RH精炼工艺

RH精炼工艺（共7篇）

RH精炼工艺 篇1

为加快产品结构调整和产业升级,河北钢铁股份有限公司承德分公司(以下简称承钢)150t炼钢及1780热轧卷板钢—轧生产线以SPHE为代表的低碳钢产量不断增加。基于产品的性能要求, SPHE低碳钢既要控制钢中的碳、氮含量,同时也要严格控制钢中的硫含量。

承钢由于具有独特的钒钛资源这一特点,故高炉炉温控制低,铁水硅、钛含量低,硫含量较高。而承钢150t炼钢系统采用单吹颗粒镁进行铁水脱硫,脱硫率低,回硫严重,入提钒转炉铁水硫含量平均0.035%左右。承钢炼钢采用提钒—炼钢双联工艺,特殊的炼钢工艺造成渣系单一、化渣困难,转炉脱硫率低,出钢[S]平均在0.030%左右,因而增加了下道工序——精炼工序的脱硫任务。承钢RH顶枪不具备喷粉脱硫功能,因此决定了承钢生产SPHE低碳钢必须采用RH—LF双联精炼工艺,充分发挥RH对钢水进行脱碳、LF对钢水进行脱硫的精炼功能。

1 SPHE成分控制要求与承钢低碳钢生产工艺流程

1.1 SPHE成分控制要求

承钢SPHE成分控制要求见表1。

%

1.2 承钢低碳钢生产工艺流程

承钢低碳钢生产工艺流程如下:

高炉铁水—铁水脱硫—铁水提钒—半钢炼钢—RH脱碳—LF脱硫—CC板坯连铸—轧钢—卷取。

2 RH脱碳、LF脱硫工艺控制

2.1 RH真空脱碳

2.1.1 真空脱碳热力学

真空处理中脱氧与脱碳是不可分割互为一体的反应。其差别在于真空中脱氧是依靠碳来进行的,而脱碳则是依靠氧来进行的。RH真空脱碳反应式为:

[C]+[O]={CO} (1)

undefined (2)

或undefined (3)

式(3)中KCO与温度的关系为:

undefined (4)

当温度为1 600℃时,式(3)可简化为:

[C][O]=0.0024PCO (5)

式(5)称为Vacher-Hamilton关系式,表达了在不同压力条件下,[C][O]之间的平衡关系,图1显示了这种定量关系。由图1可见,随着气相中一氧化碳分压下降,氧的脱碳能力逐步增大。

RH真空脱碳则是在真空室压力很低、即在高真空状态下进行的。此外,真空脱碳为达到较低含碳量需要较长的处理时间,故真空脱碳更重视动力学条件的改善,以缩短脱碳时间,满足炼钢整体生产节奏的需要。

图2显示了在高真空度下[C][O]之间的关系。由图2可见,当真空度达到100Pa左右、F[O]为250×10-6时,钢中碳可达到0.001%以下。

此外,就超低碳钢冶炼而言,为达到既能高速脱碳,又能确保脱碳终了具有较低的含氧量,以提高产品质量,通常对脱碳初始的热力学条件有较严格的限制,图3显示了三种不同初始条件的脱碳方式。

途径1:表示最理想的原始条件。初始[C]约为0.03%,初始[O]约为600×10-6。在此条件下,通过高真空下的自然脱碳[C]+[O]=CO,最终[C]水平小于约0.002%,而相应的F[O] 约为300×10-6。

途径2:原始氧过高。在此情况下,为使最终含氧量仍能达到较理想的水平,在脱碳之前可用碳或加铝方法,先对钢水进行予脱氧。前者有延长时间及沸腾过于激烈的缺点,故通常采用少量加铝的方法来达到目的。

途径3:原始碳含量过高,氧含量过低。此情况下,可在脱碳过程中,采用顶枪吹氧来加快向溶池供氧。

总之,状态1是真空脱碳最理想的热力学条件。

2.1.2 真空脱碳动力学

脱碳热力学讨论所提出的反应平衡值是一个理想的数值,在实际生产中重要的是要知道反应速度、影响因素及在最短的时间内,达到接近理想的平衡值。

真空脱碳、脱氧与脱氮相同,反应的限制性环节是扩散过程,属一级反应,故脱碳速度仍可用下式表达:

undefined (6)

就脱碳而言,式(6)中:

undefined——脱碳速度;

D——扩散系数;

δ——相界面厚度;

A——反应界面积;

V——钢液体积;

C——原始浓度;

Ct——t时刻浓度;

Ce——平衡浓度;

t——处理时间。

如令式(6)中的D×A/(δ×V)=KC,KC称为反应速度常数,则式(6)可写成:

undefined (7)

积分后可得:

undefined (8)

在压力较低、真空度较高的情况下,式(8)中[C]e较小可忽略,则式(8)可简化为:

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或写成:

[C]t=[C]o·exp(-Kc·t) (10)

式(10)是常用的脱碳速度表达式。

由式(6)可见,动力学因素对脱碳反应的影响是:

(1) 反应速度常数KC越大,则反应越快。

(2) A/V越大,即几何形状越有利,则反应越快;

(3) [C]t与[C]e的差值越大,反应的推动力越大,则反应越快。

钢液环流速度及真空度下降速度对式9中KC脱碳常数有极为重要的影响。大量研究实践表明,采用大环流速度及高真空度可明显提高脱碳速度。

综合脱碳动力学和热力学条件,为满足生产和工艺要求,承钢150t炼钢系统RH处理前排气系统开始予抽真空至10kPa左右,而后根据测温定氧结果,确定其后脱碳遵循途径,如图3所示采用1或2或3。一般情况下是采用途径1,即自然循环脱碳,此时真空度达到100Pa以下,增大环流气体流量从60m3/h到96m3/h,从而增大环流速度,提高脱碳效率。如若原始碳过高、大于0.06%,原始氧过低、小于0.03%,在此情况下须首先用顶枪吹氧进行强制脱碳,当氧达到某一最佳值后即停止吹氧,继续进行自然脱碳。脱碳结束后,钢中的碳达到规定的目标值,而F[O]为0.02%～0.03%,此时从铝料斗加入适量铝进行脱氧并去除脱氧产物,净化钢水,为LF精炼奠定良好的基础。

2.2 LF脱硫

2.2.1 脱硫热力学条件

CaO + S=CaS+O (11)

K = a(CaS)·a[O]/ a[S]·a(CaO)

根据上式可以确定有效脱硫的热力学条件是:低氧势、高CaO活度、流动性较好、足够的渣量和足够的精炼时间。

2.2.2 脱硫影响因素

(1) 炉渣氧化性。

做好转炉出钢的挡渣以及炉渣改质,尽可能地减少转炉渣进入钢包既是RH真空精炼钢水的前提,也是发挥LF精炼作用的基本要求,这一点已引起各钢厂的高度重视。炉渣氧化性取决于(FeO)和(MnO)的含量。(FeO)含量对脱硫有双重影响:(FeO)含量提高,炉渣的流动性变好,有利于脱硫;但(FeO)和(MnO)含量的提高,使氧浓度增加,不利于脱硫。渣中FeO和MnO的含量小于1.0%时,脱氧较彻底。因此,炉渣氧化性的控制原则是:在保证炉渣流动性的前提下,降低渣中FeO和MnO的含量使之小于1.0%,以利于脱硫反应的顺利进行。

