、[T]±10℃范围, L2立即发出停止吹炼命令、氧枪提枪。

2.5 TSO测量

TSC测量结束后, 副枪自动完成TSO偶头连接、在测量位等待, 吹炼停止后、自动进行TSO测量。TSO测量出钢水温度、氧含量, 并计算出碳含量。根据结果可以决定是否出钢, 也可以等试样化验结果再出钢。TSO测量过程中, 根据渣中氧电势的突变进行钢水液面测量。

至此, 炉号11309149的这一炉钢自动吹炼完成。

3 模型反馈计算 (自学习功能)

如果这一炉模型的计算值与实际值偏差很小, 可以启动自学习功能对模型参数进行调整。

4 结束语

转炉计算机炼钢过程是二级过程控制系统和一级基础自动化系统密切配合的过程, 对炼钢的设备、管理都有很高的要求。以前该技术主要掌握在日本、奥地利、荷兰等发达国家手中, 但通过引进、消化、吸收和创新, 最近几年中国的计算机炼钢技术已进入到世界先进行列。

参考文献

[1]余志祥, 刘路长, 肖文斌, 等.武钢三炼钢计算机炼钢技术的新进展[J].钢铁.2004, 39 (8) :58~63.

[2]张志军, 王建伟, 南晓东, 等.副枪自动化炼钢技术在210t转炉上的应用[A].2008年全国炼钢——连铸生产技术会议文集[c].2008:237-243, 251.

[3]顾宏.转炉过程模型与控制技术[J].江苏冶金, 2003 (04) :8-10.

转炉炼钢工艺 篇2

【关键词】:计算机过程级;炉气分析;动态模型; 静态模型。

中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(

一、引言

近年来,计算机过程级控制冶金行业得到了广泛的应用,目前在国内的多家钢厂都在不同规模上实现了计算机控制。为了提高产品的产量和质量,扩大品种,降低成本和消耗,稳定生产工艺,在转炉上使用计算机过程控制已经成为必要。

二、系统概述

本文所陈述转炉,为无副枪顶吹型式,与大方坯连铸机构成了产能匹配的短流程生产线。该转炉动态炼钢控制系统运行稳定正常,能够完成动态炼钢对数据的需求。本系统主要完成实现了的生产管理,包括生产作业状况显示和传送等;并对吹炼开始、吹炼结束等状态进行跟踪;能够对相关的数据进行采集,并进行存储、记录;实现了对主料和辅料的计算及管理;实现了对废钢、生铁的配比及称量的管理;能够打印各种报表和记录;能够对转炉的作业时间进行管理;实现了与连铸机、化验室等计算机通讯。

三、主要的特点、特征

(1)基础级到计算机级数据传输程序设计:50吨转炉数据传输的控制程序通过使用西门子公司专用的编程软件STEP7,并采用LAD、CSF、STL三种灵活的方式编制而成。整套控制程序采用模块化/结构化编程方法:控制程序分为若干控制部分,每一部分的控制程序及数据分别编制在不同的FC、FB以及DB程序块中,并由主程序OB1在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能;此外,在每一个程序块中,加以详细的注释以进行说明。这种编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易,大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。

(2)炉气分析系统通过对转炉炉气(如CO、CO2、N2、O2Ar等)进行分析,实现对冶炼进程的检测。

(3)数据传输控制系统中的监控系统,具有数据录入、显示、传送、自诊断/报警、历史趋势记录等功能,为动态炼钢提供了正确无误的数据和对原始数据的记录功能。

四、关键技术

(1)氧枪精确定位控制:

在转炉炼钢生产中,基础控制级的氧枪定位的精确性直接影响吹炼终点的钢水温度和碳含量,同时,对生产安全和炉龄、枪龄也有很大的影响。因此,我们将氧枪定位作为一个重点技术问题解决,硬件上采用德国TURCK增量型编码器和西门子FM450高速计数模板配合,完成氧枪位置信号的采集。定位数据的处理采用点线结合的方法,对于极限位、待吹位、开氧/闭氧位、变速位等需精确定位的关键点,采用10次往返计数值加权平均的方法,以抵消提升加速和下降加速引起的卷扬钢绳弹性形变所造成的定位误差。对于纵轴线上的枪位显示数据,则采用自动定量补偿和人工校准相结合的方法予以处理:即当氧枪提升和下降的过程中,在编码器读数的基础上,分别加或减一个补偿量,这个补偿量是对氧枪1000次往返读数与实测枪位误差的统计处理结果,用这一数据补偿,在氧枪的工作行程上,可以达到+/-2CM的定位精度,完全能够满足枪位指示的精度要求。另外,为提高系统的可靠性,通过MMI设置了枪位校准按钮,当控制误差较大时,可以把氧枪下降到校准点,按下校枪按钮进行软手动校枪,此时定位系统自动初始化,恢复设定精度。

(2)炉气分析系统:

转炉动态炼钢炉气分析系统分为三个部分,即EMG模块、SPS模块和图表站。其中EMG模块运用于DOS下,主要实现数据的分析;SPS模块运行于UNIX下,主要用来采集控制阀(气体阀)的参数;图表站用来实现气体含量的显示。

转炉动态炼钢系统炉气分析采用俄罗斯EMG-20-1型飞行时间质谱仪,质谱仪的原理是将采集到的炉气气体样品引入电离区,通过电子撞击,电离原子和分子以形成带正电荷的离子。经过固定电势的加速电场,具有相同初始功能的离子被抛出。按照离子质荷比的不同,在无场的漂移空间离子得以分开。离子的分离依靠离子在无场漂移区的飞行时间与其质荷比的相关性。在具有相同功能的情况下较轻的离子较之较重的离子具有更高的速度并能较早到达检测器。通过质谱仪在时间刻度上的图谱记录和对这些数据的处理可以确定混合气体的成分及百分比含量。现在根据分析的CO的含量可以来指导转炉的煤气回收,根据H2的含量可以判定氧枪是否漏水。

(3)静态控制模型:

静态控制模型的主要任务是根据原料的条件寻找最佳的原料配比,并根据已知的配料确定冶炼的方案。转炉静态控制模型是转炉炼钢计算机终点控制的核心,其精度直接影响到终点钢水碳含量与温度同时命中率的高低。依据建立模型方法的不同,静态控制模型有理论型、统计型和经验型。

(4)动态控制模型:

转炉动态控制模型则是对静态控制模型精度的补偿。根据物料平衡、能量平衡、化学动力学、化学热力学等理论,以及炉气分析结果建立脱C速度计算模型、温度变化计算模型、其他元素变化计算模型等,采用增量校验技术和神经网络技术实现对分析结果延误的矫正和系统误差的消除,提高转炉的终点命中率。

动态控制模型主要由爐气定碳模块、温度预报模块、喷溅预报模块、冷却剂控制模块构成。模型的自学习、自适应功能的实现是提高模型精度和使用性的关键。根据具体方式的不同,模型对误差的处理方法大体又可分为数值处理方法和人工智能方法两类。

(5)管理功能:

炼钢生产是物流和信息流密集的生产过程,保持物流和信息流的顺畅,是生产管理的重要环节,转炉动态炼系统为过程级控制,信息采集、处理功能强大的监控软件,为实现部分过程级控制功能提供了可能,基于这一情况,在自控系统中开发了辅助管理功能。这一功能主要侧重两个方面:生产数据采集和上传,操作指令记录和设备状态记录。

