转炉系统（共12篇）
转炉系统 篇1
0 前言
随着钢铁冶金工艺及工业自动化技术的发展,新型的高级生产管理系统逐步得到推广,如企业资源计划(E R P)、制造执行系统(M E S)等。根据冶金行业自动化的分级,炼钢区域主要包含3级系统:一级基础自动化级(L1)、二级过程控制级(L2)、三级生产管理级(L3)。由于许多中小钢厂因为种种原因无法实现属于三级的M E S,于是一种功能完善、适应转炉炼钢融合过程控制级和生产管理级具备替代M E S的新型炼钢信息管理系统应运而生。根据其服务对象、具体功能特征及实时性分级,该系统属于二级系统。
炼钢信息管理系统采集现场实时数据、综合分析建模、模拟各工作站点的工作状态;指导冶炼工序、实现各个站点信息交互、共同协调生产节奏;处理相关生产工艺数据及管理数据,在一个生产周期完成后自动生成生产、工艺、考核等报表。
1 系统组成
以某钢厂为例阐述炼钢信息管理系统的原理。该厂生产工位包含1个废钢站、2座脱硫站、2座百吨转炉、2座精炼炉、2座连铸机等,钢水接受跨3台天车吊运钢水,生产组织管理由1个调度站负责。自动化PLC主要采用GE-S9030系列及西门子S7-300/400系列。部分未进PLC数据如电子秤(含无线电子秤)、光谱仪等都以串口方式输出。
二级系统需采集的现场数据主要分3类:PLC数据、串口数据和摄像机视频数据。从成本、稳定性及维护量综合考虑,所有的数据最终都以工业以太网方式传输,网络结构见图1。二级网络所有节点设备都采用M O X A工业级产品。系统数据采集分为3种方式:
(1)脱硫站、转炉站、精炼站、连铸站等P L C系统及局部DCS系统共同组建成一级工业以太网,PLC数据通过O P C服务器传入二级系统。
本系统OPC服务器安装KEPServer自动化软件,通过该软件的相关配置即可以连接工业太网中的所有P L C。O P C服务器采用双网卡分别连接一、二级网络,其采集了占9 0%以上的系统数据。二级系统中各站点通过工业以太网从O P C服务器采集各自需要的数据,根据各自站点的数据量分别采用同步和异步通信技术。一、二级网络的核心节点皆使用模块化结构的M O X A工业级网管型交换机P T-7 7 2 8系列。为了系统安全,需在O P C服务器安装防火墙软件进行安全隔离防护。
(2)光谱成分数据、信息大屏幕、无线接收器(含无线电子秤及天车定位系统)等串口设备通过MOXA串口服务器组建串口网络。串口数据通过串口服务器传入二级系统:将光谱仪的成分数据串口映射到转炉站电脑的虚拟串口,同时转炉站将获取的成分信息通过映射虚拟串口发送至现场信息大屏幕;铁水称重地磅串口虚拟至脱硫站电脑;废钢称重地磅串口虚拟至废钢站电脑;3套天车定位无线接收器串口虚拟至天车物流电脑。
(3)所有的IP摄像机通过MOXA视频服务器组建视频网络,视频信号通过视频服务器传入二级系统。在需要查看的站点通过视频电脑安装MOXA专用的网络视频监控软件可以录制存储,最多同时监控1 6个摄像机画面。该方式既节省了大量视频电缆又充分利用了现有网络、减少了施工量和维护量,在实际使用中比传统的通过视频切换器转换的方式更经济、灵活、方便。
2 系统工作原理
2.1 以调度为控制中心
调度站实现制造技术标准管理、制造命令管理、出钢计划管理及生产指挥监控功能。
调度站根据上级下发指令,可临时发送冶炼指令或事先编制指令计划表(人工排产)进行组织生产。指令包含信息为铁水的流向、脱硫站号、转炉炉座和钢水的流向、精炼炉座、连铸机座以及钢种、炉数等。在日常生产中,调度站通过二级系统对炼钢各工位实现文字加图像无缝式监控,可详细查看到每炉次的铁水从脱硫站至转炉以及转炉钢水至精炼、连铸全过程详细的实时状态,通过系统安排各生产工位的生产与检修计划。其次调度站还对系统生成的错误数据进行人工修正,维护系统的正常运行。
2.2 各站点分散式执行
脱硫站、废钢站、转炉站、精炼站、连铸站等各工位分站点子系统实现生产控制、炉次跟踪、品质判定、成分判定等任务。
分站点按照工艺流程循环执行接收指令、执行任务、完成指令,在作业执行中收集各自站点的作业时间、参数统计,在完成每炉次生产后生成各种工艺报表。分站点还与调度站共同实现信息共享交互,具体信息共享如图2所示的一个三角形模式。
2.3 物流系统
天车物流系统根据采集到的定位信号与电子秤重量判断钢包从修包位→转炉→精炼→连铸→倒渣→修包位一个作业周期的位置,并以天车在各工位对钢包的操作进行统计产生物流报表。该系统在连铸回转台位置获取每包钢水的重包重量和空包重量换算出钢水净重,用于支持料耗和收得率等产量的统计。天车物流系统配合系统中其他站点还可以进行在线实时修正钢包运行状态和各站点的工作状态,同时天车系统也将各工位的生产工序紧密连接成一体。
2.4 系统扩展功能
系统采用微软Windows操作系统和SQLServer数据库搭建二级系统数据库服务器,编程工具为Borland C++Builder。在实际运用中,充分扩展OPC服务器功能,配合SQLServer实时数据库开发了高效实用的工业实时数据库,实现PLC数据至SQL数据库转换时间低于1s,为系统数据通信开辟了多种方案。
针对系统的可靠性、可扩充性及可维护性,采取以下措施:为了使程序界面美观、运行稳定,系统开发中采用多线程技术;为使网络中所有工位工控机的系统时间统一,应用RFC868时间协议实现校时;开发网络自动诊断系统配合网管型交换机对网络硬件故障实现最有效的监管;转炉站子系统预留静态自动炼钢的数据接口,方便新的自动炼钢技术的研发。视频服务器将各生产现场的摄像机视频信号转换为数字信号引入了二级网络,可以预留开发相关视频监控系统:如转炉喷溅监控系统、连铸铸坯跟踪定位系统、车间节能型智能照明系统等。
为了充分利用和发挥本系统数据库功能,向钢厂办公网开放部分数据,利用.N E T技术对数据库进行二次开发和数据挖掘实现全生产线生产过程的优化。
3 结语
系统建成后实现了炼钢物流跟踪、质量跟踪及各类料耗统计和工艺指标考核,提高了产量、产品合格率、金属收得率,基本达到了管控一体化,满足了炼钢生产的根本需求;在节能降耗、开发新品种等方面也提供了强劲的数据支持。系统数据信息的实时性、准确性和完整性支持了在线决策功能。本系统既减轻了操作工和维修工的劳动强度,又提高了炼钢系统质量分析、技术分析和生产管理水平。
摘要：对一种新型的适应中小型转炉炼钢系统的信息管理系统的组建、数据采集方式进行了阐述:以工业以太网为框架,以OPC为主要数据采集方式,辅助于串口服务器及视频服务器,将管理、监控系统整合一体。最后对系统的稳定性、扩展性及兼容性和产生的效益做出了综合分析。
关键词：OPC,工业以太网,串口服务器,视频服务器
参考文献
[1]高泽平.炼钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社.2006
[2]邹云涛,吴重光.OPC技术初探及国内应用现状[J].石油化工自动化,2003(,6)
[3]郑秉霖,胡琨元,常春光.一体化钢铁生产计划系统的研究现状与展望[J].控制工程,2003(,1)
[4]Dale Rogerson.COM技术内幕[M].北京:清华大学出版社,1999
转炉系统 篇2
提高转炉一次除尘系统能力的生产实践
鞍山钢铁股份有限公司第二炼钢厂通过新增设备,设备改造,参数调整等措施,使烟囱排放的粉尘含量明显减少,风机能耗降低,煤气回收与蒸汽回收大幅度提高,提高了转炉一次除尘系统能力和整体环保水平.