(2) 炉渣中CaO的活度。

随着CaO的加入炉渣碱度升高,脱硫能力增强。当碱度达到一定值时,随着炉渣碱度增大,渣中CaO含量升高,炉渣粘度增大,渣钢界面硫扩散成为限制环节,使炉渣脱硫的动力学条件变差,再继续提高炉渣碱度,脱硫率反而下降。因此,在保证炉渣流动性的前提下,提高炉渣中CaO的活度有利于脱硫反应。

(3) 精炼时间。

LF 炉处理初期,炉渣流动性偏差,脱硫能力弱。随着炉渣、钢水温度的升高,加入的石灰等渣料熔化,炉渣碱度升高,脱硫能力增强。LF 炉处理后期,炉渣中硫容量虽趋于饱和,但炉渣流动性好,钢水温度高,仍具有较好的脱硫效果。理论上讲,精炼时间越长,脱硫反应越彻底,但钢水增碳会增加。实际生产中,LF炉的精炼时间必须遵循正常的生产节奏,因此LF精炼必须快速造白渣,保持白渣时间,提高脱硫效率。

(4) 吹氩强度。

吹氩操作是整个LF炉处理过程的生命线,LF炉钢包吹氩有利于钢包内夹杂碰撞上浮、扩大渣—钢接触面积,加速反应物质的传递过程,提高反应速率,有利于脱硫。如果钢包透气性不好,吹氩量偏小,则达不到要求的吹氩效果,脱硫效率低。但如果吹氩量过大,则钢液裸露面积偏大,造成钢水二次氧化,导致钢水中细小Al2O3夹杂增加,恶化钢水质量。综上考虑,吹氩量控制在钢液面裸漏ϕ200mm左右为最佳,既满足钢水脱硫的动力学要求,又能减少钢水的二次氧化。

综上所述,进入LF工序的钢水,在满足生产节奏的前提下,应控制好LF精炼各阶段的氩气流量,快速造白渣,保证合适的炉渣碱度和粘度,保持白渣时间,从而提高LF炉脱硫效率,确保SPHE低碳钢出站的硫含量控制在0.005%以下。

在LF炉深脱硫的前提下也要控制好精炼过程的增碳和增氮。减少电极增碳的主要手段是控制合理的加热时间和升温幅度,少用或不用含碳的造渣原料,使LF炉精炼过程增碳量控制在50×10-6范围内。LF精炼过程中增氮主要因素为电极加热过程电离空气引起的增氮。在精炼期由于钢中表面活性元素氧、硫的降低,加上电弧的作用,使钢液易于吸氮。钢水吸氮遵循西华特定律,影响钢水吸氮的动力学因素主要是氮在钢水中的传质系数和反应界面积,传质系数取决于钢水温度、氮的分压、钢水表面活性物质和表面覆盖炉渣的性质、成分等因素,因此控制好钢水反应界面积、钢水和炉渣的性质就可以减少钢水的吸氮量。加热过程中控制合适的底吹氩流量,埋好弧,减少加热过程中电极对空气的电离,就能使LF精炼过程增氮控制在12×10-6之内。

此外,连铸要采用低碳保护渣并做好保护浇注,以减少钢水在浇注过程中增碳和吸氮。

3 承钢采用RH—LF双联精炼工艺生产SPHE的控制效果

承钢采用RH—LF双联精炼工艺生产SPHE低碳钢,通过不断探索和优化工艺参数,充分发挥设备功能,SPHE各工序成分控制满足要求,表2为随机抽查的20炉SPHE低碳钢在各个工序的成分检测结果。

4 结论

(1) 鉴于承钢的原料资源特点和工艺现状,生产SPHE低碳钢必须采用RH—LF双联精炼工艺。

(2) 根据RH脱碳动力学和热力学条件,转炉出钢满足[C]控制为0.03%～0.05%、F[O]控制在(400～600)×10-6的条件时采用自然循环脱碳,既可降低炼钢成本、满足生产节奏,又能提高钢水质量,是最理想的脱碳方式。

(3) 炉渣氧化性、炉渣中CaO的活度、精炼时间、吹氩强度等是影响LF炉脱硫率的重要因素。

(4) 基于产品的成分和性能要求, SPHE低碳钢在LF炉深脱硫的同时也应控制好精炼过程中的增氮和增碳。

摘要：简要介绍了承钢150吨炼钢系统采用RH炉脱碳、LF炉脱硫的双联精炼工艺生产低碳钢的工艺研究及实践,通过对RH脱碳条件、LF脱硫影响因素的分析,指出了最佳的工艺条件和措施。

关键词：低碳钢,RH脱碳,LF脱硫

参考文献

[1]郑文清.承钢150t LF炉脱硫实践[J].冶金丛刊,2010,(5):35-37.

RH精炼系统的过程控制 篇2

关键词：RH,过程控制,网络连接

0 引言

RH真空精炼法是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺。唐钢第一钢轧厂于2006年筹备组建RH真空环流脱气装置并采用双工位系统, 主要功能为自然脱碳和强制脱碳、脱氢及去杂质、温度和成分调节、升温等。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管, 上部装有热弯管, 气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统。由于其具有处理钢水迅速、效果显著及易操作等优点, 现在已经被许多大中型钢铁企业采纳并作为一道必不可少的生产工序。

1 RH精炼系统

1.1 主要设备

RH系统的主要工艺设备包括:钢包运输台车2台 (钢包台车走行设置3个工位, 分别为待机位置、保温剂投入位置、处理位置) 、钢包升降装置2套、液压系统1套、真空槽4套及热弯管4个、真空槽移送台车4台、顶枪装置2套、真空泵系统1套、预加热装置4套、合金输送装置1套、合金料仓20个、合金称量料斗5台、真空料斗2套、保温剂投入设备2套、自动测温取样定氧设备2套、喂丝机2台、吹氩装置2套、风动送样装置1套等。

三电包括设备传动、控制, 能源介质检测、调节控制和过程控制。RH系统设置过程计算机, 用于RH的在线控制和管理, 主要完成基础数据管理、过程数据收集、过程监控、画面及报表处理等功能。

1.2 工艺流程

钢水处理前, 先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽空时, 钢水表面的大气压力迫使钢水朝浸渍管里流动。与真空槽连通的两个浸渍管, 一个为上升管, 一个为下降管。上升管不断向钢液吹入氩气, 相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差, 使钢水进入上升管并通过真空槽流向下降管;在真空状态下, 流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等被抽走;脱了气的钢水再经下降浸渍管流入钢包, 依此不断循环反复。同时, 进入真空槽在低压环境状态下的钢水, 还进行一系列的冶金反应, 如碳氧反应。为满足钢种要求、精确控制钢水成分, RH处理后期还需进行合金化处理。铁合金材料经合金料仓、称量料斗、真空料斗、合金溜槽, 在真空状态下通过真空槽进入钢水, 完成合金化工艺。

2 RH精炼L2系统配置及网络连接

L2系统的硬件结构由服务器、操作站、工程师站、打印机及网络设备组成。服务器采用HP Pro Liant ML570 G3塔式, 操作终端采用HP Compaq Business Desktop DC7100立卧可转换微型立式台式机。软件方面, 服务器采用Oracle 9i for Windows 2k标准版数据库, 中间软件则采用Plature99和Multi Link。

L2系统通过以太网与基础自动化级连接, 实时采集基础自动化的数据并将数据通过以太网传递给三级系统。由于L3系统和L2系统都采用Oracle9i作为后台数据库系统, 所以通信采用DBLINK方式, 并且采用传送方主动方式:L3传送给L2的数据由L3系统将数据直接写入L2系统为L3系统设置的专用通信表中;相应L2系统传给L3的数据也直接写入L3系统为L2设置的通信数据表中。