五、结束语

转炉炼钢造渣工艺及效果评价 篇3

一、炼钢成渣原理

造渣是转炉中主要工艺操作之一, 控制成渣过程的主要目的是快速成渣。吹炼初期影响石灰溶解的主要原因是在液体炉渣和石灰的界面上首先生成高熔点的2CaO·SiO2, 当SiO2含量超过25%时, 石灰溶解速度下降, 这可能是2CaO·SiO2硬壳生成所致。因此为了加速石灰溶解, 必须加入能急剧降低2CaO·SiO2, 熔点的溶剂, 如矿石、萤石等, 形成炉渣。

二、炼钢厂造渣操作与脱磷效果现状

1. 造渣料与加入量的确定。

目前炼钢厂常用的炼钢造渣原料有石灰和矿石。

炼钢厂由于金属料装入量波动较大, 检测手段不完善, 炼钢过程控制还停留在经验控制上, 没有计算机辅助计算, 监控石灰、矿石加入量主要是炼钢工凭经验判断炉内情况后视炉内温度与渣况加入, 未按有关公式事先计算。

2. 炉渣碱度取前期、终点渣样分析结果。

3. 造渣操作存在的问题与脱磷效果。

(1) 造渣材料单一, 缺乏化渣助熔剂。

(2) 第一批料加入太晚, 加入量太少, 没有加入化渣剂。

(3) 前期起渣时间太晚, 炉渣碱度低, 脱磷效果差。

三、炼钢造渣工艺的改进

1. 造渣料的确定。

石灰的加入量:石灰的加入量必须根据铁水成分、重量, 炉渣碱度及吹炼的钢种对磷中、硫的要求, 由下列计算公式确定:

式中:2.14:SiO2/Si=60/28=2.14, G铁水:铁水重量, 单位:t, %CaO有效=%CaO石灰—R×%SiO2石灰。根据高炉铁水含量及其变化情况, 当Si≤0.8%时, R取3.5, 石灰加入量控制在900—1200g;当Si>0.8%时, R取3.0, 石灰加入量控制在1200—1500Kg。作为助熔剂的矿石, 其加入量要根据炉内温度和造渣情况而定, 一般控制在金属装入量的2—5%。炼钢厂转炉金属装入量在20—21吨, 矿石加入量应控制在200—400kg范围。

2. 造渣料的加入时间。

渣料的加入数量和时间对化渣速度有直接的影响。具体加入时间、数量参考如表。

在正常的情况下, 第一批渣料是在开吹的同时加入第二批料的加入时间一般在硅锰氧化基本结束后, 第一批料已基本熔化好, 碳焰初起时加入较为合适, 第二批料应分小批料多次加入。分小批多次加入对石灰的熔化有利。最后一批料必须在终点拉碳前加完, 否则渣料来不及熔化就要出钢, 这样对钢质量不利。转炉一般规定终点前3—4分钟加完最后一批渣料。

第二批料加得过早或过晚对冶炼都不利, 加得过早, 炉内温度过低, 第一批渣料还没有完全化好, 又加冷料, 渣料就更不易熔化了, 有时还会造成石灰结坨, 影响炉温的提高。加得过晚, 正值碳的激烈氧化期, FeO低, 当第二批渣料加入后, 不仅渣料不易熔化, 容易产生金属喷溅, 而且由于炉温的降低, 抑制了碳的氧化, 当炉温再度提高后, 就会造成大喷溅。

四、提高脱磷效果

1. 脱磷反应原理。

磷在钢液中能够无限溶解, 而它的氧化物P2O5在钢中的溶解度很小, 因此要去除钢中的磷, 首先必须使磷氧化, 并使氧化产物能够进入炉渣, 其次要把磷的氧化物固定在炉渣中, 不让它再分解返回到钢液内。

2. 影响脱磷的因素。

影响脱磷反应的因素很多, 从热力学角度分析, 根据脱磷反应的平衡条件和磷的分配系数, 影响脱磷主要的影响因素是炉渣成分和温度。炉渣成分对脱磷主要反应在渣中氧化铁含量和炉渣的碱度上。

FeO在脱磷过程中起双重作用, 一方面是作为磷的氧化剂起氧化磷的作用, 另一方面充当把P2O5结合成3FeO·P2O5的基础化合物的作用。所以, 可以认为渣中存在FeO是去磷的必要条件。生产实践证明, FeO含量为15%—20%时最佳。

为了从钢液中脱磷并把脱磷产物留在渣中, 必须降低渣中P2O5的活度, 这可以靠加石灰来实现, 因为在高温时 (>1470℃) , 3FeO·P2O5不稳定, 易分解或被硅锰还原, 而3CaO·P2O5则比较稳定, 所以渣中有CaO的存在是脱磷的充分条件。适当提高渣中的CaO含量, 可提高脱磷效果。

五、结语

改进造渣操作, 提高脱磷效果的措施要加强以下几方面的工作。

1. 改变经验炼钢的习惯, 严格按造渣制度操作。

2. 由经验炼钢向计算炼钢过度, 石灰加入量应由碱度方程确定。

3. 第一批渣料应加入适量的助熔剂, 以达到早化渣的目的。

参考文献

转炉炼钢工艺 篇4

关键词：转炉副枪；自动化炼钢；副枪平台

中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0039-02

1 项目概况

炼钢厂在规划之初确定了部分关键技术和设备国外引进的整体思路，其中转炉副枪为引进项目之一。副枪系统在转炉炼钢中的主要功能是：测量钢水温度、测量钢水碳含量、测量钢水含氧量、取钢样、测量熔池内金属液面

位置。

2008年，邯钢公司与达涅利康丽斯荷兰公司签定引进转炉副枪、动静态控制和底吹系统技术附件，副枪项目全面启动。为了确保这套系统在一炼钢厂建成后快速的达产达效，项目组从项目启动到后期生产过程，做了大量细致的工作。2010年11月开始副枪机械设备安装，于2011年3月24日在1#转炉第一炉顺利使用，2011年4月28日在2#转炉副枪也顺利投入使用，2011年7月17日在3#转炉副枪也顺利投入使用，并在后续生产中正常运行，我们很顺利地由以前的人工倒炉测温取样变成了现在的副枪自动取样，既节省了冶炼时间，又减少了工人的体力劳动。但随之而来也带来了一系列问题，当副枪正常工作时，一切都没有问题，需要工人操作的按钮也十分简便；但是，一旦副枪出现问题，操作工不能及时知晓其中的原委，与此同时，设备人员也不是特别了解，将副枪HMI画面进行汉化处理。只有所有显示的语言变成了汉语，操作工才能更好地理解其中的含义，才能更好地操作、维修副枪。为一炼钢投产初期的稳定运行以及众多新产品的快速开发，提供了坚实的保障，取得了良好的经济效益。

2 转炉副枪技术概况

转炉副枪技术是通过副枪检测转炉内钢水温度、碳含量、氧活度、液面高度以及取样分析钢水成分，在转炉计算机过程控制系统上进行数据分析计算后给出所有操作参数，由转炉一级系统自动执行这些参数，最终达到转炉冶炼目标的炼钢操作的工艺，其关键点在于副枪测量数据的准确性以及稳定性。

3 副枪项目实施过程

副枪模型依据转炉生产的初始条件（如铁水温度、重量、成分、废钢质量、分类）、要求的终点目标（钢水的终点温度、成分）以及以往炉次的参考数据，计算出本炉次的耗氧量，确定各种熔剂的加入量。当转炉吹氧达到氧耗量的85%时，副枪开始测温、定碳，并把测到的结果送入计算机，动态模型根据副枪测到的实际值作为初值，计算出达到转炉吹炼目标温度和碳含量所需补吹的氧量和冷却剂量。