作 者：王铁刚 张旭 高计岩 作者单位：鞍山钢铁股份有限公司,第二炼钢厂,辽宁,鞍山,114021刊 名：炼钢 PKU英文刊名：STEELMAKING年，卷(期)：26(2)分类号：X75关键词：环保 除尘 脱水 粉尘排放
转炉系统 篇3
关键词：转炉;干法除尘;零泄爆控制;静电除尘器;煤气回收
中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）30-149-2
0 引言
宣钢150吨转炉干法除尘系统采用国产化技术，通过系统集成与创新，在水、电消耗，烟尘排放浓度及转炉煤气回收率、设备正常运转率等各项指标上都达到和超过了引进干法除尘技术。在工艺及设备设计、制造、安装过程中进行了大量的创造性工作，实现了转炉干法除尘零泄瀑。同时推进转炉干法除尘系统技术、设备国产化，降低工程投资，促进转炉干法除尘技术的推广和应用。
转炉干法除尘系统的安全运行，与转炉系统生产组织、设备管理、工艺操作等密切相关，在生产应用中，形成一套完整的运行和管理方法，实现各专业的协同配合，充分保证系统运行安全、高效，同时培养一只高素质的管理和技术人员队伍，在行业内起到示范作用。为摆脱国外技术的壁垒，研发和推广转炉干法除尘系统，推动干法除尘系统的技术进步，形成具有技术特色、具有自主知识产权的成套技术。
1 技术方案
1.1 转炉干法除尘系统实现零泄爆控制
泄爆问题是转炉干法除尘技术的关键点。在转炉吹炼时，碳氧反应产生的CO与除尘系统存在的O2在除尘器里混合浓度达到爆炸极限时，即可能产生剧烈爆燃，造成除尘器内气体压力迅速上升。除尘器安装有泄爆阀，在除尘器本体爆炸压力高于泄爆阀设定开启压力时，保护除尘器。但这也难以完全避免中度以上泄爆对除尘器造成的损坏，更大的爆炸将导致除尘器严重损坏甚至失效，可能造成风机和杯阀的损坏。
引进的转炉干法除尘技术在实际应用时经常发生泄爆问题，对转炉炼钢生产的安全和连续稳定运行造成非常严重的影响，严重制约了其推广应用。特别是影响炼钢生产的稳定和连续性。通过对转炉钢厂干法除尘技术应用分析，解决了转炉各阶段泄爆原因。宣钢开发了具有自主知识产权的转炉干法除尘零泄爆控制技术，主要包括“零泄爆”工艺研发与应用，气流稳定技术开发、自动稀释氮气系统开发、电场防控泄爆程序开发等。
1.2 自主研发改造蒸发冷却器
蒸发冷却器的冷却效果和积灰问题的处理是干法除尘系统运行中的两大技术关键点。影响蒸发冷却器的冷却效果主要是蒸发冷却器形状、内部喷嘴形式、喷嘴布置方式、喷水量等因素。积灰因素则会造成冷却器内部空间变化，形成的气流涡旋，对转炉烟气流动的均匀性和流畅性造成影响，使冷却效果和除尘效果发生下降。
蒸发冷却器的优化设计，使温度场、流体场分布合理。经过大量过理论分析、数值计算和现场试验，实现蒸发冷却器的计算机仿真模型，模拟现场生产运行时的喷水温度、喷水量、水质、蒸汽出口温度等参数变化对冷却器实际运行状况的影响，结合汽化冷却烟道流场分析模型，优化蒸发冷却器设计，尤其与引进技术相比，改进了蒸发冷却器设计直径、高度，以及进口、出口管路形状，使流体场和温度场分布更加均匀、合理。
技术人员自主研发雾化喷头装置和蒸发冷却器温度控制程序，有效控制蒸发冷却器冷却效果。
在计算机仿真模型系统下优化设计，对积灰结垢问题进行有效解决。
根据计算机仿真模型的研究与实验数据，针对蒸发冷却器结垢问题，自主开发出可准确自动调节的雾化喷水技术，实现了喷水量完全蒸发。系统投入运行两年来，未发生积灰、结垢现象，设备运行平稳。产生专利：喷枪及喷雾冷却装置，申请号201120274759.0。
1.3 设计开发单电场控制高效静电除尘器
优化转炉干法除尘系统静电除尘器的极线、极板设计，解决了静电除尘器极线极板腐蚀问题;对其4个电场采用独立控制电场强度，达到烟气彻底净化的效果，同时节约电能消耗。产生专利：圆式静电除尘器阴极振打传动装置，申请号201120272808.7。
1.4 开发转炉干法除尘自测试软件
自主开发了一套自测试软件，在复产之前能够有效地验证和检查干法除尘系统，及时发现系统存在的问题产生预报警，提高设备运行的预警性，保证设备的安全稳定运行。已取得计算机软件著作权登记授权，登记号2009SR019975。
1.5 煤气回收系统优化
根据转炉煤气干法净化工艺特点和控制要求，自主开发了一套自测试软件，运用炉口环形微差压检测装置，在转炉炉口段烟道与活动烟罩连接的环形间隙内多点布置了8个自动取压点，采用氮气反吹扫及定期人工手动清理相结合的清理方式，保证了检测装置的可靠性与稳定性，多点布置及近距离取压也提高了检测的准确性。
自主研发了炉口微差压控制技术，优化了煤气回收系统供水、排水系统，发明设计了一种煤气冷却器排水设施，提高了煤气回收效率，大幅提高了排水系统的安全性。产生专利：一种煤气冷却器排水设备，申请号201220615858.5。
2 应用情况
本项目通过开发转炉干法除尘系统泄爆防控集成技术，在宣钢150t转炉成功开发并应用首套国产化转炉干法除尘系统。推动干法除尘系统的技术进步，形成了具有自主技术、具有自主知识产权的成套技术。本项目自投入生产后实现运行两年来系统18398炉无泄爆行业最好水平，实现了转炉冶炼零泄爆、耗水量小、除尘率高，年增收节支总额4315.5万元。系统运行安全稳定可靠，技术经济指标先进。主要指标如下：煤气回收133m3/t钢;工序水耗25kg/t钢;电耗2.51kwh/t钢;烟尘排放浓度达到6.3mg/Nm3。按年产350万吨钢计算，每年约可减少粉尘排放81吨，节能减排效益巨大。
3 实施效果
本项目整体技术水平达到国际领先水平。实现零泄爆：实现行业无泄爆最高纪录，并且还在延续，彻底解决了制约转炉干法除尘系统泄爆技术难题，保持了干法除尘系统转炉生产的安全、连续、稳定，为干法除尘系统的推广应用起到了巨大推进作用。耗水量小：通过蒸发冷却器、静电除尘器、管道结构优化设计，开发高性能喷嘴及优化喷嘴设置，本项目开发的转炉干法除尘系统实现了良好的节水效果，干法除尘工序耗水在0.025m3/t，达到行业先进水平。除尘率高：根据环保部门检测，宣钢150吨转炉干法除尘工序向大气排放的烟气浓度只为5-10mg/Nm3，与湿法除尘70-80 mg/Nm3的排放浓度比，每年按转炉钢产量350万t计算，干法除尘每年可减少向大气排放粉尘约81t，环境效益可观。耗电量小：湿法除尘采用文氏管除尘，阻力大。原有的湿法除尘风机全压在高达25-28 kPa的情况下仍然抽不净，还要配备庞大的高耗能进行二次除尘。根据测算，干法除尘阻力仅为湿法的1/3左右，加上电场耗电，吨钢消耗电约2.5kWh。
该项目指标先进、运行稳定、投资节省、推广前景广阔。通过在大型转炉上首家选用国产化除尘系统，在工艺及设备设计、制造、安装过程中进行了大量的创造性工作，实现了转炉干法除尘零泄瀑，推进了炼钢工序的节能降耗和环境改善，也为国产化干法除尘技术的深入应用和发展迈出了重要的一步。宣钢150t转炉干法除尘项目实施后，避免了烟气、粉尘对环境造成的污染，此外对国产化干法除尘技术也提供了肯定的支持，对于推动国产化干法除尘技术在国内国际上的发展都具有重大意义。
参 考 文 献
[1] 马宝宝，刘飞.济钢三炼钢转炉干法除尘系统泄爆控制的实践[J].科技信息，2010（13）.
[2] 赵明泉，赵鑫.预防转炉电除尘系统泄爆的有效措施[J].包钢科技，2010（02）.