系统逻辑架构如图1所示。

3 RH过程计算机模型

RH精炼炉过程控制系统主要由5个模型组成:温度预报模型、静态脱碳模型、动态脱碳模型、成分预报模型、合金最小成本模型。温度预报模型是指系统实时监测钢水温度的变化值, 为操作人员提供参考, 可有效降低测温次数, 节省成本。合金最小成本模型是指为满足钢水成分的要求, 控制系统自动计算所需加入合金的最小量, 从而降低生产成本。静态脱碳模型和动态脱碳模型都是为RH冶炼钢水脱碳这一重要环节设计的控制模型, 其中动态脱碳模型是通过分析烟气中CO、CO2、O2等气体含量值和初始钢水碳含量分析值等, 实时预报钢水中的碳含量, 是对静态脱碳模型有效的补充和延伸。

4 过程控制计算机系统功能

4.1 质量标准数据

L3生产管理系统对与炼钢生产相关的质量要求数据和操作标准化数据进行管理和维护, 包括:各个生产阶段 (铁水预处理、转炉、精炼、连铸) 的成分, 冶炼产品的判定成分, 工艺路径, 吹炼、精炼和连铸过程中的温度控制目标值, 冶炼时间, 浇铸板坯的拉速, 二冷却制度等标准数据。当质量标准信息发生新增、修改或删除时, L3生产管理系统要通知RH过程计算机系统进行相应调整。

4.2 炉次计划

系统根据总调度室下发的日生产订单数据和热轧提交的浇次和炉次生产计划, 按质量生产标准和生产设备状况确定具体的生产工艺路线。L3生产管理系统完成炼钢侧的炉次计划后通知RH过程计算机系统。炉次计划的内容包括:炉次号、钢种、连浇号、连浇序号、RH开始时刻和结束时刻、上工序和下工序等信息。如果L3系统因故无法下发炉次计划, 为了不影响RH的正常作业, 可由专人在RH过程计算机系统的炼钢计划画面中进行RH计划的排定, 系统将自动在RH操作实绩中标注计划的来源。接受炉次计划后, 系统自动检查该炉次是否合法, 若不合法则认为计划无效并报警;对有效的炉次计划进行整理, 生成、修正数据库中的各个炉次的炉次计划信息。每一炉次的炉次计划有效期从计划排定开始到精炼处理结束。炉次计划排定后, 一旦RH侧钢包到达, 则这个炉次的炉次计划不可被删除。

4.3 材质信息及钢包称量信息管理

开工时, 由工艺人员通过L2画面输入材质信息到RH计算机系统中, 包括材质代码、名称、单价、堆比重、所含的成分等信息, 可以新增、更改、删除。在精炼结束后, 天车磅将RH精炼后的钢包重量传入L3生产管理系统, RH过程计算机系统可从L3生产管理系统中获得该信息, 并更新RH作业实绩。如果L3系统因故无法下发钢包重量信息, 可由操作人员在RH过程计算机系统画面中人工录入该信息。

4.4 成分分析

RH过程计算机系统从L3生产管理系统中获取转炉、LF炉、连铸以及RH的成分分析信息。

5 RH精炼的过程跟踪控制

L2的过程跟踪控制涵盖从一炉钢水进站一直到冶炼处理结束、钢水出站为止的各个生产过程。在此过程中, L2系统实时采集和处理钢水相关信息, 如钢包到达时间、真空处理用时、测温计化验数据和钢包调走时间等。L2的跟踪操业流程如图2所示。

莱钢RH精炼炉设计特点 篇3

1 精炼炉设计特点

1.1 主要设备特点

1) 采用分体式真空槽体, 上部槽与下部槽为法兰连接。2) 真空槽热顶盖采用弯头式设计, 并靠向气体冷凝器侧, 可减少槽内温度损失。3) 90°水冷弯头与真空泵系统之间、真空槽与合金溜槽之间采用膨胀节的连接方式, 膨胀节气缸可通过远距离操作控制。4) 采用五级真空泵系统, 真空抽气能力:600 kg/h负载下3.5 min时间内达到133 Pa (1.0 Torr) 的真空度。5) 顶枪、预热枪、大轴承液压设备中的关键阀门、密封件等采用国外产品。6) 上料由垂直皮带机和行走可逆皮带机系统组成, 振动给料机为进口电磁振动型。7) 与3号LF精炼炉公用上料系统上料。8) 主真空阀采用进口机电一体化设备。

1.2 主要工艺部分特点

1) 采用双真空槽作业方式, 提高作业率。2) 采用先进的五级真空泵、抽气能力大, 能耗指标低。3) 采用大环流量和高真空度, 脱氢能力强。4) 采用双工位多功能顶枪吹氧强制脱碳。5) 采用多功能顶枪喷吹煤气加热功能, 同时可以保持高槽温, 防止冷钢形成。6) 由于高槽温和短处理周期, 钢水温降低。7) 采用多功能顶枪供氧与加铝, 可实现钢水化学升温。8) 采用顶枪的提升, 去除真空槽槽壁粘结的冷钢。9) 强合金化能力。10) 带有吹氩喂丝功能。11) 带有双工位预热枪烘烤装置和移动弯管系统。12) 带有双工位真空槽修砌台架和浸渍管更换台车。

1.3 三电系统设计特点

1) 精炼炉本体采用基础级PLC及计算机服务器双冗余控制系统, 形成客户机/服务器模式, 预留厂级计算机接口。2) 所有网络采用集散网络控制, 并带有刻录机功能。3) 采用智能化MCC控制系统。4) 多种传动控制如:采用变频调速、编码器跟踪和电磁振动技术。5) 现场操作网络化, L2级除双机热备份外, 还具有与原系统的L2级设备接口, 如:与整个炼钢L3级、转炉和连铸L2级、物料管理ERP、生产管理MES等通讯联网接口, 形成了MES—ERP—PCS生产管控一体化生产模式。6) 电视监控采用带活动云台和水冷摄像头的工业电视系统。7) 电气、仪表、液压采用一体化控制及多重接口设计。8) 关键点及主要检测点参数除送PLC进行计算机控制外, 同时送监控站HMI画面显示, 人机界面友好直观、方便生产人员操作。9) 主要一次仪表采用数字式及专业进口仪表, 并与智能仪表直接通讯, 以提高系统的控制和检测精度。10) 一次仪表的信号均经过与PLC的接口盘分级隔离处理后, 再进入PLC盘, 同时要保证与引进的机电一体配套仪表接口良好。

1.4 液压和气压部分设计

1) 钢包台车升降系统采用液压控制及驱动。2) 热弯管升降和破渣枪摆动采用分散液压控制及驱动, 用水冷装置直接冷却。3) 所有介质的调节均采用阀站一体化设备进行。4) 所有液压和气动系统均采用阀岛集成一体化技术。

2 精炼炉工艺流程

RH精炼炉主体布置在2号和3号连铸机操作平台之间, 余热锅炉系统布置在连铸过渡跨、主体设备布置在钢水接受跨, 浸责管维修区布置在连铸跨, 其工艺流程如图1所示 (B工位处理过程与A工位相同) 。