3.1 模型软件架构

在软件方面，副枪模型分为静态模型和动态模型两部分，分别在转炉冶炼工艺的不同阶段起作用。在硬件方面，它包括两台双机冷备的模型服务器、一台维护工程师站、一台冶金工艺工程师站和5台OWS站操作员站。模型服务器和工程师站设置在计算机室，操作员站分别位于转炉主控室、铁水倒罐站、废钢间、铁水脱硫站、钢包热修间和生产调度室，冶炼数学模型炼钢计算机系统配置如图1所示。

3.2 实施步骤

2010年10月副枪设备到达现场、2010年12月12日1号副枪开始安装、2011年7月3个转炉副枪热试成功、2011年8月完成三座转炉副枪HMI人机接口画面处理，提高操作工的使用水平和处理故障的能力。

2011年10月增加脱磷预测功能，对炼钢起到了很好的作用，以使用副枪、动静态模型为主要内容的转炉计算机自动炼钢工作的开展，使一炼钢厂120吨转炉炼钢生产在投产之初就很快步入稳定状态，副枪、底吹系统和SDM模型日趋完善，模型运算结果符合生产实际，现场操作工人对副枪及计算机模型的指导更加信赖，副枪系统运行稳定可靠，转炉吹炼终点控制精度高，转炉操作技术经济指标改善明显。

图1 模型系统架构图

4 副枪的优化

4.1 主要优化工作

（1）投料系统更换了一部分电液推杆和电液推杆限位挡块，并对电振漏料处进行改造，定期对电液推杆进行了加油，保证了排料闸门开关速度，排料闸门故障率大幅度降低，投料系统自动故障率降低。

（2）针对密封阀门故障影响比例较大问题，对部分问题阀门采取提前预防的措施，提前进行了更换。

（3）铁水、废钢和渣料配比合理，吹炼过程稳定，生产事故少。基于副枪测量的炼钢模型根据铁水成分、温度条件和转炉终点要求计算废钢和熔剂的加入量，计算过程严格依据物料平衡和热平衡，在准确命中终点碳、温目标的前提下，各种物料的加入量得到科学合理的优化，克服了根据经验人工确定加料量的盲目性，使原材料和能源得到了最经济的使用。同时，副枪及炼钢模型的使用将转炉炼钢过程中的人为干扰因素降到最小，只要原材料条件稳定，转炉吹炼就稳定，使转炉吹炼过程趋于模式化。炼钢厂投产以来，随着副枪和动静态控制系统作用的日益发挥，转炉吹炼过程更加稳定。

4.2 副枪卷扬平台动态性能优化

副枪在实际运行过程中，在运行至测量位时往往出现较大幅度的晃动，从而使副枪定位不准，不能及时下枪进行测温定氧，并且在这种强烈的惯性冲击下常常使机械连接处松动磨损，形成比较大的设备隐患，同时也加重了设备维护的强度，属于副枪设计中的一个较大缺陷，针对现状，将副枪旋转电机的速度控制曲线进行修改，并且编写程序，将副枪在高低速切换点之后的停止速度降低，从而使副枪能平滑缓慢地停止，在这个速度下降的过程中，也消耗了大部分的惯性使能，使得卷扬平台能很好地停止，不至于出现大幅度的晃动。主要优化旋转电机速度控制曲线。优化后的旋转电机速度曲线如图2所示：

图2 优化后的旋转电机速度曲线

5 结语

一炼钢厂实施转炉副枪自动炼钢工作刚刚开始几个月，在改善吹炼稳定性、减少补吹炉数、缩短转炉冶炼周期、提高劳动生产率、改善炼钢工作环境等方面取得了令人满意的初步成果。然而，这项工作毕竟还处于起步阶段，尽管我们在原料条件、操作模式、计算机模型系统环境等方面顺应副枪自动化炼钢工艺的客观要求，对于基础工作进行了规范和完善，但是在副枪稳定应用、保证现场副枪机械限位稳定、排料闸门正常运行、生产数据的来源和可靠性方面还需要继续做工作，才能形成完整的、符合新一炼钢厂实际的数据体系和操作管理经验，使副枪自动炼钢系统的运行更加精确，在科学指导生产、提高转炉操作指标、降低生产成本、创造经济效益等方面发挥更大的作用。

参考文献

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作者简介：张太（1972—），男，河北邯郸人，河北钢铁集团邯钢一炼钢厂工程师，研究方向：电气管理。

转炉炼钢挡渣工艺的应用及效益 篇5

随着用户对钢材质量要求的日益提高, 需要不断提高钢水质量, 减少转炉出钢时的下渣量是改善钢水质量的一个重要手段。在转炉炼钢生产中, 炉内冶炼时会产生大量熔融状态的炉渣, 这些炉渣会随着转炉的出钢流入钢包中, 造成以下不利影响:影响钢包和转炉出钢口耐火材料的寿命;炉渣中硫、磷等有害成分重新渗透到钢水中, 影响钢坯质量;增加炉后铁合金的消耗;增加钢中夹杂物, 降低钢水质量;增加后续工序中合成渣的用量;增加后步精炼工序处理时间。因此转炉出钢时, 要采用挡渣出钢工艺严格控制转炉的下渣量 (即随钢水流入钢包中的渣量) 。

2 挡渣工艺和挡渣设备的选择

2.1 挡渣出钢的必要性

转炉炼钢中, 钢水的合金化大都在钢包中进行, 而转炉内的高氧化性渣流入钢包会导致钢液与钢渣发生氧化反应, 造成合金元素收得率降低, 并使钢水产生回磷和夹杂物增多。同时, 炉渣也对钢包内衬产生侵蚀, 特别在钢水进行吹氩等精炼处理时, 要求钢包中炉渣Fe O重量低于2%时才有利于提高精炼效果。

挡渣出钢是在转炉冶炼终点要求少渣或无渣出钢, 其目的是有利于准确控制钢水成分, 有效地减少回磷, 提高合金元素的收得率, 减少合金消耗;对于采用钢包作为炉外精炼容器来说, 利于降低钢包耐火材料侵蚀, 明显地提高钢包寿命;也提高转炉出钢口耐火材料的寿命, 减少后续工序中合成渣的用量, 缩短后步精炼工序处理时间, 因此转炉应该采用挡渣出钢。

2.2 挡渣方法的选择

为提高转炉挡渣效果, 国内外在挡渣技术方面进行了深入研究, 自1970年日本发明挡渣球挡渣出钢以来, 各国为完善挡渣技术, 发明了十几种挡渣方法。挡渣出钢的方法有: (1) 出钢前期挡渣; (2) 出钢中、后期挡渣; (3) 出钢后期挡渣; (4) 出钢后挡渣。

出钢前期挡渣的方法有: (1) 挡渣帽挡渣; (2) 挡渣料法。

出钢中、后期挡渣的方法有: (1) 投放挡渣球挡渣; (2) 投放挡渣锥挡渣; (3) 投放挡渣塞 (棒、标) 挡渣; (4) 智能挡渣球挡渣; (5) 出钢口吹气干扰涡流法挡渣; (6) 避渣罩法挡渣; (7) 电磁法挡渣; (8) 均流出钢口法挡渣。

出钢后期挡渣的方法有: (1) 气动挡渣; (2) 滑板法挡渣 (也称液压挡渣闸) 。

出钢后挡渣有:挡渣罐挡渣法。

另外, 还有一些挡渣方法, 如:三孔出钢法、真空吸渣法、气动撇渣法、扒渣法等, 未能广泛应用。

目前常用的挡渣出钢法是 (1) 耐材制品挡渣; (2) 气动挡渣; (3) 液压挡渣闸挡渣。

气动挡渣是80年代中期奥钢联开发成功的。它采用电子示渣器对钢流监测, 并根据检测信号用气动装置将耐火材料塞子封堵出钢口。挡渣设备处于炉口极为恶劣的高温状态下, 易于损坏, 不便维修, 价格昂贵, 以及气源、管线在炉身、耳轴中布置不便, 不能适应老炉改造等原因的局限, 在国内未能推广使用。