转炉炼钢自动控制系统 篇4
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)
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[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)
转炉炼钢技术 篇5
09冶金（3）班 吴丰
一、摘要
转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转氧炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。本文系统阐述了转炉炼钢技术的原理以及介绍了整个的工艺流程；总结了转炉炼钢技术的发展历程和世界转炉炼钢趋势。
二、引言
早在 1856 年德国人贝赛麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其发展受到了限制。1879 年出现 了托 马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可 以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一 般不能多用废钢。随着工业 的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉 炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在 1864 年创立了平炉炼 钢法，1888 年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容 量大，生产的品种多，所以不到 20 年它就成为世界上主要的炼钢方法，直 到 20 世纪 50 年代，在世界钢产量中，约 85%是平炉炼出来的。1952 年在 奥地利 出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含 79 % 无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉 的焦炭耗量，且能使用更多的废钢。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约 10min，而平炉则需 7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢 的主流。转炉炼钢(图 2)其实 130 年以前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了用氧气炼钢的设 想，但受当时条件的限制没能实现。直到 20 世纪 50 年代初奥地利的 Voest Alpine 公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了氧气顶吹转炉，亦称 LD 转炉。顶吹转炉问世后，其发展速度非常快，到 1968 年出现氧气底吹法 时，全世界顶吹法产钢能力已达 2.6 亿吨，占绝对垄断地位。1970 年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹法，各 种类型的底吹法转炉（如 OBM，Q-BOP，LSW 等）在实际生产中显示出许多 优于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。3 顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失 大和冶炼超低碳钢 困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺 点。但由于底吹法用碳氢化合物冷却喷嘴，钢水含氢量偏高，需在停吹后 喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显现出的明显差别，故在 20 世纪 70 年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶 底复吹冶炼法。继奥地利人 Dr.Eduard 等于 1973 年研究转炉顶底复吹炼钢 之后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹 转炉，到 20 世纪 80 年代初开始正式用于生产。由于它 比顶吹和底吹法都 更优越，加上转炉复吹现场改造 比较容易，使之几年时间就在全世界范围 得到普遍应用，有的国家（如日本）已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉。传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并 按一定 比例装入废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度 吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水 温度和成分达到 目标值范围就 出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢 过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送 模铸场或连铸车间铸锭。
三、关键字
转炉炼钢
氧枪
造渣
装料
优化炼钢工艺
四、正文
（一）：转炉炼钢流程介绍。
（二）、转炉炼钢氧枪位控制.（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。
（四）我国转炉的发展概况.(五)世界转炉炼钢发展趋势.(六)优化转炉炼钢工艺
（一）、转炉炼钢流程介绍
转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放 出大量的热量（含 1%的硅可使生铁的温度升高 200 摄氏度），可使炉内达到足 够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为： “四 脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温 度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。本专题将详细介绍转炉炼钢生产的工艺流程。
1.1 转炉冶炼原理简介
转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水、废钢、铁合金，非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂，气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。非金属料是在转炉炼钢过程 中为了去除磷、硫等杂质，控制好过程温度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石），熔剂（萤石、氧化铁皮），冷却剂（铁矿石、石灰石、废钢），增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许 9 多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转 炉处于水平，向内注入 1300 摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后 鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2 , MnO,)生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使 反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现 巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰 反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把 转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需 15 分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就 是顶吹转炉。转炉冶炼工艺流程简介： 转炉冶炼工艺流程简介： 转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六 步组成：（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟 雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min 后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉 口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；（4）3～5min 后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约 12 min 后火焰微弱，停吹）；（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。1.2、转炉炼钢主要工艺设备简介：