3 精炼炉生产规模及产品

生产规模:年处理钢水能力140万t/h。每分钟通过真空室的钢液环流量:99 t/min。处理钢种:桥梁板和汽车大梁钢、压力容器和锅炉用钢、造船和深冲用钢等。代表钢号:16q (Q235q) , A709Gr, 16MnR, SPV315, 20G, 19Mn6, D32, D40, 08A1, 45Mn等70个系列。

4 结语

RH精炼工艺 篇4

关键词：RH精炼,二次精炼,过程控制,控制模型

0引言

RH精炼炉,是介于炼钢与连铸之间的一个钢水精炼设备,其作用是提高钢水质量,满足大批量生产无间隙原子钢(通常称IF钢)等高难度、高附加值产品的需要。它具有脱碳、脱氧、脱气、脱硫、合金化成分调整、温度调整等功能[1]。随着用户对钢材的质量、品种与性能的要求不断提高,以RH,LF与CAS为代表的二次精炼设备在国内的使用逐渐增多,对精炼的过程控制也提出了相应的要求,借助于过程控制模型的精确计算与过程信息预报,可实现过程控制的进一步优化。

RH模型是实现精炼过程自动控制的重要基础,它涉及冶金工艺、自动控制、计算机、数学等多门学科,过程控制模型通常嵌在过程控制计算机系统中,主要包括模型本体以及与模型相关的画面、通用数据库接口、模型调度、模型维护工具等功能模块。随着国内RH精炼炉的大量建造,如何使模型的软件架构能够适应各种过程机应用系统结构就显得十分重要。宝山钢铁股份有限公司研究院自动化研究所从2000年开始RH模型的研发,2002年初,温度模型首次在宝山钢铁股份有限公司宝钢分公司3#RH上得到成功应用,2002年底静态脱碳模型、动态脱碳模型、合金模型、成分预报模型首次在宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司新建RH精炼炉成功在线应用,至2007年底宝钢股份研究院自动化所自主研发的RH模型已在宝钢分公司多个RH精炼炉、宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司新建RH精炼炉中在线应用,并已与国内多个钢厂签订合同进行在线应用。

1 RH模型功能及原理

RH模型是建立在RH真空精炼冶金机理的基础上,结合现代自动控制技术,采用先进的算法开发的成套过程控制模型。RH模型由静态脱碳、动态脱碳、温度推定、合金最小成本及成分预报5个模型组成。

1.1 静态脱碳模型

静态脱碳模型的主要功能是预测处理过程中随真空度的逐步下降,钢液中碳含量和游离氧含量的变化规律。静态脱碳模型分为预报模块和推定模块。预报模块根据每一炉处理开始获得的初始碳、游离氧含量、钢液温度和真空排气模式等信息,在处理初期即给操作人员提供为达到一定目标碳含量所必须的处理时间和吹氧操作等综合指导信息;推定模块是在得到钢水基本信息和操作量信息(如吹氧量、铝材投入量等)以后,推算处理结束时的碳含量和游离氧含量。两个模块的综合使用能够逐渐优化RH的操作工艺。

静态脱碳模型是从冶金学碳氧平衡原理出发,在一定的假设基础上建立的模型。RH真空脱碳是钢液中的碳和游离氧反应的过程,在真空度和温度一定的情况下,如果脱碳反应达到平衡,碳含量和游离氧含量的乘积为一常数;同时假定参与脱碳反应的氧的固定百分比(RCO)来自于钢液,而其他部分来自于钢渣中金属氧化物的被还原,则钢液中碳和游离氧含量的下降遵从特定的比例关系,由以上两个规律综合可以求得平衡碳和平衡氧含量。在RH真空脱碳过程中,近似认为碳和游离氧含量按指数规律逼近平衡碳和平衡氧含量,方程式为[2]:

式中,ρ(C)tl为t时刻钢包内钢液中碳的质量浓度,%;ρ(C)ev为真空槽平衡碳的质量浓度,%;ρ(C)sl为钢包初始碳的质量浓度,%;T为脱碳时间常数,min。

1.2 动态脱碳模型

动态脱碳模型主要功能是根据废气中CO,CO2等气体的在线分析值、初始碳分析值和废气流量,实时预报钢水中碳含量。依靠先进的检测装置及检测手段及时获取真空脱碳过程中的废气信息及处理前初始碳含量,处理过程中的碳含量、游离氧含量、钢水重量、钢水温度等数据,迅速准确地预报钢水中当前碳含量、脱碳速度及脱碳总量。

动态脱碳模型是基于分析碳及抽真空产生的废气信息,结合自适应控制技术实时预报钢水碳含量的模型。该模型可以大大提高如质谱仪、红外分析仪等设备的利用率和实际效果。

模型原理如下:

式中,ρ(C)result为当前推定碳的质量浓度,%;ρ(C)origin为分析碳的质量浓度,%;qgas为废气流量,m3/min;Wst为钢水重量,kg;φ(CO)为废气中CO体积分数,%;φ(CO2) 为废气中CO2体积分数,%;T1,T2为变化时间,min。

模型在画面上实时显示真空脱碳过程的许多相关信息,并在画面上动态演示整个过程。为操作人员更好地实时控制RH真空脱碳过程提供较为详细的参考,并可以优化RH脱碳工艺。

1.3 温度模型

温度模型的主要功能有:(1)根据处理开始时的首次测温信息预报钢水温度的变化趋势;(2)根据RH处理中的测温信息、实际合金投入量、吹氧量以及操作工设定的信息,实时推定钢水温度变化;(3)操作人员根据温度预报值,可以有效地对处理过程进行控制,提高处理终了温度的命中率;(4)在已镇静钢水获取第1个测温信息后,计算需要增加的冷材量或吹氧量。

温度模型是建立在人工智能技术与冶金学机理基础上的混合模型,由3个子模型构成,包括人工智能模型、冶金机理模型、信息管理模型。其中,冶金机理模型和信息管理模型均为比较简单的初等代数数学模型,我们把RH精炼过程中复杂的非线性因素都归结到人工智能模型中,用AIMT软件来处理和建立针对RH精炼复杂过程的模型。AIMT软件是由宝钢股份研究院自动化所开发的通用智能自动建模软件,具有人工神经网络建模及模糊逻辑建模工具。我们对AIMT工具建立的人工神经网络模型和模糊逻辑模型用实际生产数据进行反复的测试比较,最终采用AIMT建立的人工神经网络模型作为RH温度人工智能模型,取得了令人满意的结果。图1为RH温度预报模型原理示意图。

1.4 合金最小成本模型及成分预报模型

合金最小成本模型根据生产计划及钢种要求计算成本最低的合金投入组合及投入量,需要添加的元素量由目标出钢成分、钢水初始成分、各元素收得率以及钢水量等决定。主要功能有:(1)操作工可以对各参数进行人工设定修正,如各元素目标成分、初始成分、收得率及合金投入限制量等;(2)可以屏蔽指定的若干元素的成分约束,忽略其成分要求,使之适应特定情况下的求解;(3)允许操作工设定一种或几种合金量,模型可对其余的合金继续作最小成本计算。

合金最小成本模型的目的是根据钢种元素需求、元素收得率、钢水成分分析值等信息,计算出一组成本最低的合金组合和合金投入量。目前国际上提供的炼钢合金模型基本上是建立在线性规划算法的基础上,该方法的好处是除了给出满足生产要求的合金投入配比外,还能使合金投入的总成本CT(X)最小。下面是合金模型LP部分的数学描述:

s t

式中,Cj为合金j的单价;Xj为合金j的投入量;Aij为合金j中元素i(i=1,2,…,m)的含有率;Bi为元素i的需要量;Bui为元素i的需要量上限;Bli为元素i的需要量下限;Xset为合金设定投入量,Xlmt为合金使用限制量;m为合金中的各种元素;n为所用的各种合金;c1,c2,…,cs ∈[1,n],用于某些合金有设定投入量和使用限制量时的特殊约束表达式中。