传统的挡渣工艺, 是采用投放挡渣球挡出钢。挡渣球通常采用铁丝吊挂伸入炉内, 在高温下铁丝熔断, 使球落入炉内, 或者采用简单机械让挡渣球在溜槽内滑动, 抛入炉内。由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口, 而往往由于钢渣粘性大, 挡渣球不能到达出钢口, 或者不能有效地在钢水将流尽时堵住出钢口, 因而挡渣球挡渣出钢通常有效率低于70%由于挡渣球挡渣出钢的低效率, 国内一些厂家也试图从改进挡渣球的形状等方面入手, 提高挡渣效果。但由于挡渣工艺、挡渣设备、挡渣工艺材料的的一体化解决方案的问题, 始终效果不尽人意。

1987年Michael D.Labate总结了西德挡渣棒在美国的使用的经验, 发明了具有挡渣和抑制涡流双重功能挡渣塞。在转炉出钢后期, 将挡渣棒导向棒部分在炉内插入出钢口, 半球部分悬浮于钢水与渣液界面上;当钢水流将尽时, 半球挡渣棒适时堵住出钢口, 从而防止渣液流入钢水包。这项新工艺显著地降低了钢水中硫、磷的含量, 提高了产品的质量, 同时降低了能耗, 减少了钢水的温度损失, 增加了操作的安全性。该装置呈陀螺形, 粗端有3个凹槽、6个棱角, 能够破坏钢水涡流, 减少卷渣。其比重与挡渣球相近, 在4.4~4.7g/m3之间, 能浮于钢渣界面, 伴随出钢过程, 逐渐堵住出钢口, 实现抑制涡流和挡渣的作用。该法挡渣成功率可达96%左右。

2000年以后, 卢森堡、德国、日本等国家钢铁企业在转炉上用大型钢包滑动水口挡渣, 与一些示渣法相结合, 可以有效地控制下渣量, 并能准确控制出钢时间。这种方法挡渣效果好, 但其成本较高。同时, 由于出钢口所在的特定位置, 使得安装与拆卸均不方便, 且易受吹炼期间喷溅的影响。该装置设备复杂、成本较高, 只适用于120t以上的大转炉, 并冶炼高品种钢。

以下是挡渣球挡渣、气动挡渣、挡渣塞挡渣、液压挡渣闸挡渣的比较:

根据天津天钢联合钢铁有限公司转炉容量和冶炼钢种要求以及现有转炉使用挡渣出钢的实践, 我们在即将投入的三座120t转炉中选用前期挡渣帽加中、后期投放挡渣塞方法进行挡渣。

2.3 挡渣设备的选择

前期挡渣通常采用人工将挡渣帽塞入出钢口。

中、后期挡渣通常采用挡渣塞投放装置投放挡渣塞。

挡渣塞投放装置从安装形式上分地面轨道型和空中悬挂型, 地面轨道型是安装在炉后平台的轨道上, 空中悬挂型是吊在炉后平台的上一层钢平台下。

两种形式各有优、缺点:

2.3.1地面轨道型占用炉后平台靠后侧的一定空间, 空中悬挂型虽不占用地面空间, 但是悬挂在炉后平台上方, 影响上部通行空间。

2.3.2 地面轨道型设备重量轻, 炉后平台不需要任何改造;而空中悬挂型则重量重, 则需对上层平台进行加固改造, 否则无法使用。

2.3.3 地面轨道型安装、调试、使用、调整、检修和维护均在地面完成, 非常方便简捷, 安全可靠。尤其在调整、检修方面, 地面轨道型无论在是否停炉的状况均可进行, 但空中悬挂型则需在停炉条件下进行, 否则炉后空中恶劣环境 (高煤气、高温) 对检修人员是个危险。

2.3.4 在设备定位精度方面, 地面轨道型采用全刚性联接机构, 整个设备是一个刚性体, 而且在三维方向均可调整并精确定位。而空中悬挂型由于前端为链条联接, 卷扬机传动, 整个设备前端是柔性的, 无法达到高定位精度的要求。

2.3.5 在极端事故处理能力方面, 地面轨道型强于空中悬挂型。例如在停电或电机缺相情况下 (此时悬臂杆在炉内) 地面轨道型地面轨道型完全能够在地面通过操作解决问题, 而空中悬挂型则无法解决。

2.3.6 从夹持挡渣棒的位置方面, 地面轨道型在炉后平台后端侧面安装夹持, 而悬挂型则必须在炉口安装, 这对夹棒操作人员的安全造成威胁。

2.3.7 地面轨道型为机电仪一体化设备, 与工厂的交接只有一处, 只需工厂提供动力电源、气源即可。而悬挂型则涉及上层平台负荷设计, 操作台的安放及动力线、气源的布置, 涉及面较广, 检修维护困难。

2.3.8在投放原理上两者有本质的区别:地面轨道型是通过机械手将挡渣棒插入出钢口后释放, 而悬挂型则是在出钢口的上方释放, 将挡渣棒自由落体掉到出钢口, 两者在实践过程中命中率有较大差别。

马钢一炼钢1#转炉安装了悬挂型挡渣塞投放装置, 由于无法连续正常运行, 命中率不高。因此2#、3#转炉选用地面轨道型挡渣塞投放装置。

综上所述, 设计决定选用地面轨道型挡渣塞投放装置。

3 地面轨道型挡渣装置的性能特点

3.1 挡渣的准确性

挡渣塞准确、定点插入出钢口是实现预期挡渣效果的保证。挡渣塞由于带一个导向棒的结构, 转炉摇炉出钢时, Φ140mm直径的出钢口浸淹在钢水之下, 投放挡渣塞时, 导向棒能否准确地插入出钢口中对其挡渣效率影响较大。

转炉每80~200炉更换出钢口, 出钢口具体位置随更换出钢口而变化, 但在炉役期内变化不大。我们采用以下三项措施以确保挡渣塞的导向棒能准确地插入出钢口。

3.1.1 利用高控制精度的接近开关可以在三维方向进行调整并且精确定位, 保证投放点随出钢口位置变化而变化;

3.1.2 采用独立的车载液压系统, 能够准确地控制各动作;

3.1.3 采取具有“二次定位”功能液压锁紧装置将行走小车与旋转平台锁紧连成一体, 防止机构运行中的动作偏移, 保证运行位置的重复性。

3.2 挡渣塞投放装置的安全、可靠性

挡渣塞投放车设计上在机械、电控、软件方面采取了有效的措施。

挡渣塞投放车在转炉一个冶炼周期内工作时间极短, 其在待投位置到投放结束返回原始位置, 不到1min。

挡渣塞投放车悬臂杆采用了独立的空气冷却系统, 避免了机构动作时冷却空气流量自动降低, 造成主要组成部件易损和工作不可靠的缺陷。

挡渣塞投放车软件方面考虑系统的多路保护控制。从目前使用厂家看, 至今无任何故障发生。

挡渣塞投放车针对转炉出钢时工作环境恶劣, 挡渣塞投放车在一个极短工作时间内有可能出现极端的情况, 在设计上考虑了严格的人身和设备安全措施。

3.3 挡渣棒投放装置的易用性

在操作方式上设计了车上载人程序自动操作和手动操作两种方式, 机旁程序自动操作方式, 共三种操作方式。挡渣棒投放车机械易损件、易耗件少, 电气元件全部采用国外著名厂、商产品。调整简单, 转炉更换出钢口后, 操作工可根据新出钢口位置在车后作定点调整。