转炉炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒 形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢 设备，也可用于铜、镍冶炼。10 AOD 精炼炉 AOD 即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD 炉型根据容量 有 3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t 等。装备水平也由半自动控制发展到智能 计算机控制来冶炼不锈钢。VOD 精炼炉 VOD 精炼炉是在真空状态下进行吹氧脱碳的 炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度 调整、化学元素调整。LF 精炼炉 LF（ladle furnace)炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过 电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。转炉倾炉系统 倾炉系统:变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮)倾炉机构： 倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。1.3转炉冶炼目的: 将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁 的物理、化学性能与力学性能更好的钢。钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于 2.11%称之钢，它的熔点在 1450-1500℃，而生铁的熔点在 1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元 素形成 Fe3C 固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧 性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔 等深加工，其用途十分广泛。氧气顶吹转炉炼钢设备工艺： 如图 4 所示。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加 入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于 99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧 化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的 影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备 出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂 进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以 再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它 的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净 化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以 用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水 蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的 炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出 的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼 过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。1.4、转炉炉体工艺参数
转炉炉体
1.4.1 炉体总高（包括炉壳支撑板）：7050mm 1.4.2 炉壳高度：6820mm 1.4.3 炉壳外径：Φ4370mm 1.4.4 高宽比: H/D=1.56 1.4.5 炉壳内径：Φ4290mm 1.4.6 公称容量：50t 1.4.7 有效容积：39.5m 3 1.4.8 熔池直径: Φ3160mm 1.4.9 炉口内径：Φ1400mm 1.4.10 出钢口直径：140mm 1.4.11 出钢口倾角(与水平):20° 1.4.12 炉膛内径：Φ3160mm 1.4.13 炉容比:0.79m /t.s 1.4.14 熔池深度：1133mm 1.4.15 炉衬厚度：熔池：500mm 炉身：500mm 炉底：465mm 炉帽：550mm 1.4.16 炉壳总重：77.6t 3 11 1.4.17 炉衬重量：120t 1.4.18 炉口结构：水冷炉口 1.4.19 炉帽结构：水冷炉帽
1.4.20 挡渣板结构：双层钢板焊接式 1.4.21 托圈结构：箱式结构（水冷耳轴）
倾动装置
型式：四点啮合全悬挂扭力杆式（交流变频器调速）
最大工作倾动力矩：100t*m 最大事故倾动力矩：300t*m 倾动角度：±360°
倾动速度：0.2～1r/m5.1、前言
（二）、转炉炼钢氧枪位控制
2.1、前言
（1）.氧枪介绍
氧枪又称喷枪或吹氧管，是转炉吹氧设备中的关键部件，它由喷头（枪头）、枪身（枪体）和枪尾组成。转炉吹炼时，喷头必须保证氧气流股对熔池具有一定 的冲击力和冲击面，使熔池中的各种反应快速而顺利的进行。(2).枪位对炼钢的重要性
在转炉炼钢整个炉役中，随着炼钢炉次的增加，炉衬由于受到侵蚀不断变薄，炉容不断增大，因此，每隔一定炉次对熔钢液面进行测定，根据装入制度(定深 装入或定量装入)及测定结果确定氧枪高度，而在两次测定期间，氧枪高度保持 不变。同时，在具体每一个炉次中，按照吹炼的初期、中期和末期设定若干不同 高度〔1〕，而在每一时间段内，其高度是不变的。由于在转炉炼钢过程中要向 炉内分期分批加入造渣剂、助熔剂(初期)等造渣材料和冷却剂(末期)，使炉内状 况发生变化，相当于加入一个扰动，同时在不同阶段，渣的泡沫程度及粘度也不 同，而目前的固定氧枪高度吹炼不能及时适应这些情况，从而使炉内的反应及退 渣不能平稳地进行。造渣是转炉炼钢过程中的一项重要内容，渣的好坏直接关系 到炼钢过程能否顺利进行，有时甚至造成溢渣或喷溅，从而降低钢的收得率以及 粘枪，因此要尽量避免溢渣和喷溅。另一方面，固定枪位的吹炼模式也无法适应 铁水、废钢、造渣材料等化学成分变化引起反应状况的不同。针对转炉炼钢过程 12 中固定枪位所存在的问题，我们采用模糊控制的方法使氧枪枪位根据炉内的具体 情况进行连续调节，同时针对转炉炼钢是一炉一炉进行的，炉与炉之间既不完全 相同又有联系的特点，采用自学习技术确定每一炉次氧枪的枪位，使转炉炼钢过 程平稳进行，从而提高碳温命中率。in
2.2/枪位控制
目前，转炉炼钢氧枪枪位一般是根据吹炼状况分段设定的〔1〕。在每一段 中，枪位不再变化，如图 1 所示。在本文中，根据转炉炼钢的不同阶段采用不同 的控制策略。在吹炼初期和中期，由于分批加入造渣材料和助熔剂，且渣高与声 音具有明确的反比关系，因此采用模糊控制调节枪位。而在吹炼末期，则采用较 低的固定枪位进行吹炼，以利于石灰进一步渣化，使脱碳反应按扩散进行，渣钢 反应趋于平衡，炉内钢水成分和温度得以均匀。在初、中期的模糊控制中仍然采 用这种分段设定的枪位作为基本设定，而在每一段中，根据炉况采用模糊控制对 枪位进行自动调节，即 u=u0+Δu，其中 u 为要控制的氧枪枪位，u0 为每个阶段 设定的基本枪位，Δu 为对枪位的调整量。
（1).氧枪升降要求 为适应转炉吹炼工艺要求，在吹炼过程中，氧枪需要多次升降一调整枪位。转炉对氧枪升降机构提出了要求，应具有合适的升降速度并可以变速，并能保证 氧枪升降平稳、控制灵活、操作安全。氧枪漏水等出现故障时能快速更换氧枪、结构简单便于维护。
（5）、量化因子的选取及自调整 采用模糊控制的氧枪枪位控制系统如图 3 所示(见下页)。由于在转炉炼钢过 程中，每个阶段声音大小不同，基本枪位不同，因此声音的给定值 S 与一般恒值 控制系统不同，它随着冶炼进程而不断变化。在吹炼初期，声音的给定值比较大，随着冶炼的进行，给定值逐渐减小，到吹炼中期和后期，声音的给定值基本不变，维持在一个较小的数值。为了适应这一情况，使得在整个冶炼过程中误差及其变 化率都能比较均匀地归一化到〔－1，1〕的整个区间内，提高系统的控制精度，对量化因子进行调整。选误差 SE 的量化因子 K1＝1／Se，误差变化率 SC 的量化 因子 K2＝1／Sc，其中 Se 和 Sc 分别为误差及误差变化率的基本论域，比例因子 K3＝uh,uh 为控制量即氧枪移动范围。由于声音误差范围随着给定值的变小而变 小，因此在吹炼中后期为了提高控制能力，应加大误差的量化因子，否则就会使 量化后的误差很难进入到较大的模糊子集内，无法实现有效的控制。因为 S 随着 吹炼的进行逐渐减小，到一定阶段开始稳定，所以使 K1＝1／Se=1／S，从而实 现了对误差量化因子的自调整。由于给定的声音大小及基本枪位对声音误差变化 率影响不大，故在整个吹炼过程中不改变 K2 的大小。对于比例因子 K3，为了适 应 K1 变化对模糊控制输出的影响，使得在同样的声音误差情况下，不因 K1 的增 大而使氧枪移动过大，因此比例因子 K3 应随着 K1 的增大而减小，故使 K3＝uh ＝K0S，其中 K0 为系数，根据本炉次枪位设定值及给定的声音最大值确定。比例 因子及量化因子经过上述的臊调整，使得在吹炼中后期对声音误差的灵敏度增 加，提高了控制精度。2.3、枪位自学习
转炉炼钢是一炉一炉进行的，在每一炉的冶炼过程中，它是一个连续升温脱 碳过程，与连续工业过程有些类似，但冶炼时间比较短，被控量是不断变化的，炉与炉之间没有本质的必然联系，每炉的冶炼独立进行，因此从整体上看，与连 续工业过程又有着明显的区别。另一方面，它又具有某些断续工业的特点，每一 炉相当于一个加工工件，但它又绝不是断续工业。从上面的分析可以看出，转炉 炼钢既不同于连续工业和断续工业，与它们又有一定的联系，因此转炉炼钢是介 于连续工业过程和断续工业过程之间的一类复杂工业过程，这就使得其控制具有 一定的特殊性。基于转炉炼钢炉与炉之间的联系，利用自学习技术确定下一炉次 枪位模式，可以很好地反映炉衬变化及原材料化学成分波动给冶炼带来的影响，使冶炼过程更加平稳。枪位的学习采用迭代自学习〔3〕。设 yd(k,j)为一个炉役中第 k 炉第 j 段 时设定的基本枪位，y(k,j)为第 k 炉第 j 段时的实际枪位(指第 j 段的平均枪位)，其差值为Δy(k,j)=y(k,j)-yd(k,j)，说明枪位设定存在偏差，应修改下一炉的 枪位设定高度，进行枪位自学习。学习过程中，枪位的确定使用加权移动平均算 法〔4〕。这种方法的优点是需要数据量少，并且非常稳定，因而所需计算机内 存和计算量都比较小。取前边最近四炉的实际氧枪高度的加权平均值作为下一炉 氧枪高度设定值，即 yd(k+1,j)=a1y(k,j)+a2y(k-1,j)+a3y(k-2,j)+a4y(k-3,j)其中(7)a1、a2、a3、a4 为加权因子，且有 a1＋a2＋a3＋a4＝1。另外前边最近四炉指的是吹炼过程平稳、无较大或大喷、终点碳温同时命中且所 炼钢种相同的炉次，每炼一炉钢都要根据吹炼结果对所选炉次更新一次，以保证 总是使用最新四炉的数据，这样可以充分反映炉衬、铁水、废钢、造渣材料等的 最新变化，消除了各种异常情况等随机因素的影响，使氧枪设定更能适应生产实 际，提高炼钢过程的稳定性和终点命中率。2.4、仿真研究
对一座 15t 转炉进行仿真研究，仿真结果如图 4 所示。图中右侧纵坐标为声 音给定值(标幺值)，曲线 1 为声音给定，曲线 2 为基本枪位设定，曲线 3 为实际 氧枪高度。图 4(a)为没有造渣材料加入时氧枪高度变化情况，图 4(b)给出了在 第 2 分钟、第 4 分钟和第 7 分钟分 3 次加入造渣材料时氧枪高度变化情况。17 由上图可得出结论； 炼钢期间会发出很 强的声音，这种声音的大小与炉内状况存在着明确的对应关系，声音的强度与炉 渣高度成反比，尤其是在吹炼的初期和中期，这种关系更为准确。在转炉炼钢过程中，氧枪是必不可少的设备，氧枪的枪位直接关系到脱碳、升温及冶炼过程的平稳进行。采用模糊控制根据炉内状况对氧枪位进行连续调 节，克服了固定枪位不能及时适应炉况变化的缺点，同时利用转炉炼钢是一炉一 炉进行的，炉与炉之间存在着一定的联系的特点，使用迭代自学习技术修改枪位 的设定，适应了炉衬变薄及炼钢原料化学成分波动带来的不利影响。