成分预报模型从原理上讲是合金最小成本模型的反模型。该模型具有成分预报功能,它根据假设的各合金设定投入量按标准收得率、设定收得率来预报添加合金后各元素成分、钢水增重等,使操作工试算十分方便。同时该模型根据最新的钢水成分、最新钢水成分取样后所添加的合金量计算钢水的当前成分。

2 系统设计与实现

模型从研究到应用,主要经历了算法研究、实验室仿真、现场离线考核等过程,最后进行在线过程机软件的开发。模型的研发不能仅仅关注于模型本体的研发,模型的开发、测试及在线应用必须有一套有效的软件系统,这样才能提高模型的开发效率和应用效果。因此模型系统架构需考虑模型算法、模型操作画面、数据接口、模型调度、模型维护工具等技术。

2.1 系统结构

RH精炼炉过程控制模型的系统结构如图2所示,模型系统主要由模型接口程序、模型计算程序、模型画面操作程序、模型调度程序及数据库组成。模型操作画面程序安装在操作终端上,其它均安装在服务器中。模型画面操作程序采用Visual Basic 6.0控件+Oracle Form的方式实现,模型调度程序采用Visual C++实现,也可以采用应用系统的进程调度系统,模型计算程序采用Fortran语言开发,模型接口程序采用Oracle ProC和Visual Basic 6.0语言开发,数据库为Oracle数据库。服务器可以是Windows系统,也可以是Unix操作系统,操作终端为Windows系统。

2.2 系统功能

RH模型系统的主要功能有:

(1)数据接口。建立模型与工艺标准、生产实绩应用系统的数据接口,通过数据接口实现与各种应用系统的数据连接。

(2)模型算法。是模型系统的核心,包括静态脱碳模型、动态脱碳模型、温度模型、合金最小成本与成分预报模型的算法程序库。

(3)模型进程调度。采用事件触发模型启动。

(4)模型操作画面。系统提供友好、易于操作的模型操作画面,画面中主要包括:必要的生产过程信息、操作设定信息、模型计算结果信息。

(5)模型常数维护。为工艺工程师提供模型常数维护工具。

(6)模型运行跟踪。记录模型运行过程的关键信息,便于模型的运行跟踪及维护。

2.2.1 数据接口

模型的所有输入数据都是实际生产的工艺标准数据和生产过程实绩数据,不同的过程机应用系统由于系统结构及开发工具的不同会有很大的区别,因此模型系统为了适应各种应用系统的结构,需要通过数据接口进行数据转换。根据我们多年的研发经验,在一个新建的精炼炉设备刚投产时,生产过程实绩数据会存在各种问题,很多过程数据应用系统只进行数据收集,并无进一步的应用,因此没有对数据进行细致的校核,给模型的在线调试带来许多问题。因此要建立数据接口及测试工具,尽可能减少模型本体程序的修改,仅仅是在需要优化或工艺条件变化时进行修改。

2.2.2 模型计算程序结构

在系统设计时,充分考虑核心模块的扩充性以及整个系统的易于维护性,将核心计算模块设计成相对独立的模块,与相关系统的接口简明、清晰。计算模块不负责数据收集,它以标准模型输入输出文件作为数据接口,与具体的生产现场数据隔离,相对独立。系统开发中,始终把握将数据与算法分离和各功能块、算法过程独立的原则。

模型计算程序结构分为三层,如图3所示。模型输入层即数据接口层,主要是与应用系统的数据接口;模型本体层为模型的核心,其中又将模型数据预处理与模型算法分离,使得模型核心算

法可以独立进行优化,而且也是较好的知识产权保护手段;模型输出层就是模型的操作维护接口。

2.2.3 模型进程调度

在RH精炼处理过程中,各模型通过生产过程中的事件触发启动,达到过程控制目的。RH处理过程中主要有钢包到达、处理开始、测温、取样、吹氧、合金添加、处理结束等事件。图4所示为各模型大致的启动时间、顺序与相互联系[3]。

2.2.4 画面设计

模型的画面设计必须与相关的过程控制计算机应用系统的风格保持一致,因此模型画面在不同的应用系统中会有一定的修改,一般会有两大类完全不同的画面设计。一类是基于大中型机器的字符型终端,比如宝钢的DEC Alpha 2100S服务器,操作系统为DEC OpenVMS 6.1,画面需采用专用的中间件开发,画面的通用性不强;另一类是基于Windows的图形操作终端,画面采用OCX控件开发,画面的通用性很好,可以嵌入各种应用系统框架中,图5就是将温度模型画面的OCX控件嵌入到Oracle Form画面中,与应用系统风格保持一致,而且应用于不同的工程时画面的修改工作量很小。

2.2.5 模型常数维护

模型投运后,模型开发人员由于各种原因无法时刻关注实际生产工艺条件的变化,而工艺人员又缺乏计算机、算法、控制方面的专业知识,很难对模型进行调整及维护,这就造成模型的使用效果逐渐变差,无法满足实际生产的需要。因此模型工程师必须开发各种工具便于工艺工程师对模型进行维护。

RH模型系统中需要维护的模型常数包括三种类型:(1)生产中所用材料的系数, 随每次采购的不同会有所变化,主要有合金元素含量、合金价格、合金温降系数等,这类常数工艺工程师比较熟悉,通过常数维护画面很容易进行维护;(2)机理模型等代数数学模型中用到的模型常数,主要是模型工程师建立模型时所用系数,如碳氧平衡校正常数、钢水比热容、钢水中氧与碳反应比例、按钢种组的模型校正系数等,此类常数需要模型工程师对现场工艺人员进行相关指导,也是通过常数维护画面进行维护;(3)人工智能模型常数维护,如温度模型中的神经网络模型系数维护。冶金工程师可以在模型维护画面上进行工艺参数设定,通过我们自主开发的具有源代码级技术的自动智能建模工具重新建立模型,并由冶金工程师确认后自动投入在线运行。有了模型在线维护工具,模型调整就不需要很多的软件及控制知识,使冶金工程师可以在画面上按照一定的生产及冶金知识调整控制模型,这样就使得模型维护方便、快捷。

2.2.6 模型运行跟踪

一般在生产投产初期由于设备不稳定以及操作不熟练等原因,生产实绩会不稳定,而且过程控制模型的实时性较强,模型工程师也无法实时看到模型的运行过程,因此为了提高模型的调试效率必须将模型运行过程信息写入日志文件中,模型工程师可以离线分析模型的运行情况,而不会影响实际生产。在生产稳定顺行后,可减少写入日志文件中的信息,只保留必要运行过程信息。

3结论

RH模型的在线应用,有效地提高了RH精炼处理的过程控制水平,提高了生产效率,降低了生产成本。其中温度模型在实际应用中取得了较高的精度,如图6所示。根据在线应用数据统计,对连续的205炉数据进行统计,除去30炉异常数据,在处理过程中有一次温度调整的条件下,预报温度与实测温度偏差在±5 ℃的命中率为82%,偏差在±8 ℃的命中率为96%。

宝钢自主研发的RH精炼炉过程控制模型系统,在系统设计时充分考虑了核心模块的独立性和可扩充性,以及整个系统的可维护性,使得模型研发人员可以集中精力进行模型本体算法的研究和开发,提高模型研发效率,降低模型研发成本。同时建立基于数据库的与在线系统基本一致的实验室模型仿真测试平台,极大降低模型在线工业应用的调试及维护成本。

参考文献

[1]林云,谢树元,杜斌.RH温度模型仿真及应用[J].宝钢技术,2003(6):40-43.LIN Yun,XIE Shu-yuan,DU Bin.Simulation and appli-cation of temperature model for RH process[J].BaosteelTechnology,2003(6):40-43.