4 挡渣出钢的效益分析

天津天钢联合钢铁有限公司在即将投入的三座120t转炉设计上采用新型挡渣工艺, 对于提高钢包寿命、延长炉龄有着可观的经济效益。

4.1 减少了钢包中的炉渣量和钢水回磷量。

国内外生产厂家的使用结果表明, 挡渣出钢后, 进入钢包的炉渣量减少, 钢水回磷量降低。不挡渣出钢时, 炉渣进入钢包的渣层厚度一般为100~140mm, 钢水回磷量0.004%~0.006%;采用挡渣出钢后, 进入钢包的渣层厚度减少为40~80mm, 钢水回磷量0.002%~0.0034%。

按未使用该工艺废品率平均 (P含量过高) 每月2炉计算:FI=120×2×12×500=144 (万元)

4.2 提高了合金收得率。

挡渣出钢, 使高氧化性炉渣进入钢包的数量减少, 从而使加入的合金在钢包中的氧化损失降低。特别是对于中、低碳钢种, 合金收得率将大大提高。不挡渣出钢时, 锰的收得率为80~84%, 硅的收得率为70%~80%;采用挡渣出钢后, 锰的收得率为84~90%, 硅的收得率为80%~90%。

采用挡渣出钢工艺, 吨钢可节约合金消耗约1kg/t, 合金按7000元/t, 年产钢水按300万t/a计算:F2=300×0.001×7000=2100 (万元)

Fe-Si75 7400元/t Mn68Si18 8300元/t高碳Fe-Mn 7000元/t

4.3 降低了钢水中的夹杂物含量。

钢水中的夹杂物, 大多来自脱氧产物, 特别是对于转炉炼钢在钢包中进行合金化操作时更是如此。攀钢对钢包渣中TFe量与夹杂废品情状进行了调查, 其结果是:不挡渣出钢时, 钢包渣中W (TFe) 为14.4%, 经吹氩处理后渣中W (TFe) 为2.6%, 这说明渣中11.9%的W (TFe将合金元素氧化生成了大量氧化物夹杂, 使废品率达2.3%。采用挡渣出钢后, 钢包中加入覆盖渣的W (TFe) 为3.61, 吹氩处理后渣中W (TFe) 为4.01, 基本无多大的变化, 其废品率仅为0.049%。由此可见, 防止高氧化性炉渣进入包内, 可有效地减少钢水中的合金元素氧化, 降低了钢水中的夹杂物含量。

4.4 提高了钢包使用寿命。

目前我国的钢包内衬多采用黏土砖和铝镁材料, 由于转炉终渣的高碱度和高氧化性, 将侵蚀钢包内衬, 钢包使用使命降低。采用挡渣出钢后, 减少了炉渣进入钢包的数量, 同时还加入了低氧化性、低碱度的覆盖渣, 这样减少了炉渣对钢包的侵蚀, 提高了钢包使用寿命。

由于采用了新型的挡渣工艺, 可提高钢包寿命5%, 更换一次钢包需耐材20t, 3800元/t, 浇注料12t, 每吨1300元/t, 钢包寿命按80炉, 年产钢水按300万t/a, 可节约耐材费用计算如下:

4.5 经济效益

按此计算, 全年可节约2387.125万元。

炼钢转炉倾动控制方案 篇6

本系统采用5台变频器，4(1号～4号)用1(5号)备。其中5号变频器没有连接编码器。5台变频器中的1号和2号既可以为主也可以为从，主变频器有速度环和电流环控制，从变频器只有电流环控制。1号和2号的主从切换通过画面上的选择开关实现;装置的切除与备用也由画面上的选择开关实现。此外，在紧急情况下，系统还能实现3台电机运行。

此方案的优点：由于1号和2号装置都连接有编码器，因此无论哪一台装置做主，系统总能实现双闭环控制，从而保证了控制系统的精度及可靠性。主从选择、切除/备用选择、电机选择都可以再画面上实现，传动柜上只需要操作一下双电源切换开关，操作非常简单。4台变频器中任何一台有故障，都可以由5号代替，同时不改变系统控制方式(双闭环，主从控制);4台电机中任何一台有故障，紧急情况下还可以3台电机运行，控制方式十分灵活。

2 传动控制

PLC系统采用Profibus—DP协议与5台变频器相连，5台变频器之间则通过SIMOLINK光纤电缆相连构成环网。SIMOLINK环网中每台变频器有主从功能，SIMOLINK环网中主站可以接收和发送报文，并且可读写其所含信息,从站只能接收电报，不可能去处理其中所含的信息。SIMOLINK通讯网卡24 V电源由PLC柜内不间断电源供电。这样，即使本柜变频器在备用状态不工作也不影响SIMOLINK环网通讯。

在传动装置上设定“主———从”方式，确定主传动装置，通过脉冲编码器引入速度反馈信号，设置公用的速度调节器，将主传动的电流调节器的输入信号同时输出到三台从装置的电流调节器中，由于电流调节器的输入信号是相同的，其输出也相同，故4台电动机可保证在等同的负荷下运行，从而保证了运转设备的平稳性和负荷的均衡性。

5台装置与PLC之间通过PROFIBUS—DP网连接，每台装置通过网络接受启停命令、主从指令和速度给定，并将设备的运行状态传送给PLC;5台装置通过SIMOLINK光纤网连接成一个环形结构，实现“一主三从”的控制思想，完成主/从设备之间的数据通讯。

1号和2号装置的主从切换由PLC发送过来的控制字2实现;电流环给定由参数P500接入，1号装置接收2号装置的给定，2号装置接收1号装置的给定。3#、4#和5#装置不再切换主从，只根据PLC发送过来的1#和2#装置的主从状态在SIMOLINK环网上选择给定的源。

3 抱闸控制

这里抱闸控制指的是抱闸的松闸时间控制,因为转炉倾动什么时候松闸很重要，松闸时间太早，而装置力矩还没有建立起来时就会出现转炉溜炉的可能，那将导致非常严重的事故。因此松闸的时间由装置和PLC共同参与控制，在装置内部进行力矩判断，只有在力矩建立起来的情况下才允许松闸;PLC程序中对装置的工作状态、电源合闸状态、主令控制器是否在零位等诸多条件进行判断。在系统停止后转速下降至一定的数值时抱紧。同时通过延时控制，避免了出钢过程中，从正向到反向的主令过零位时的抱闸误动作，大大提高了系统的快速响应性和可靠性。

图一是抱闸与电流、转速的关系。曲线1是电机转速，曲线2是电机电流，曲线3是抱闸状态，曲线4是转速给定。从曲线上我们可以看出，转速给定发出后，只有在电机电流达到一定值时，抱闸才打开。而转速给定降为零后，当电机实际转速降到一定值时，抱闸立刻夹紧。

4 PLC控制

PLC主要任务包括：操作台的选择;速度给定的处理;与装置的通讯处理;装置主从选择及备用装置的投入与切除;装置启停控制;抱闸控制;倾动相关电气联锁;故障状态报警及电流、力矩等数据采集。

为了增加系统的快速响应能力，倾动系统在就绪(选台)时，就由PLC向变频器发出运行指令，此时变频器将在电机中建立磁场。

5 常见故障处理

由于传动装置可以将现在发生的故障及故障信息通过DP网发给PLC，因此在故障发生的第一时间，操作工就能通过画面了解到这些信息，并做出相应的处理。

故障的处理分为轻故障和重故障两种方式。对于不影响安全生产的轻故障，可以选择在操作台上通过按钮进行复位或者在画面上进行复位，然后继续运行。对于有可能影响安全生产的重故障，则需要将该装置脱离生产，操作工可以在画面上选择切除故障设备。如有需要可将备用装置投入，同时将发生故障装置的输出侧双电源转换开关转到备用装置侧。发生故障装置会被PLC断开进线交流接触器，封锁启停，从而与运行设备完全脱离。