（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。
3.1、装料制度
确定合理的装入量，需考虑的两个参数： 炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t 转炉)； 熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm(30-300t 转炉)装料制度：定量装入、定深装入；分阶段定量装入。分阶段定量装入：1－50 炉，51－200 炉，200 炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。
（三）.转炉冶炼工艺： 转炉冶炼五大制度： 装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点 控制及合金化制度。
3.2、供氧制度
基本操作参数 供氧强度 Nm3/t.min 氧气流量 Nm3/h 操作氧压 Mpa 氧枪枪位 m 供氧强度(Nm3/t.min)决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一 般 3.0-4.0。氧气流量大小(Nm3/h)： 装入量，C、Mn、Si 的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。氧压(Mpa)喷头的喉口及马赫数一定，大，P 流量大,有一范围 0.8－1.2Mpa。氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2 吨钢耗氧量计算： ％ C Si Mn P S 铁水成分 ４.３ 0 ０.８ ０ ０.２ ０ ０.１ ３ ０.０４ 成品成分 ０.２０ ０.２７ ０.５０ ０.０２ 转炉公称容量为 100 吨时，炉渣量为 ：100×10％＝10 吨 铁损耗氧量 10×15％×16/(16＋56)＝0.33 吨 〔C〕→[CO] 耗氧量 100×(4.30%-0.20%)×90%×16/12=4.92 吨 〔C〕→[CO2] 耗氧量 100×(4.30%-0.20%)×10%×32/12=1.09 吨 〔Si〕→[SiO2]耗氧量 100×0.8%×32/28=0.914 吨 〔Mn〕→[MnO]耗氧量 100×0.2%×16/55=0.058 吨 〔P〕→[P2O5] 耗氧量 100×0.13%×(16×5)/(31×2)=0.168 吨 [S] 1/3 被气化为 SO2, 2/3 与 CaO 反应生成 CaS 进入渣中, 则〔S〕不 耗氧。总 耗 氧 量 ＝ 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48 吨 /1.429 ＝ 5236Nm3 实际耗氧量＝5236/0.9/99.5%=5847Nm3 实际吨钢耗氧量＝5847/100=58.37Nm3/t 两种操作方式： 软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中 FeO 升高、有利于脱磷； 硬吹：高压低枪位(与软吹相反)，脱 P 不好，但脱 C 好，穿透能力强，脱 C 反应激烈。氧枪操作方式 氧枪操作就是调节氧压和枪位。氧枪的操作方式： 衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控制不好； 恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操作方式
3.3、造渣制度
炼钢就是炼渣。6 造渣的目的：通过造渣，脱 P、减少喷溅、保护炉衬。造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的 FeO 及 MgO、正常泡沫化 的熔渣 造渣方式： 单渣法：铁水 Si、P 低，或冶炼要求低。双渣法：铁水 Si、P 高，或冶炼要求高。留渣法：利用终渣的热及 FeO，为下炉准备。成渣速度 转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是决定冶炼速度的 重要因素。石灰的熔解： 开始吹氧时渣中主要是 SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶 解速度，可用下式表 J＝K（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1）形成 2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO 可加速石灰熔化。因为可降低炉 渣粘度，破坏 2CaO*SiO2 的存在。采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。成渣途径 钙质成渣 低枪位操作，渣中 FeO 含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。铁质成渣过程 高枪位操作，渣中 FeO 含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁 才下降。适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO 高，炉渣泡沫化严重，易产 生喷溅。吹炼过程熔池渣的变化
3.4、温度制度
温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间 影响终点温度的因素： 铁水成分:[%Si]=0.1,升高炉温约 15 ℃ 铁水温度：铁水温度提高 10℃，钢水温度约提高 6 ℃（30t）铁水装入量： 每增加 1 吨铁水，终点钢水温度约提高 8 ℃（30t）废钢加入量： 每增加 1 吨废钢，终点钢水温度约下降 45 ℃（30t）7 此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响 温度控制措施： 熔池升温： 降枪脱 C、氧化熔池金属铁。金属收到率降低； 熔池降温： 加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。
3.5、终点控制及合金化制度：
终点控制指终点温度和成分的控制 终点标志： 钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围 钢中 P 达到要求 出钢温度达到要求 终点控制方法： 终点碳控制的方法： 一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。一次拉碳法：按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当达到要求时 提枪。操作要求较高。优点：终点渣 FeO 低，钢中有害气体少，不加增碳 剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。增碳法：所有钢种均将碳吹到 0.05%左右，按钢种加增碳剂。优点： 操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按钢种规格略高一些进 行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。终点温度确定： 所炼钢种熔点： T＝1538－∑△T×j △T: 钢中某元素含量增加 1％时使铁的熔点降低值，j 钢中某元素％含量。考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求.减少喷溅的 发生，使氧枪枪位在整个炉役期间始终处于最优位置。
（四）我国转炉的发展概况：
1951 年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功，并于 1952 年投入工业生产。1954 年开始厂小型氧气顶吹转炉炼钢 的试验研究工作，1962 年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成 3t 氧气顶吹转炉，开始了工业性 试验。在试验取得成功的基础上，我国第一个氧气顶吹转炉炼钢车间（2×30t）在首钢建成，于 1964 年 12 月 26 日投入生产。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建 了一批 3.5~5t 的小型氧气顶吹转炉。1966 年上钢一 19 厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成 3 座 30t 的氧气顶吹转炉 炼钢车间，并首 次采用了先进的烟气净化回收系统，于当年 8 月投入生产，还建设了弧形 连铸机与之相配套，试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢 的品种。这些都为我 国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。此后，我国原有的 一些空气侧吹转炉车 间逐渐改建成中小型氧气顶吹炼钢车 间，并新建了 一批中、大型氧气顶吹转炉车 间。小型顶吹转炉有天津钢厂 20t 转炉、济 南钢厂 13t 转炉、邯郸钢厂 15t 转炉、太原钢铁公司引进 的 50t 转炉、包 头钢铁公司 50t 转炉、武钢 50t 转炉、马鞍山钢厂 50t 转炉等；中型的有 鞍钢 150t 和 180t 转炉、攀枝花钢铁公司 120t 转炉、本溪钢铁公司 120t 转炉等；20 世纪 80 年代宝钢从日本引进建成具 70 年代末技术水平的 300t 大型转炉 3 座、首钢购入二手设备建成 210t 转炉车间；90 年代宝钢又建成 250t 转炉车间，武钢引进 250 转炉，唐钢建成 150 转炉车间，重钢和首钢 又建成 80t 转炉炼钢车间；许多平炉车间改建成氧气顶吹转炉车间等。到 1998 年我国氧气顶吹转炉共有 221 座，其中 100t 以下的转炉有 188 座，（50~90t 的转炉有 25 座），100-200t 的转炉有 23 座，200t 以上的转炉有 10 座，最大公称吨位为 300t。顶吹转炉钢占年总钢产量的 82.67%。世界转炉炼钢趋势
提高钢水洁净度，即大大降低吹炼终点时的各种夹杂物含量，要求S低于0.005%；P低于0.005%，N低于20ppm。提高化学成分及温度给定范围的命中精度，为此采用复合吹炼、对熔池进行高水平搅拌并采用现代检测手段及控制模型。减少补吹炉次比例，降低吨钢耐材消耗。
铁水预处理对改进转炉操作指标及提高钢的质量有着十分重要的作用。美国及西欧各国铁水预处理只限于脱硫，而日本铁水预处理则包括脱硫、脱硅及脱磷。例如1989年日本经预处理的铁水比例为：NKK公司京滨厂为55%，新日铁君津厂为74%，神户厂为85%，川崎千叶厂为90%。
日本所有转炉钢厂，美国、西欧各国的几十家钢厂以及其它国家的所有新建钢厂，在转炉上都装有检测用的副枪，在预定的吹炼时间结束前的几分钟内正确使用此枪可保证极高的含碳量及钢水温度命中率，使90%-95%的炉次都能在停吹后立即出钢，即无需再检验化学成分，当然也就无需补吹。此外，这也使产量提高，使补衬磨损大大减少。