[2]黄可为.RH精炼控制模型[J].冶金自动化,2003,27(增刊):66-69.

RH精炼工艺 篇5

RH真空精炼炉运用于炼钢生产可提高产品质量、增加产品品种。某钢轧厂RH真空精炼炉真空排气系统由PLC控制,实现钢水在真空环境下循环流动以均匀钢水成分和温度,同时通过添加物料使钢水脱氧、脱碳、脱硫、脱磷和成分微调等,实现了品种钢的多样化。

1 系统硬件构成

RH真空精炼炉真空排气系统采用AB contronlogix的1756系列PLC,由1个主站和3个远程站组成,主从站间通过Controlnet网进行通信。HMI采用Server/Client的结构形式,作为画面服务器的Server与主PLC间通过以太网进行通信,作为画面客户端的Client通过以太网从画面服务器读取数据。系统硬件配置如图1所示。

2 系统主要控制功能

2.1 主/辅泵子系统控制

主泵子系统由B1增压泵+B2增压泵+B3增压泵+C1冷凝器+S4A喷射泵+C2冷凝器+水环泵(P1/P2/P3)等构成。辅泵子系统由S4B喷射泵+C2冷凝器+水环泵等构成。主泵子系统主要用于实现真空系统在600kg/h抽气量下67Pa的真空度指标,以满足RH处理后期高真空度的要求;而辅泵子系统则用于增加从大气压至8.5kPa间的抽气量,以缩短真空系统的启动时间,并满足低真空下吹氧的需要。

进入各级增压泵和喷射泵的蒸汽均由蒸汽分配器通过相应的蒸汽管道供应。在各级泵的蒸汽管道上均设有气动开关阀,用于控制该级泵的启闭。

进入各级冷凝器的冷却水则由冷凝器冷却水分配器通过相应的冷却水管道供应。为充分利用冷却水,C1、C2冷凝器的进水分别由该冷凝器的上部和下部进水管供应。这些进水管配置相应的气动开关阀,用于控制冷凝器的进水量。

真空排气系统有中央自动和中央手动两种操作模式。

(1)自动模式。开启各级泵,达到预真空度(见表1)。开始时,根据HMI设定的真空度目标值,按各级泵排气能力上限,依次由后往前启动各级泵,直至相应泵的排气能力在目标真空度范围内,然后停止后续前级泵的启动。设定新目标真空度时,若目标值大于正在启动的最前级泵的排气能力,则依次关闭前级泵,直至相应泵的排气能力在目标真空度范围内;若目标值小于正在启动的最前级泵的排气能力,则根据各级泵的排气能力依次打开前级泵,直至相应泵的排气能力在目标真空度范围内。打开某泵前,需先打开其对应的冷凝器进水阀。

(2)手动模式。在HMI上,通过相应的按钮对B1、B2、B3增压泵,S4A、S4B喷射泵的蒸汽气动开关阀,P1、P2、P3水环泵,C1、C2冷凝器的上下进水气动开关阀进行单独控制。

2.2 主真空阀控制

主真空阀控制方式分为自动和手动,其操作模式与排气操作模式相关。若排气系统为自动控制方式,则主真空阀的自动、手动控制方式均有效;若排气系统为手动控制方式,则主真空阀也采用手动控制方式。

2.3 热井回水泵控制

C1、C2冷凝器回水送到热井后,再由热井后面的回水泵返送到水处理池。热井设置液位检测仪表,当热井水位到达上上限时,将停运真空排气系统。回水泵在自动控制模式下,由该仪表的水位检测结果控制其启停。

热井回水泵有3台,1台为优先启动泵,1台为备用泵,1台为次优先启动泵。

2.4 复压控制

脱气处理结束后,应对真空槽和真空管道进行复压处理。复压气体种类根据不同工况而定,可采用大气或N2。复压有中央自动控制方式和中央手动控制方式。

(1)自动控制方式。当HMI发出处理停止指令时,若真空度小于6.5kPa,则采用大气复压;若真空度大于6.5kPa或废气中CO含量过高,则采用N2复压。

(2)手动控制方式。由操作人员直接操作复压。在紧急复压或顶枪紧急提升时,采用N2复压。

大气复压和N2复压顺序不同。

(1)大气复压。打开破真空阀站中气动破真空阀,将大气放入主真空阀前的真空系统和主真空阀后的真空主管,然后按顺序逐步关闭各级泵和冷凝器:关B1泵→关B2泵→关B3泵→关C1冷凝器上/下部进水-关S4A泵→关C2冷凝器上部进水→关闭蒸汽总阀→关水环泵进气阀→关水环泵进水阀→关水环泵。

(2)N2复压。为了避免精炼废气中CO含量过高,在破坏真空时CO与大气中的氧化合而发生爆炸,系统设置了充氮破真空子系统。在精炼结束破坏真空时,打开破真空阀站中气动破真空阀,将N2放入主真空阀前的真空系统,同时将大气放入主真空管道。

中央辅助操作台设有紧急复压按钮,用于实现排气处理时的紧急复压。控制系统启动流程如图2所示。

3 画面监控系统

画面服务器采用RSView Supervisor Edition监控软件,画面客户端采用RSView SEClient监控软件,工程平台采用RSView Factory Talk监控软件。

4 结束语

系统自投运以来运行良好、控制灵活、性能稳定、功能完善,便于操作、维护和管理,提高了产品产量和质量,满足了企业生产需要。

摘要：介绍某钢轧厂RH真空精炼炉真空排气系统硬件组成,阐述真空排气过程中的主要控制点。

RH精炼工艺 篇6

RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法, 是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。钢包升降装置是RH精炼系统的一个关键设备, 使用液压缸作为动力源, 在精炼过程中负责将钢包顶升, 使钢包内钢水在RH真空槽内循环, 在真空状态下, 脱除钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体, 同时进行碳氧反应等一系列的冶金反应, 达到净化钢水的目的。

1 现状

莱钢型钢炼钢厂共有两座120 t RH精炼炉, 其中1#RH精炼炉A工位钢包升降装置液压缸活塞杆被划伤, 表面存在长约2 m的划痕。经过一段时间运行后, 液压缸密封被磨出凹槽, 导致液压缸漏油。此种情况, 单纯更换密封无法彻底解决漏油问题, 需对液压缸进行整体更换。

钢包升降装置安装在精炼炉冶炼工作位正下方, 基础标高为-6.3 m。钢包升降装置由基础板、液压缸、升降框架、上盖等几部分组成, 液压缸通过上、下球面支承分别与升降框架和基础板连接, 如图1所示。升降装置设备总重为83.65 t, 重量大, 地坑内空间狭窄, 不利于检修工作展开。