此种控制方式实现了多台装置控制同轴设备时的同步性和可靠性，操作简便，能及时应对突发故障，保证生产的连续性，便于设备维护。

摘要：主要介绍了某炼钢厂转炉倾动系统的控制方案,此方案在该炼钢厂已经运行多年且状态良好。

转炉炼钢自动控制系统 篇7

转炉炼钢自动控制系统主要由四大部分组成:现场控制设备, 即现场电气、仪表设备的控制与检测;基础自动化系统, 即生产过程的监控和联锁控制以及远程I/O控制;过程控制计算机系统, 即过程控制、过程优化、数模计算、实绩收集处理;生产管理计算机系统, 即生产计划的编制与调整。现代转炉控制系统自动化程度越来越高, 基础自动化的系统配置主要包括PLC、DCS、现场总线远程I/O、HMI等硬件。

1 自动控制过程

转炉炼钢自动化控制基本流程就是通过完善的控制软件, 应用计算机通信、优化的静态模型和动态模型、顶底复吹、快速复枪测试和溅渣补炉技术, 实现转炉炼钢从吹炼条件、吹炼过程控制, 直至终点前动态预测和调整, 吹制设定的终点目标自动提枪的全程计算机控制, 实现转炉炼钢终点成分和温度达到双命中, 做到快速出钢, 提高钢水质量, 提高劳动生产率, 降低成本。

2 转炉氧枪系统控制

转炉氧枪系统主要由氧枪供氧、氧枪冷却水、氧枪氮封阀、氧枪升降位置控制和主备枪换枪的横移控制等系统组成。

2.1 转炉氧枪控制水系统

氧枪供水系统主要功能是对氧枪进水或者出水的压力与流量进行检测, 氧枪出现轻度漏水时预警提示;氧枪漏水重度报警并对漏水事故进行处理, 事故处理完毕后下达恢复生产命令;氧枪冷却水、回水压力低于报警设定值, 氧枪出水温度检测高于报警设定值, 氧枪冷却水进入水流量差高于报警设定值时, 进行报警显示。

2.2 转炉氧枪供氧系统

各信号参数传送至PLC, 通过程序调节阀的开度、氧枪的升降等。以氧压调节为例, 氧压一次调节, 是将阀后氧压力信号经压力变送器送至PLC, 通过程序PI模拟调节器来调节阀的开度, 使阀后压力稳定在工艺要求的范围内。为降低在开吹时阀门开度突然开大造成的扰动, 程序中要设计无干扰切换控制。

氧气流量控制是对流量调节阀的开度实施PID调节。氧流量检测通常采用孔板和差压变送器。

2.3 氧枪位置控制系统

氧枪位置控制系统把速度控制电压分成200单位控制增量, 对应相应的输出电压, 200对应最大输出电压+/-10V, 理论情况下, 增量为0控制输出为0V, 整个控制曲线为11级, 其数据分组存于特定的数据区内。在控制距离1.5m外, 给定最大速度, 进入控制距离则按曲线减速停车。

3 转炉底吹系统控制

底吹方案确定后, 转炉吹炼周期内, 底吹系统会按照固定的自动步骤执行, 如图1所示。

4 转炉自动炼钢控制系统实现过程

转炉的吹炼顺序控制分成15个阶段。在主操作HMI上有个吹炼顺序控制菜单, 将这15个阶段按功能设计成纯监视的和既带监视又可控制的两种类型, 供操作工监控吹炼顺序控制的全过程。控制过程:

(1) 熔剂预处理。转炉吹炼模式确认后, 如果有零阶段料, 则PLC控制系统开始自动称料, 自动添加完成零阶段称重过程;如果吹炼模式中没有添加零阶段料的要求, PLC控制系统收到模式确认的信号后, 自接生成“零阶段称重结束”信号, 产生“熔剂处理已完成”信号。

(2) 转炉添加开始。进入“转炉添加开始”阶段后, PLC控制系统发送风机升速命令。

(3) 废钢添加完成。岗位操作人员确认现场已完成向转炉中添加废钢的工作后, 在HMI上点击“废钢添加完成”键, 顺控进入下一阶段。

(4) 铁水添加完成。岗位操作人员确认现场已完成向转炉中兑铁水的工作后, 在HMI上按下“铁水添加完成”键。

(5) 转炉添加完成。当系统正常完成“转炉添加开始”、“废钢添加完成”和“铁水添加完成”这3个阶段后, “转炉添加完成”阶段即实现。当实现“转炉添加完成”后, “转炉添加”开始指令将被屏蔽。

(6) 吹炼开始。在转炉添加阶段完成后, PLC控制系统处于吹炼准备状态, 氧气系统正常, 由操作工确认执行吹炼。

(7) 点火。当氧枪到达指定高度并且氧气阀已经打开后, HMI上弹出“点火”按钮, 岗位操作人员在规定时间内按“点火”按钮启动氧量时钟, 进而启动整个炼钢进程。在吹炼后期, 当吹氧量接近进行副枪测量的设定值时, 系统自动进行降氧、抬升氧枪位操作, 信号发送给PLC控制系统, 自动进人动态炼钢进程。

(8) 吹炼停止。在氧量时钟达到系统动态修正后的总氧量值时, 系统自动提枪, 当氧枪到达工作停放位后, 将会产生“吹炼停止”信号。

(9) 吹炼结束。有“出钢开始”和“吹炼停止”信号, 则生成“吹炼结束”信号。

(10) 出钢开始。当转炉开始出钢, 并且角度编码器检测到转炉已转至出钢位时, 在PLC控制系统中生成“出钢开始”信号。

(11) 出钢结束。在出钢结束, 转炉转回零位后, PLC控制系统生成“出钢结束”信号。

(12) 溅渣护炉。在出钢结束后, 如果需要进行溅渣护炉, 则岗位操作人员将转炉工作模式从吹炼方式切换到维护方式, 溅渣系统处于准备状态后, 即可进行溅渣护炉。溅渣护炉的控制过程类似转炉顺控, 也分手动和自动两种。在自动方式下, 由PLC实现自动下枪、自动开氮、自动提枪、自动关氮以及紧急提枪和紧急关氮等控制。

(13) 出渣开始。当转炉开始出渣, 并且角度编码器检测到转炉已转至出渣位时, 在PLC控制系统生成“出渣开始”信号。

(14) 出渣结束。在出渣结束, 转炉转回零位后, PLC控制系统生成“出渣结束”信号。

(15) 炉次结束。在出渣事件已产生, 并且“出渣结束”已生成的情况下, 产生“炉次结束”信号。

参考文献

[1]叶国英, 方康玲, 罗蔚.转炉氧枪倾动自动化改造[J].电工技术, 2009, (05)

[2]徐长锐, 李宁.转炉煤气回收自动化控制系统的应用[J].中国仪器仪表, 2009, (07)

[3]王喆, 何俊正, 李瑞波.炼钢转炉自动化控制系统研究[J].冶金动力, 2009, (04)