复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定，因而在许多国家得到推广。80年代初期诞生于卢森堡和法国的LBE炼钢法，除原型方案外，相继演化出一系列派生工艺，有20多种名称，例如：STB、LD—KC、BAP、TBM、LD—OTB、LD—CB、K—BOP、K—OBM、LET等。无论是LBE原型，还是各派生工艺，实践证明它们有其各自的优势。LBE、LD—KC、BAP、TBM这些方法实际无差别—都是炉顶吹氧及经炉底喷人氩气。还有一些方法是从炉底输入一氧化碳、二氧化碳、氧气。各种复合吹炼工艺可用以下数字（转炉座数）说明其推广情况。1983年63座，1988年140座，1990年228座。奥地利、澳大利亚、比利时、意大利、加拿大、卢森堡、葡萄牙、法国、瑞士、韩国等这些国家全部或几乎全部转炉都采用复合吹炼。
单纯底吹的氧气炼钢法（Q—BOP、OBM、LWS）未能推广。1983年运行的这类转炉有26座，而到1990年只剩下18座。
日本采用所谓的吹洗法，即在炉顶吹氧结束时，接着从炉底吹氩，使钢水中碳含量达到0.01%。这对汽车用钢、薄板用钢及电工用钢的冶炼尤为重要。
值得注意的是，日本正在开发复合吹炼条件下调控冶炼过程用的新方法及新设备。其中有利用炉顶氧枪里的光缆随吹炼进程连续监测钢中锰含量；利用装于炉底的光纤传感器以及利用所排气体信息连续监测钢水温度；并在进行喷溅预测及预防方面的研究。
神户制钢公司开发的喷溅预测是以顶吹氧枪悬吊系统的检测为基础。日本NKK公司京滨厂是通过对出钢口的监测来减轻喷溅。当熔渣猛烈上浮时，视频信号发出往炉内添煤或石灰石的指令。比较好用的材料（从平息熔池的时间来说）是煤。转炉炉衬寿命是极为重要的课题。日本、美国及西欧各国资料分析表明，影响炉衬磨损的各项冶炼参数，例如后期渣氧化度、碱度及吹炼终点时钢水温度，各国钢厂之间并无大的差别。只有通过用副枪检测方可将对炉衬最为有害的后吹时间从10-15min减少到1-3min及消除补吹。
（六）优化转炉炼钢工艺
转炉炼钢工艺各项指标取决于铁水的化学成分，而对铁水的主要要求是含硫量低（低于0.03%），相应要求较高含硅（0.7%-0.9%）及具有优化造渣所需的锰量（0.8%-1.0%）。
炼铁炼钢各阶段脱硫过程理化规律及动力特性分析表明，在动力方面，在铁水中比在钢水中更容易保证脱硫反应，因为在含碳量较高及氧化度较低条件下硫具有更高的活性。然而在高炉炼铁当中很难脱硫，因为在高炉一系列复杂的氧化—还原反应中，深脱硫的各种热动力条件的能量不可避免地会增高硅含量并因此导致石灰及焦炭消耗的增加及产量的下降。因此，生产低硫铁需周密策划工艺，采用含硫最少的炉料及制备高碱度混成渣 在转炉吹炼中脱硫也无效果，因为钢渣系中达不到平衡状态，渣与钢间的硫分配系数因熔池氧化度高及碳含量低，仅为2-7。如此低的硫分配系数使得难以在转炉冶炼中实现深脱硫，并导致炼钢生产在技术及经济上的巨大消耗。无论是在高炉炼铁，还是在转炉炼钢当中都保证不了金属有效脱硫所需的热动力条件，因此进行高炉炼铁及转炉炼钢过程中的深脱硫研究，在技术及经济上都是不可取的。而合理的作法是将脱硫过程从高炉及转炉中分离出来。这就可简化烧结—高炉—转炉生产流程降低生产成本。将脱硫从高炉及转炉中分离出来，使高炉炉外脱硫成为设计大型联合钢厂和重要工艺环节，在冶炼低硅铁的同时不必再为保证转炉中的精炼进行代价很高的高炉炉外脱硅。铁水原始硅含量低还可降低锰含量。在氧气转炉炼钢中锰的作用非常重要，它决定着及早造渣所需的条件并对出钢前终点钢水氧化度起调节作用，长期实践证明，需设法使铁水中锰保持0.8%-1.0%的水平，因而在烧结混合料中必需补充锰，而这就提高了成本。烧结—高炉—转炉各流程锰平衡分析表明，上述锰在高炉里还原、然后在转炉里氧化导致锰原料及锰本身不可弥补的巨大损失，而且还给各生产流程操作增加很多麻烦。在碳含量很低（0.05%-0.07%）条件下停止吹炼时，氧化度的影响如此之大，以致会把锰的最终含量定在极窄范围内，实际上已很少再与铁水原始锰含量相关。在这种条件下，尽管铁水原始锰含量达0.5%-1.2%，但钢的最终锰含量实际上都一样（0.07%-0.11%）。因此在当代转炉炼钢工艺条件下（各炉次都有过吹操作），没必要在烧结混合料中使用含锰原料来提高铁水原始锰含量，更合理的作法是冶炼低锰铁。同时为节约低锰铁在转炉炼钢中脱氧的用量，研究直接采用锰矿石的效果具有重要意义。对众多炉次进行工业平衡计算所得工艺指标的对比表明，冶炼铁水不添加锰矿石，而在转炉炼钢中添加锰矿石，与用含锰1.13%的铁水炼钢，这两种炼钢法相比，前者每吨生铁可节省锰矿石15.3kg.此外，还可减少锰铁1.3kg／t钢、石灰5kg／t，氧气2.17m3／t的耗量，并可大大缩短吹炼时间。
铁水中硅、锰含量低及无需脱硫，这些条件会改变造渣机理及动力特性，因为这时石灰消耗下降，渣量减少，渣碱度及氧化度增高。在这样的条件下，渣的精炼功能只限于铁水脱磷。这样就能在转炉冶炼本身中多次利用渣，使渣具有很高的精炼能力。
根据这一原则开发出转炉炼钢新工艺，即在转炉炼钢本身中多次（3-5次）利用后期渣（循环造渣）。采用这样的工艺可降低石灰消耗及渣中铁损。及早造就高碱度氧化渣，及使硅、锰含量低可提供钢水深脱磷所需的强劲动力
五、参考文献
（1）邓丽新； 提高转炉煤气回收量的探讨
中国钢铁年会论文集（上）[C];1997年
（2）付丹；合理利用转炉煤气的分析研究与实践 1997中国钢铁年会论文集（上）[C];1997年
（3）兆春民;李兴云;潘广宏;有效回收利用转炉煤气资源促进钢铁工业的发展
六、总结
转炉系统 篇6
【关键词】转炉氧枪；变频器；调速；智能电阻
0.前言
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能。目前冶金行业流行的顶吹式炼钢中氧枪自动控制系统担负着对从转炉顶部进行吹氧冶炼的氧枪的升降控制，其控制要求稳定可靠性好、控制精度高、响应速度快，其定位以及升降控制在吹炼过程中起着重要作用，直接影响到生产出钢水的质量。
1.氧枪控制系统的构成
1.1氧枪控制系统的设备构成
控制系统都是由电磁站内的PLC控制变频器，再由变频器驱动氧枪升降电动机工作，电动机通过减速机带动氧枪钢丝绳滚筒运转，钢丝绳牵引着装有氧枪的小车在固定的轨道上进行升降运动。为了将氧枪小车的位置信号反馈给PLC，在电机另一端装有氧枪高度编码器，在减速机另一端装有凸轮控制器。为了控制氧枪不至于冲顶或坠地，另外在氧枪的活动轨道上方还有两个机械上极限限位，在氧枪的固定轨道上还装有一个机械下极限限位。为了检测钢丝绳是否松驰，在钢丝绳的另一端装有张力检测传感器。
1.2智能主令控制器
转炉氧枪控制系统采用西门子智能编码器，在自动化系统中，编码器把实际的机械参数值转换成电气信号传入PLC进行处理。其具有运行可靠、响应速度快、分辨率高、控制正确、调整方便、状态存储等优点。智能编码器通过检测卷筒转动来得到正确的位移量，系统通过检测到不同的位移信号来发出指令通过程序来控制变频器起停、变速等。
1.3变频器
转炉氧枪控制系统采用的是施耐德Altivar61变频器并加有智能电阻器。
2.变频器的基本结构
变频器一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。 见图1。
图1 变频器基本构成
2.1整流器
电网侧的变流器称为整流器，其作用是把交流电源转换成直流电源。整流器一般都是单独的一块整流模块。
2.2平波回路
平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压（电流），一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。
2.3控制电路
主要由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路构成。变频器采取的控制方式，有速度控制、转拒控制、PID或其它方式。
2.4逆变器
负载侧的变流器称为变流器，逆变器同整流器相反，逆变器是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断，从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。
3.转炉氧枪控制系统的控制方式
3.1转炉氧枪控制过程为
整个氧枪自控系统是由西门子S7-400的PLC进行控制的。操作室手柄发出的提枪或下枪指令传入PLC的模拟量输入模块时，同时检测氧枪升降的条件是否具备，包括张力是否正常、最高点或最低点是否工作，其它条件是否满足下枪或提枪条件。
通过设定启动频率，第一运行速度、第二运行速度等多点速度（具体何时变速由智能编码器发出）。逆变器运行的条件是接到上升、下降命令，此命令由PLC根据运行约束条件输出上升、下降点来控制。
3.2在转炉氧枪控制系统中，变频器是其中不可或缺的部分，接线图见图2。变频器在调速过程中具有以下优点：
图2 变频器基本接线图
（1）调速连续方便，分段预置，调速过程中连续平滑。
（2）实现了低频低压的软起动和软停止，使运行更加平稳，减小机械冲击，延长电气元件使用寿命。
（3）启动及加速过程冲击电流小。对整个电网影响小。
4.变频器在氧枪控制中出现的问题及解决方法
4.1故障
转炉氧枪在一段时间内频繁出现故障，在自动控制过程中，其在上减速过程中总是出现变频器断电现象，而在手动使用时就没有这个现象出现。
4.2故障分析
4.2.1机械部分
故障发生后，立即检查，卷筒与减速机连接方式为直连式，中间采取滑块方式来减少连接间隙，保证设备精度。检查减速机连杆、滑块及滑块套。均无发现机械间隙，配合良好，无松动。
检查氧枪机械制动部分，检查液压推动器及行程，储能器，及闸皮，并未发现问题。
4.2.2电气控制
现场电气硬件包括，位移传感器，正位传感器，接线屏蔽等，通过正位传感器信号与偏位传感器进行对比，比较出信号，排除位移传感器故障。通过手动操作氧枪，从电气信号监控和反馈信号对比，排除正位传感器故障。检查传感器接头是否有松动及屏蔽情况是否良好，排除电气系统方面的故障。
电气软件方面，观测变频器控制反馈信息，氧枪在上减速位置时，发现设定指令与实际反馈指令比较后，实际反馈滞后于设定反馈3s左右。
在标定变频器给定指令时，出现误差。有滞后或超前的现象。
5.故障排除
优化变频器控制参数，在开始工作时，氧枪从低速到高速调整范围小，稳定性差，要求编码器开始工作时，输出位置信号，给定变频器快速信号，使变频器输出频率增大。来驱动氧枪快速运行。氧枪在快速运行至上减速位置时，智能编码器给出变速信号时，变频器先通过内置减速时间设定来进行微调。调整变频器内置参数，设置减速时间，让变频器进行自检，通过比较自行校正。
调整变频器智能电阻器，增大智能电阻器的阻值，由原来的5欧姆调整到8欧姆。经过调整后，观查增大后的阻值适合变频器的运行。经过上述调整，在氧枪后期运行过程中，原来出现的故障问题消失。
6.结束语
通过转炉氧枪控制系统的改进和调整，各项参数的优化及智能变阻器的大小调整，消除了自动过程中出现的变频器断电故障，充分利用了备件的本身特性，达到了生产使用要求。解决了实际中的难题。降低了备件成本。延长了设备的使用周期。
系统自运行以来，没有发生氧枪升降不正常的现象，系统定位精度高，生产效率和设备开机率明显提高；系统人机对话功能简单灵活，维护效率提高；减少了不安全因素。
【参考文献】
[1]吴忠智，吴加林.变频器应用手册.北京：机械工业出版社，2004.
[2]戴峻浩主编.电子技术基本教程（1），（2）[M].兵器工业出版社，1992.