1#RH精炼炉建设在转炉钢水接收跨东侧, 与连铸机属同一柱列。如图2所示, A工位西侧为钢水接收跨, 转炉至LF精炼、LF精炼至RH精炼、精炼至连铸机钢水均在此跨内调运, 作业节奏比较紧凑;A工位东侧为连铸机工艺件修复区;南北两侧分别砌筑挡火墙。由于设备现场的工艺限制, 无法使用汽车吊作为起重工具, 完成钢包顶升装置的吊运工作。

1#RH精炼炉区域装备了一台125 t桥式行车, 经过施工技术组研究, 决定使用125 t行车作为起重工具, 同时拆除A工位上部设备, 创造吊装空间, 如图3所示。

1—125 t桥式行车2—下料系统3—顶枪4—真空槽台车5—真空槽6—顶升台车

2 施工前准备

(1) 工器具准备:24″扳手2把, 18″扳手2把, 15″扳手2把, 12″扳手2把, 9 mm内六方扳手2把, 14 mm内六方扳手2把, 16 mm内六方扳手2把, 大锤1把, 手锤1把, 3 t手拉葫芦2个, 5 t手拉葫芦3个, 准36×6 m钢丝绳4根, 准18×6 m钢丝绳4根, 35 t卸扣4个, 10 t卸扣4个, 气割1套, 电焊1套, 安全带4根, 夹板4根。

(2) 备件及材料准备:检修前将1件顶升液压缸及相关配件倒运至现场存放, 160槽钢12 m, HW200×200×9×14型钢1.2 m, 螺栓M24×110 (8.8级) 8套, 螺钉M30×120 (8.8级) 16套。

(3) 检修前准备:检修前先将A顶枪及热弯管拆除, 真空槽台车移至南侧待机位, 钢包顶升装置各部螺栓喷螺栓松动剂。所有工作在检修前一天完成。

3 更换方法

(1) 托盘拆除。在托盘上表面焊接4个吊点, 将托盘升起, 高出地面1.0 m, 并在地坑内将液压缸框架四个支腿用HW200×200×9×14型钢固定住, 防止液压缸漏油下降, 固定后, 使用架板在托盘下部框架筋板上搭设检修平台, 人员站在平台上面, 用2把18″扳手拆除托盘的16个M30×120螺钉 (如果拆不动或丝断, 只能重新攻丝) , 拆除完毕后, 将地坑四个支撑H型钢拆除, 主控室摘检修牌, 将托盘落至地面, 用4根准18×6 m钢丝绳、4个10 t卸扣与托盘吊点连接, 利用行车吊起后放在顶升台车上, 倒运至东侧, 用行车转运至地面。

同步拆除吊顶东侧横梁, 将喷补车开至大梁下部, 挂检修牌。先将横梁上部监控镜头拆除, 在横梁上安装两个3 t手拉葫芦将横梁固定, 人员拴好安全带站在喷补平台上, 将横梁用气割割断, 用手拉葫芦放至台车上, 摘牌后倒运至工作位东侧, 再挂好检修牌。

(2) 液压缸固定。将4根型钢支撑在液压缸升降立筋位置, 焊接固定, 并拆除液压油管、机械限位、甘油润滑装置, 拆除机械限位前要做好标记。

(3) 先将顶升台车开至工作位西侧, 将4个35 t卸扣安装在液压缸框架吊耳上, 用4根准36×6 m钢丝绳挂在125 t桥式行车主钩上, 将框架提升8.7 m, 使框架底部支腿高出顶升台车, 慢慢向东移动顶升台车, 至工作位, 指挥行车将框架缓缓放置在台车钢包放置位, 拆除钢丝绳, 移动顶升台车将框架倒运至工作位东侧。

(4) 拆除液压缸上球面支承球面垫, 用15″扳手拆除液压缸顶部8个M24×110螺栓 (如果拆不动或丝断, 重新攻丝) , 焊接吊点, 使用125 t行车吊走。

(5) 拆除液压缸下球面支承4个顶丝, 并用2根钢丝绳将液压缸缸体和外壳连接。防止吊装时液压缸活塞杆伸出。在液压缸顶部吊耳安装35 t卸扣, 拴挂准36×6 m钢丝绳, 使用125 t行车将液压缸吊起, 使钢丝绳处于受力状态, 拆除液压缸固定框架, 用行车吊起从平台顶部吊走。

(6) 将新液压缸倒运至地坑, 吊装时, 从平台顶部用行车进行吊装, 与下球面支承定位后, 用型钢将液压缸固定。

(7) 上球面支承安装, 安装在液压缸上部法兰位置, 安装8个M24×110螺栓并固定。

(8) 框架安装, 用125 t行车将框架吊起, 将支架4个导向轮安装至滑道, 缓缓降落, 利用3个5 t手拉葫芦调整液压缸垂直度。框架下落0.5 m后, 拆除液压缸固定支架和调整手拉葫芦, 再将框架下落, 使球面垫与球面座结合, 调整复合精度要求后, 安装固定。

(9) 恢复液压油管、机械限位、甘油润滑装置, 对上下球面支承加油润滑。同步恢复东侧横梁, 安装监控镜头并调整。

(10) 调试完毕后, 将托盘吊装到位, 将液压缸升起1.5 m, 安装托盘固定螺栓。

(11) 顶升调试。

(12) 恢复热弯管、顶枪。

4 实施效果

通过此次项目实施, 彻底解决了1#RH精炼炉A工位顶升液压缸油液泄漏故障, 确保了钢水冶炼过程中钢包顶升装置正常作业, 有效保障了生产的顺行及安全。

摘要：在RH精炼炉作业现场不具备使用汽车吊作为起重工具的条件下, 通过拆除顶枪、真空槽等上部设备, 利用桥式行车, 完成了钢包顶升装置液压缸更换工作, 解决了液压缸油液泄漏故障。

RH精炼工艺 篇7

RH钢水环流控制是RH真空脱气处理中的一项重要工艺过程,钢水的环流速度对钢水脱气处理质量有着重要影响。宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司炼钢厂1#RH炉环流系统改造前浸渍管环流气体管网分为4个支管,每个支管设1个流量调节阀,每个支管再分为3个支路,4个支管共12个支路均分流量为0～1 400 L/min的环流气体,支路上没有设置流量计和流量调节阀。总管也没有设置流量计,而是采用4个支管流量的总和作为总管流量,总管流量采用串级回路进行控制。系统改造前在钢水处理过程中发生过多次环流管被钢水堵住的现象,致使环流气体不能驱动钢水进行良好的循环,最终造成RH炉不能进行真空处理作业。由于支路上没有安装流量计,所以主控室内的HMI上也无法显示支路上环流气体流量的具体数值。另外,梅钢1#RH炉在环流气体总管前未设置保持气体压力稳定的储气装置,导致在真空处理过程中环流气体压力波动较大,控制系统改造前统计RH环流气体波动次数为平均每月10次。为了杜绝因为RH炉环流管被堵或环流气体波动而造成的RH炉不能正常进行真空处理的情况,2009年9月上海宝信软件股份有限公司梅山设计院对环流系统进行了技术改造,改造后的环流控制方式为对12个支路均可进行流量调节。

1 RH真空精炼炉钢水循环原理

RH炉钢水真空循环原理类似于“气泡泵”的作用[1]。RH环流气吹氩管采用的是在上升浸渍管的耐火材料周围埋进吹气管,从吹气管中吹入气体(Ar或N2)的一种方法。整个钢水冶炼反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行。真空槽的下部有两个带耐火衬的浸渍管,上部装有热弯管,气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统。钢水处理前,先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时,钢水表面的大气压与真空槽内的压差迫使钢水朝浸渍管里流动。与真空槽连通的两个浸渍管,一个为上升管,一个为下降管[2],由于上升管不断向钢液吹入Ar或N2,吹入的气体受热膨胀,从而驱动钢液不断上升,流经真空槽钢水中的Ar,N2和CO等气体在真空状态下被抽走。脱气的钢水由于密度增加再经下降管流入钢包,就此不断循环反复。