转炉炼钢厂房屋面系统设计 篇8

近几年我国钢铁行业蓬勃发展,许多大型钢铁联合企业不断涌现。截至2009年年底全国粗钢产量5.678 4亿t,其中转炉炼钢占全国钢产量的91.5%左右。转炉炼钢以其效率高、能耗低、与后续工序易匹配等优点成为我国炼钢工业的主要冶炼形式。我院近些年承揽的炼钢车间由30 t～150 t转炉炼钢近百座。在转炉炼钢车间设计中,屋面系统在厂房结构体系中有着非常重要的地位,其安全度在厂房结构中是较低的,易出现事故,因此屋面系统设计合理与否显得尤为重要。结合多年来我院炼钢厂房屋面系统设计的情况,浅谈转炉炼钢厂房屋面系统设计的思路及特点。

1.1 炼钢厂房的特点

炼钢厂房有如下特点:1)吊车多为A7级的大吨位吊车;2)屋面积灰荷载较大;3)屋面各专业管道荷载多,并且荷载较大,通风专业的屋面管道直径多为1.5 m～2.5 m,荷载也多达100 kN/支架～300 kN/支架,且有纵横向水平力;4)局部与高层框架连接处屋架上设置钢平台且顶层框架柱立于屋架上,单支点荷载约800 kN;5)屋面檐口标高较高,导致屋面风载较大;6)屋面检修电葫芦较大(起重量30 kN～100 kN)。以上各种特点使炼钢车间屋面系统荷载多,并且荷载较重,导致整个屋面受力系统结构较为复杂。

1.2 某炼钢车间屋面工程简介

本例中炼钢车间主厂房由加料跨、转炉跨、钢水接受跨、浇铸跨、过渡跨、出坯跨组成。厂房为多跨钢排架结构,其中转炉跨中部分为多层钢框架结构。

加料跨跨度为24 m,转炉跨跨度为16 m,两端为钢排架,中间为钢框架。钢水接受跨跨度为27 m,浇铸跨跨度为30 m,过渡跨跨度为21 m,出坯跨跨度为30 m。为了简化施工工序,甲方要求设计中使用轧制H型钢,而不采用常规的角钢焊接屋架。

2 屋面结构设计方案

本工程采用有檩屋面。有檩体系特点为构件重量轻、用料省、运输安装较轻便但其屋面构件数量较多、构造较为复杂、屋面的横向整体刚度较差。

2.1 屋架形式的确定

屋架形式的选择与屋面坡度、天窗形式、与柱子的连接方式、经济指标以及运输和施工等因素有关。本工程屋面坡度为1/15,天窗为横向天窗,且为单坡屋架,故采用平行弦桁架,其节点和杆件较为统一,施工方便。

2.2 檩条形式的确定

本工程屋架间距分别为9 m,12 m。本工程采用型钢加隅撑方案。此方案能够使屋架下弦平面外计算长度减小,还可兼作檩条中间支点,减小檩条跨度。构造简单,制作方便,油漆、维护方便。

3 设计要点和计算方法

3.1 支撑的布置

支撑的布置必须根据厂房的柱网布置、厂房的跨度和高度、屋面材料、屋面结构形式、屋架间距、吊车起重量及其工作制、有无悬挂起重设备或其他振动设备、地震设防烈度等具体情况综合考虑。

3.1.1 屋架横向支撑

屋架横向支撑的功能是传递山墙风载或纵向地震作用、在传力平面内增加屋面结构的刚度以及保证屋架上弦在平面外的稳定性。本工程中间长72 m的这个温度区间内将横向支撑设置在两端,车间一端为120 m的这个温度区间内除将横向支撑设置在两端外,在中间部位处增设一道横向支撑。

3.1.2 屋架纵向支撑

屋架纵向支撑应设在传递排架横梁支座反力的平面内,与横向支撑组成封闭型的支撑框架,以增强厂房骨架的空间刚度。屋架纵向支撑一般沿柱列设置在屋架端节间内,对等高厂房一般沿两侧边列柱设置纵向支撑;对重级和特重级工作制厂房,至少每隔一个跨间设置一道纵向支撑;对不等高多跨厂房,可在高低跨分界的中列柱两侧均设纵向支撑,本工程在过渡跨与浇铸跨,转炉跨高层框架部分与钢水接受跨和加料跨三个高差变化处,在每个高度区间两端均设置一道纵向支撑。

3.1.3 屋架垂直支撑及系杆

在设有横向支撑的区间内,均应设置垂直支撑以形成屋面结构的空间稳定体。由于本工程在屋架端部设有托架,可兼作垂直支撑。根据屋架垂直支撑布置原则,因为屋架跨度不大于30 m,所以仅需在跨度中央设置一道垂直支撑。屋架上弦的水平系杆可用檩条代替,屋架下弦的水平系杆当屋架间距不小于10 m时,可用檩条两端设置的隅撑来代替。

3.2 檩条的设计

本工程檩条采用轧制H型钢,设计根据隅撑的设置情况分成以下三种受力模型:1)檩条下未设隅撑,檩条按单跨简支梁计算;2)端跨檩条下设隅撑,其端部的隅撑不能起支承作用,因此檩条按两跨连续梁计算;3)中间檩条下设隅撑,其隅撑可看作檩条的支承点,故檩条按三跨连续梁计算。

檩条一般垂直于屋顶坡面放置,檩条承受双向弯曲其竖向荷载的坡向分力,在计算檩条时应完全计入。檩条下的隅撑垂直于水平面,给檩条提供双向支承,根据檩条的受力简图,分别计算出Mx,My,按以下两个方面进行截面的校核:

1)强度计算:

2)整体稳定:

其中,近似公式为φb=1.07-。

3.3 屋架的设计

屋架的形式在按工艺和建筑要求初步选取后,尚应综合考虑天窗、檩条、屋面支撑、荷载情况以及和柱的连接等因素,最终确定屋架的外形尺寸及其腹杆体系。本工程荷载较大,跨度较大,取屋架高度为(1/10)L。

3.3.1 计算原则

本工程弦杆使用轧制H型钢,其在桁架平面内的杆件截面高度与几何长度之比大于1/10,故应考虑屋架变位后节点刚性所产生的次应力,可将弦杆的计算应力乘1.15的系数来考虑节点次弯矩的影响。屋架中所有杆件的轴线都在同一平面内,并且各杆件的轴线在节点处交于同一点。作用在屋架上的悬挂吊车的竖向荷载不考虑动力系数,其产生的水平荷载计算屋架时不予考虑。

3.3.2 屋架计算的荷载组合

屋架计算的荷载组合与屋架同柱的连接方式有关。本工程采用与柱铰接的形式,荷载组合大部分钢结构设计手册都用,此处不再累述。

3.3.3 杆件截面形式的确定

上、下弦采用H型钢,此种截面平面外刚度好,便于运输和吊装,其截面类型较少,选择有限,故稍显不经济。支座受压斜杆采用长边相连的不等边角钢或等边角钢,以重量最轻为原则。连接垂直支撑的杆件宜采用等边角钢组成的十字形截面。其他腹杆一般采用等边角钢组成的T形截面。

4 节点设计原则和计算

本部分仅对屋架端节点设计进行讨论。

本工程屋架为上承式屋架,屋架跟钢柱的连接采用铰接方式,常用的方式是粗制螺栓加承力支托,但并非真正意义上的铰接,而是塑性铰。它不能承受使上弦处受拉的负弯矩,但能承受正弯矩和一定量值的柱顶剪力。在设计时可通过取消上弦处节点的盖板,并将上弦处竖直端板的厚度采用小些,通常为10 mm～12 mm,这样节点的刚度就受到控制,当上弦节点受到较大的水平拉力时,端板将产生较大变形,屋架与柱即视为铰接连接。