转炉炼钢厂房屋面系统设计 篇7
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。
转炉浊环水系统水处理应用 篇8
转炉除尘水是用来处理转炉烟气的, 转炉烟气中含有大量造渣剂石灰 (CaO) 粉末, 在烟气冷却、洗涤过程中, 因水气接触进入水中, 成为转炉烟气洗涤污水, 污水经过水处理单元 (混凝沉降、冷却、水质稳定) 后变成清水, 循环回用。转炉除尘水具有高硬度、高悬浮物、高pH值等水质特点。循环使用过程中, 如水中含有大量的结垢物质会给除尘设备造成严重的堵塞, 影响炼钢厂正常生产。
不锈钢动力车间转炉除尘水系统始建于2003年, 主要处理厂内1#、2#转炉除尘水, 1#转炉除尘水流量约450m3/h, 2#转炉除尘水流量约560m3/h。两座粗颗粒分离机, 大小斜板沉淀池。工艺流程见图1
2 水系统存在问题
2.1 转炉除尘水回水高悬浮物, 高硬度
对回水水质进行监测后发现, 回水悬浮物高, 总硬度高。回水悬浮物在2000mg/L以上, 总硬度、PH值数据见表1。
2.2 结垢问题
转炉除尘水的结垢问题一直以来都较为突出, 而且结垢速度快, 不易清洗。对于供水系统来说, 结垢主要造成水泵叶轮、管道等处, 以及造成转炉一文二文、烟罩等处的结垢。
该系统水的水质具有高温、高悬浮物、高硬度、高pH值的特点:
(1) 高温:一文处约为1000℃, 在二文处约为70℃; (2) 高悬浮物:吹炼时高达约6000mg/L; (3) 高硬度:回用水硬度高达约200-1000mg/L; (4) 高pH值:系统水的pH值9～13, 在这样的水质条件下, 系统具有很强的结垢趋势, 对水处理技术提出更高的要求, 若水处理不当, 会在系统的关键设备部位出现结垢堵塞现象, 严重影响生产的正常运行。
3 水处理措施
3.1 粗颗粒分离 (如图2)
除尘水进行粗颗粒分离机后, 在分离槽内进行沉降, 底部大颗粒经旋转绞笼由出料口带出, 经深沉分离后的大部分循环水由出水槽流出至斜板。
采用粗颗粒分离装置对转炉除尘水回水进行预处理, 可以去除水中粒径≥60μm的粗颗粒杂质, 能减轻后续处理设备的磨损以及斜板沉淀池的负担, 同时大颗粒杂质去除后, 也可避免在泥浆进入压滤机后对滤布的损坏。
3.2 化学药剂
3.2.1 降硬剂 (碳酸钠)
转炉除尘污处理要使水质澄清, 最关键是要去除污水中的Ca2+和Mg2+, 保持水质稳定。转炉冶炼过程中加入的石灰尘粒随烟气气流带入湿式除尘净化系统, 石灰遇水变成Ca (OH) 2。烟气中存在的大量CO2溶于水中, 可发生化学反应:
转炉除尘污水水质稳定的关键条件是系统中要有适量的CO32-, 与不断溶入水系统的Ca2+反应生成CaCO3沉淀, 同时系统中又要有适量的OH-, 在洗涤过程中与烟气中的CO2生成CO32-, 补充与Ca2+结合生成CaCO3的消耗。实践中采取一次性投加足量的Na2CO3, 使水中的Ca2+浓度下降, 然后加入适量钠盐补充损失的Na+, 其阻垢机理如下:
Na2CO3作为缓冲溶液起到中介作用, 既能去除溶于水中的Ca2+以降低硬度, 又能吸收烟气中的CO2实现再生而循环利用。
3.2.2 缓蚀阻垢剂
针对转炉除尘污水系统高pH值、高硬度、易结垢的特点, 定量加入有机磷类缓蚀阻垢剂, 与Ca2+生成稳定的络合物, 并使垢层晶格发生畸变。起到复合药剂阻垢的协同效应。
3.2.3 絮凝剂
在斜板前投加降硬剂量的同时也投加絮凝剂, 主要是使生成的碳酸钙具有更好的沉淀效果, 通过斜板排出, 达到降低Ca2+离子含量的效果。
在进入压滤机前投加絮凝剂, 其主要成分为阳离子型聚丙烯酰胺, 可以更好的提高水份与污泥的分离程度, 在经过压滤机的挤压后, 使泥与水彻底分离, 压滤水回至斜板循环利用, 泥饼则由车辆运至料场回用。
4 效果分析
转炉煤气加压机密封系统改造 篇9
唐山不锈钢公司转炉煤气加压站担负着公司所有转炉煤气用户的加压输送任务, 主要煤气用户有炼钢、连铸烤包;热电、热带一、铸铁机等, 都是重要用户, 因此加压机的开动率很高。转炉煤气加压站内有5台煤气加压机, 运行方式为开二备三, 加压机型号为D500-1.15, 进口容积流量500m3/min, 设计进口压力3kPa, 出口压力15 k Pa, 主轴转速2980r/min, 原动机功率200kw, 进口介质密度:1.1917kgf/m3, 进口介质温度40℃.5台加压机2007年10月正式投产运行。
1 情况介绍
目前不锈钢公司要求各单位从风、水、电、气的使用和管理方面降低能源消耗, 转炉加压站技术人员通过对其它兄弟单位的考察验证, 决定从加压机的氮气密封系统着手, 对煤气加压站的密封系统进行改造。
5台鼓风机尽管为开二备三的运行方式, 但是根据加压机的设计结构备用的加压机也必须连续供应氮气, 不能中断, 以保证备用设备内转炉煤气无泄漏, 因此5台加压机氮气消耗量较大, 完全可以作为节能降耗的一个项目。5台鼓风机轴头部位各有一氮气密封点, 氮气管直径￠16, 流量平均150 m3/h, 则5台鼓风机消耗量750 m3/h, 每月消耗氮气量54万m3, 按照目前氮气的单价2.99元/m3, 则每月氮气费用达到161.46万元, 氮气的运行费用大约占转炉加压站总运行成本的一半以上, 运行费用相当高, 所以从经济效益上分析, 降低氮气消耗是转炉加压站降低成本很有效的方法。
目前, 加压站氮气除供给加压机氮封用外, 还供给转炉煤气风机房氧含量分析仪使用, 氮气管总管从氧气厂接入, 一路供给加压机, 一路供给转炉风机房, 正常情况下, 主管氮气压力为0.2Mpa, 鼓风机出口压力为13-15Kpa, 虽然氮气压力远高于鼓风机工作压力, 由于所用氮气直接从氮气主管道接入, 沿线没有氮气压力自动控制装置, 完全靠工作人员手动去调氮气压力, 因此不能确定供出的氮气压力是否满足加压机的需要, 氮气压力存在较大的不稳定性, 一旦转炉煤气加压机的工作压力高于氮气压力, 或由于某种原因氮气停供, 转炉煤气则会倒流入氮气管道中, 因此存在极大的安全隐患。
基于上述原因, 对加压机的密封系统进行改造是很有必要的。
2 改造方案
首先取消氮气密封, 强行密封轴端部位, 即在鼓风机轴端部位安装密封箱, 将轴端部位用密封箱严密包住, 并在密封箱上部开放散孔, 安装DN100的放散管直接伸到加压机房外, 泄漏的煤气则靠自身压力的作用下自动由放散管排到机房外, 避免了加压机房内煤气泄漏的情况, 保证了机房内转炉煤气含量的不超标。
由于加压机轴端部位形状极不规则, 尤其是轴头部位, 设施较多, 如仪表管路、润滑油管路及其它管路等, 为使密封箱的结构不影响其它附属设施, 将密封箱设计的直径和轴承座与轴封处直径相同。密封箱采用厚度为￡4的钢板进行煨弯制作, 用螺栓与鼓风机机座进行连接, 形成一个密封的箱体, 从而泄漏的转炉煤气就密闭在箱体内。为了保证密封箱与机座连接紧密, 必须使用弹性好, 耐腐蚀的密封垫密封于密封箱与机座、轴承座等接触处之间, 因此采用了￡2的毛毡垫进行密封, 保证了严密性。
3 鼓风机密封系统改造方案的实施
首先取消轴头密封部位氮气管, 将氮气接头用丝堵堵死, 然后焊接密封箱, 安装与轴头部位, 用毛毡垫进行密封, 并在密封箱上部开设放散孔, 安装放散管通向机房外, 通过放散管把泄漏的煤气直接排放到机房外。轴尾密封改造部位与轴头密封改造相同, 只是鼓风机轴尾端压力较低, 转炉煤气泄漏量相对较少, 放散管直接利旧, 用原直径￠16的氮气管。见轴封示意图。
4 改造后运行效果