2 改造后的系统构成

2.1 硬件组成

改造后的RH真空精炼炉环流气体控制系统由Ar和N2流量测量及调节装置、PLC系统、供电系统及配套附件等组成,PLC系统的选型与主生产PLC系统保持一致,为罗克韦尔公司的PLC系统,系统框图如图1所示。

PT101,PI101—压力变送器和显示表;FT101～112—流量变送器;FV101～112—流量调节阀;FIC101～112—远程显示。

在Ar(或N2)接入真空槽的环流气体总管前增加相应储气罐,并安装自力式减压阀,保证进入环流总管前的气体压力基本保持不变。在环流总管道上设一个压力变送器(量程为0～1.6 MPa),把检测到的压力传送到主控室的HMI上。在接入环流气体总管前部,在Ar和 N2两气体管道上分别设置一个切断阀,用于控制Ar和N2的切换。12个支路上都设置1个质量流量计[3]和1个流量调节阀,流量测量设有压力补偿。总管流量统计方式未作改动。

2.2 软件组成

应用软件的开发采用罗克韦尔自动化公司的Logix5000软件;采用工业PC机作为操作站,完成现场实时数据的采集、设备的监视与控制;操作站与控制站之间采用Ethernet网络连接,操作站采用Microsoft Windows XP操作系统和罗克韦尔自动化公司的监控软件RSView 32作为开发和运行环境,实现画面操作、报警、趋势记录等功能。

2.3 网络结构

利用专用的Ethernet网实现系统的客服端/服务器结构。1～3#PLC通过ControlNet实时控制总线构成一个系统。改造后通过在原有的1#PLC机架上新增1756-DNB模块,使之能够下挂DeviceNet网络,如图2所示。现场的集成式阀站采用AB Flex I/O远程通信站进行控制。

3 控制原理

环流气体流量能够根据设定值自动进行调节,并且能够在某些支管堵塞的情况下实现流量的自动分配和动态补偿。环流气体的控制回路[4]如图3所示。

图中主PID控制器是一个虚拟的PID控制器,需要设定的值只有环流气体的设定流量,其中12个支管过程反馈的流量PV值之和作为主PID控制器的输入值,通过参数的设定,可调节输出值MV。主PID控制器的MV除以12后,平均分配给12个PID控制器,作为各支管PID控制器的SV。12个PID控制器PV采集于12个支管的流量变送器,而各支管PID控制器的MV控制各自支管上的流量调节阀。采用此控制方式后,当其中某个支管发生堵塞后,由于流量减小,此时PLC会自动调节其他调节阀的开度,以此来满足环流气体的流量。

4 程序设计及画面操作

(1)修改PLC原有程序,在RH炉HMI上增加手动和自动调节方式。在手动方式下可以根据需要调节流量调节阀的开度来调节每条支路的流量。在自动方式下,系统按照设定的总流量自动平均分配每条支路的流量;还编制了流量和压力的自适应控制程序,以此对某些支管发生堵塞等问题进行优化调整。

(2)环流气体的种类选择。环流气体的种类选择和相应的切断阀控制分为自动方式和手动方式。自动方式时N2阀和Ar阀根据一定的条件自动开闭;手动方式时N2阀和Ar阀的开闭由操作人员在HMI上操作。

(3)环流气体的流量控制。根据钢种的不同,在不同的处理阶段采用不同的流量设定,一般设定在1 000～1 400 L/min范围内。在非脱气处理时则是简单地根据操作人员手工设定值进行控制。在非处理工位时,N2流量采用定值控制,设定值为600 L/min。

(4)当发现某个支路偏离正常流量时,可在画面减少“串级调节数”,并且将封堵支路选择自动或者手动方式设定流量功能,将封堵的支管流量分配到其他支管,以弥补总管流量的损失,最终满足工艺生产的要求。

(5)每个支管可以进行串级(CAS)、自动(AUT)、手动(MAN)控制方式选择[5]。

1)CAS方式。此方式下的设定值变动来自2张设定表(正常设定表、非常设定表),由操作人员根据具体情况选择。正常设定表内容由L2在钢包到达时下达给L1,给出模式号Pattern No.进行流量调整和环流气体种类的开闭,L1不可以修改。非常设定表由操作人员在画面上设定,即时设定即时有效,一般是在正常设定表不符合当前处理工况时选用,且仅在当前一个处理周期内有效。每炉次处理开始或结束时,系统默认切换到正常设定表。设定表中分7个阶段,即:脱气前,阶段1～阶段5和脱气完,每段各有一个设定值。非常设定表中的阶段2～阶段4的设定值可在HMI上修改。处理开始后,根据脱气处理所处的时间判断所处的阶段,再查表得到环流气体流量的设定值,进行控制。

2)AUT方式。根据当前钢种特殊的工艺要求,人工设定环流气体的种类,然后由操作人员手动进行设定,即时设定即时有效,实现定值控制,保证按照设定的总流量自动平均分配每个支路的流量。

3)MAN方式。操作人员根据需要手动调节流量调节阀的开度,以此调节每个支路的流量;人工进行切断阀门的开/关,进行气体种类的切换。正常情况下通常不采用该方式。

5 结束语

改造后的环流气体控制系统具备了以下功能:

(1)环流气体流量能够根据设定值自动进行调节,并且能够在某些支管堵塞的情况下实现流量的自动分配和动态补偿。

(2)通过精确的环流支路流量控制,减小了真空处理过程中环流气体压力波动,稳定了生产工艺。

(3)通过工艺实验和计算,摸索出环流气体流量和真空室内钢液反应界面的关系参数。

(4)通过环流氩气总流量和废气总流量数据的检测,由质谱仪进行分析后,使用一系列公式,计算出真空系统的泄漏量,用于分析真空系统的工作状态并指导检漏工作,确保超低碳钢的顺利生产。

经过现场使用验证,改造后的环流气体控制系统在总体设计和安装上能够满足现场的生产需求,同时极大地提高了设备的精度和稳定性。RH环流系统改造后,设备运行率大于99.5%,与原环流系统相比有很大改善。控制方式上的改进,使新系统很好地抑制了环流管堵塞的现象,没有发生过因严重的浸渍管堵塞而导致生产中断的情况。新系统还在控制精度上有很大的提高,单支管的精度能达到满量程的±2%,从而使气泡在上升过程中更均匀细化,避免出现气泡“短路”现象,同时也能够更好地提高钢水循环效果和钢水成分混合效果。由此可见,梅钢RH精炼炉环流系统的技术改造是成功的,值得其他钢铁企业借鉴和推广。

摘要：宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司炼钢厂1#RH真空环流控制系统改造前由于采用一阀控多管,因而导致浸渍管经常发生堵塞、环流气体异常波动等问题,改造后,控制系统改为每个支管的每路管道单独采用质量流量计和流量调节阀,对气体流量进行调节,在整个系统的优化控制下,实现了环流气体流量的精确控制。本项目的实际成功运行可为其他炼钢企业提供借鉴。

关键词：RH真空精炼炉,环流控制,串级回路,质量流量计,PID调节

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