1)端板的厚度tp确定。

tp按公式tp=计算,且不宜小于20 mm。

其中,R为屋架支座垂直反力;bp为屋架支承连接板的宽度,按配置连接螺栓的构造要求确定,常取200 mm;fce为钢材的端面承压强度设计值。

2)屋架上部支承节点处支承连接板与支座节点板的角焊缝。

3)屋架上部支承节点处承受屋架支座垂直反力的支托。

4)粗制螺栓的确定。

5 结语

炼钢车间为重型工业厂房,有着它独特使用和工作环境要求和诸多的不确定因素及不确定荷载。本文只以作者的一个工程实例简要分析了屋面系统的设计原则和想法,有一定的片面性和局限性。

摘要：以某炼钢厂房屋面设计为例,简要介绍了屋面系统设计中的屋架、檩条、支撑等的设计及选择要求和冶金行业炼钢车间屋面系统的特点,以及在特定条件下采用型钢构件设计屋面系统时的注意事项,以期指导屋面系统设计。

转炉炼钢智能控制的措施浅析 篇9

转炉炼钢为钢铁生产重要环节, 通过对冶炼过程的智能化控制, 来保证冶炼钢水的温度与成分满足专业要求。对转炉炼钢现状来看, 受钢水温度与碳含量检测时间要求限制, 再加上冶炼过程边界条件变化频繁, 增大了冶炼生产过程控制的难度。为提高控制效率, 需要结合智能技术来对控制系统进行完善。

1 转炉炼钢技术原理概述

转炉炼钢整个过程本质上就是复杂的高温物理化学反应, 通过脱磷、脱硫、脱碳等处理, 将原料中含有的有害气体与非金属杂物去除, 在高温环境下, 对钢液成分进行调整, 并经过供氧、造渣、搅拌与加合金等阶段达到炼钢目的[1]。整个过程涉及了气体、液体以及固体在钢液、炉渣以及炉气三相间的化学变化。

炼一炉钢首先将废钢装入空炉内, 并向其中加入铁水, 将转炉调整到吹炼位置, 同时要将氧枪调整到炉内废钢与铁水以上预定高度后开始吹氧。然后采取不同批次与数量向其中加入白云石、石灰以及萤石等造渣材料。按照设定的流量与氧枪高度, 对其吹炼到预定时间后进行副枪检测, 并以检测结果为依据, 对达不到预定结果的进行补吹。最后, 达到钢水成分与温度后即可出钢, 并清除熔渣。

2 转炉炼钢智能控制系统分析

转炉炼钢控制系统主要包括人工智能、模式识别、专家系统以及神经网络等技术, 区别于传统控制方式, 通过模拟人脑的方式来对整个炼钢过程进行控制。智能控制系统有效实施的前提是收集数据, 通过对大量数据的计算将结果告知计算机系统, 确定炼钢生产过程各项参数的最佳状态, 包括钢种、温度、吹氧量、溶剂添加量、冷却剂添加量以及出钢时间等[2]。通过反复多次的训练, 计算机系统便可以记住所有参数设定要求, 然后在实际炼钢时, 遇到相似的情况, 计算机系统既可以确定出一个合理的控制方案。这样即可以避免假设因素与实际情况不符, 以及各问题出现需要采取的解决措施, 只需要根据系统给出的控制方案, 便可以得到预计的结果。

3 转炉炼钢智能控制系统设计

3.1 系统结构设计

转炉炼钢智能控制系统主要可以分为三个部分, 即废钢与铁水监视模块、仪表监视控制模块以及电气控制指示模块, 不同模块需要完成的任务不同。第一, 废钢与铁水监视模块。其主要包括设置在天车上的压实称重传感器、ZXD-YC200无线数据采发站、XK3110D配料控制器、监视计算机以及ZXD-YJ200无线接收中心, 要保证不同分项功能的正常运行, 任何一部分出现故障均会影响系统控制效果。第二, 仪表监视控制模块。主要包括质量、流量、温度以及压力等传感器与调节阀, 同时还包括通讯分线箱、仪表PLC、通讯适配器、服务器、备用服务器、煤气回收监控计算机等。第三, 电气控制指示模块。主要包括电气PLC、电气控制指示计算机以及通讯适配器等。其中, 系统内设置的所有计算机统一组成计算机NT网络, 可以满足数据共享需求。

3.2 系统控制策略

(1) 终点控制。转炉炼钢终点控制本质上就是对终点温度与成分的控制, 除了要保证终点含碳量、温度符合设计要求外, 还要将S、P等元素含量控制在允许值内, 并尽量降低钢水含氧量。分为静态控制与动态控制两部分, 采用副枪对吹炼过程温度、取样、钢水碳含量以及溶液池液面高度等进行测量, 将测量结果输入到计算机数据库内。在转炉快达到终点时, 将测量温度与碳含量结果输入到计算机, 并对所测实际数值进行优化。通过专家系统动态模型, 计算出达到目标温度与目标碳含量补吹所需氧气量以及冷却剂加入量。同时将测量的实际值作为初值, 每吹氧3s启动1次动态模型, 并对熔池温度与目标碳含量进行预测, 在数值达到预定范围后, 发出停吹命令。

(2) 控制过程。转炉炼钢主要分为初期、中期与后期三个阶段, 而终点控制主要体现在后期阶段, 由第一次副枪检测结果作为依据, 确定吹氧含量, 同时加入一定量的冷却剂, 将炉内钢水温度与碳含量控制在设计范围内。在后期阶段, 钢水中杂质已经基本上去除干净, 反应过程比较稳定, 钢水温度与碳含量变化也更有规律。其中, 为确保转炉炼钢终点命中目标, 需要在补吹阶段吹入一定量氧气, 并加入适量冷却剂与辅助原料, 如石灰、矿石、混料等。将副枪检测实际信息作为依据, 建立转炉炼钢终点温度与碳含量预报RBF神经网络, 包括7个输入点, 与第一次副枪检测网络结构相同, 其中前6个为补吹氧气量、石灰量、补吹阶段添加铁皮量、混料量、白云石量以及矿石量, 对于终点温度预报神经网络。第7个输入点对应第一次副枪检测钢水温度Tf, 同时以终点碳含量预报神经网络, 第7个输入节点为第一次副枪所检测钢水碳含量Cf, 隐含节点数量为m, 其通过系统训练结果决定, 输出点为1个, 对应终点钢水温度Te或者碳含量C。

另外, 在补吹阶段所需吹氧量, 以及副枪钢水碳含量、目标碳含量等, 均与补吹阶段添加的冷却剂用量有关。在添加时需要同时考虑对氧气量的影响, 来选择冷却剂与辅助原料添加的种类与数量。

4 结束语

转炉炼钢过程中外界条件经常会发生变化, 控制难度较大, 进而会影响炼钢效果。为提高炼钢质量与效率, 必须要在原有控制系统基础上进行分析, 利用计算机技术、自动化技术以及智能技术等进行完善, 提高各项参数的合理性, 降低外界条件变化对炼钢效果的影响, 达到提高转炉炼钢生产综合效益的目的。

摘要：炼钢行业发展迅速, 为满足社会生产需求, 逐渐有更多新型技术被应用到炼钢中, 尤其是信息技术与自动化技术等应用, 可以对传统氧气顶吹转炉炼钢炉前系统进行完善。提高了系统运行自动化效果, 降低了事故发生概率, 通过实时监控与现代化管理, 达到了提高生产综合效率的目的。本文对转炉炼钢智能控制系统进行了简要分析。

关键词：转炉炼钢,智能控制,氧气吹补量

参考文献

[1]陶钧, 柴天佑, 李小平, 郑万, 刘万善, 黎军保.转炉炼钢智能控制方法及应用[J].控制理论与应用, 2001 (S1) :129-133.