我们首先对5#鼓风机进行了改造, 完成改造即投入运行, 密封效果良好, 在改造安装完后, 每天现场检测CO浓度 (距离轴封20mm处) 检测结果表明CO浓度为0, 转炉煤气无泄漏。通过此次改造, 完全取消了氮气。鼓风机改造完至今, 轴封部位煤气泄漏保持零泄漏, 而且供气稳定, 在保证人员及生产安全的前提下, 节约了大量氮气, 年节约氮气费用为1937.52万元。同时降低了工人的劳动强度。
5 结束语
转炉煤气加压站的煤气加压机改造完毕至今, 运行半年多, 使用效果良好, 彻底避免了转炉煤气向机房内泄漏, 有效改善了煤气加压机房的环境, 消除了煤气加压机房存在煤气泄漏的安全隐患, 改造费用低, 实施简便, 节约的大量氮气可应用于公司的其它生产工序, 有效地减少了能源消耗, 降低了加压站的运行成本。
摘要：通过对煤气加压机氮气密封系统的改造, 解决了氮气压力对煤气加压机密封效果影响的问题, 降低了生产成本, 提高了机组经济效益。
安钢100吨转炉系统优化与完善 篇10
一、系统组成
转炉自动化控制采用以PLC+PC为基础的三电一体化分散型控制系统, 完成对炼钢设备的自动控制和连锁功能, 设有人机界面 (MMI) 集中显示炼钢主要设备的运行状态和炼钢过程所需的温度、重量、成分等工艺参数。电气控制设备主要包括:复吹、氧枪倾动、汽化系统、上料、投料和二次除尘等基础自动化PLC单元, 分别有各自的DP网络, 远程站为各现场操作台控制箱、传动装置变频器等, 现场总线为PROFIBUS-DP网络, 由CPU模板自带的Dp接口、CP443-5模板、远程I/O模板构成。
二、电控系统功能
(一) 转炉炉体倾动系统
炉体倾动是由变频器驱动的四台75k W笼型电机完成。通过两级减速机构使炉体可以实现360度旋转, 电动机非负荷端装有测速编码器, 所检测的实时转速反馈给变频器, 构成速度闭环, 实现速度精准控制。为保证四台电机转矩和速度的同步, 四台变频器组成SIMOLINK主-从结构的环网, 其中由一号或二号为主控制单元。正常情况下四台电机全部投用, 在故障时允许使用三台电机进行工作完成一个炉次的冶炼。四台电机的负荷端配备有机械抱闸, 其打开和关闭由电力液压推器完成, 推动器由变频器自动控制。转炉耳轴端装有角度编码器, 能实时给出炉体倾动的角度, 其值可通过零度机械限位进行校正, 该编码器为图尔克的终端设备, 作为远程站挂在倾动PLC的PROFIBUS-DP网络上。
(二) 氧枪传动系统
氧枪升降控制由一台75k W电机完成, 该电动机由一台变频器驱动, 在电动机非负荷端装有测速编码器, 所检测的实时转速反馈给变频器, 构成速度闭环, 实现速度精准控制。氧枪升降电动机的负荷端和卷筒侧配备有机械制动器, 其打开和关闭由电力液压推动器完成, 推动器由变频器实现控制。在氧枪控制中高度检测与控制是核心, 由三套装置来实现氧枪位置的准确可靠检测, 它们分别是:安装在氧枪升降卷筒轴上的编码器和凸轮开关以及安装在氧枪升降轨道上的机械限位。凸轮开关使用不便, 每次换绳都需调整, 而调整比较繁杂, 通常情况下使用编码器控制, 它不仅使用方便、工作可靠, 同时能给出连续变化的氧枪位置值。氧枪编码器采用图尔克的终端设备, 作为远程站挂在倾动PLC的PROFIBUS-DP网络上, 可用机械限位对编码器测量值进行校正。与氧枪相关的电气连锁为:炉体倾动与氧枪高度的连锁, 氧枪在炉内绝对是禁止摇炉的;同样炉体是否垂直也限制氧枪能否下降;氧枪下降至开氧点, 冶炼用氧气阀门自动打开;在溅渣模式时氧枪到达开氮点, 氮气阀门自动打开, 在冶炼过程中出现异常情况, 控制系统具有紧急提枪功能, 保证人身及设备安全。
(三) 顶底复吹系统
该系统配有大量I/O模板, 检测流体的温度、流量、压力等, 当接收到倾动PLC给出的相关生产指令后, 打开相应阀门。顶吹即对氧枪的氧气氮气阀门、冷却水水阀门的控制。底吹是对炉底装的六个支管上的阀门进行控制, 吹出氩气或氮气保证冶炼时能够充分对钢液进行搅拌。
(四) 汽化、除尘系统
转炉冶炼时能产生大量烟气, 由汽化除尘系统对烟气进行处理, 主要设备有一文、二文、汽包、除氧器等。电气设备主要是供水泵和循环泵, 通过两台西门子变频器、四台软启动设备进行控制, 其他装在管路上的众多阀门, 采用接触器继电器通过PLC进行自动控制。终端的除尘部分为2000k W电机传动的风机和布袋除尘器。二次除尘系统主要对上料、投料、炉口等处的灰尘气体进行处理, 配备有2500k W电机传动的风机和布袋除尘器设备。
三、系统优化与改进
转炉自控系统技术虽然先进, 但因设计上不尽合理, 系统运行不够平稳, 设备事故时有发生, 经过艰苦的技术攻关, 对转炉电气控制系统进行大量的优化改进, 取得显著成效。
(一) 上料系统
二次除尘在辅原料铁合金系统装有16个除尘阀门, 现场阀门处于常开状态, 风机负载较大, 电能消耗居高不下。对除尘程序修改完善, 实现自动控制, 当上料车到某个料仓口且皮带正在运行时, 对应仓口的除尘阀门自动打开, 其他阀门全部关闭。这样既提高了风道压力, 显著改善除尘效果, 同时降低风机电机的电能消耗经济效益可观。
(二) 氧枪提升事故改造
氧枪提升抱闸原设计只有一个, 使用中易出现因抱闸磨损或调整不到位等而发生溜枪事故。为此增加一套液压抱闸, 提高氧枪运行的安全可靠性。同时增加事故提升装置, 当氧枪电机、变频器或速度编码器出现故障导致氧枪不能提升或溜枪时, 生产操作人员可通过开启由UPS电源驱动的事故电机来提升氧枪, 保证顺利更换氧枪, 同时切断氧枪变频器电源, 避免恶性事故的发生。
(三) 底吹改造
底吹系统是炼钢不可缺少的设备, 主要由氮气和氩气两个切断阀及6个支管调节阀及自动设定单元组成。原设计氮气和氩气两个切断阀根据炼钢时间段不同, 进行相应的开关操作。随着钢种的增多, 单一模式不能满足要求, 同时支管的堵塞也影响底吹效果。改造后A模式吹炼5分钟后由吹氮气切换为吹氩气, BC模式分别对应8分钟和10分钟切换, D模式为冶炼期间全程吹氩。在兑铁、倒渣、出钢摇炉期间均使用低流量吹氮, 保护管路。在冶炼的期间, 流量依照吹炼时间不同按不同模式进行自动调节。
(四) 构建监控工程师站
转炉自动化系统由6个PLC分系统组成, 编程人员各有分工, 但系统中PLC之间由以太网的通讯连接, 整个网络的通讯在组态软件中相互独立, 没有集成在一个项目中, 很容易导致通讯信息丢失, 而通讯的相关节点都是十分关键的信息, 如汽化与氧枪倾动的连锁。因此, 进行相应的优化完善:在监控站上安装相关软件, 将几个PLC程序整合为一个集成的项目, 建成集中监控站, 可以在项目中随时监控每个PLC的程序状态, 还能监控各个通讯连接的情况, 极大地提高对自动化设备的掌控能力。
四、结语
100吨转炉控制系统优化完善后, 生产效率得以提高, 操作和维修人员的劳动强度大幅降低, 产品质量显著改进, 热停时间明显减少, 为年产钢150万吨提供了可靠的设备技术支撑。
摘要：文章介绍安钢100吨转炉电气控制系统的设计思想, 详细阐述电气控制系统的配置与功能, 对于电控系统运行中出现的问题, 提出切实可行的方法措施, 进行优化完善。
转炉炉渣碱度和MgO控制研究 篇11
关键词：转炉；炉渣；溅渣护炉
中图分类号： TF7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-176-2
0 引言
在整个转炉炼钢过程中炉渣起着十分重要的作用，其参与脱S、脱P等一系列反应，同时在冶炼过程中减缓氧气流对炉衬的冲刷，而且覆盖在钢水表面的炉渣能有效阻止钢水氧化和有害气体进入钢液。通过对终渣指标的研究可直接反映过程炉渣的控制合理与否，并且终渣成分将直接影响溅渣护炉效果，所以对终渣的研究在转炉炼钢中具有重要意义。
1 转炉炉渣来源与组成
1.1 炉渣的来源
①冶炼过程中根据铁水条件有目的地加入造渣料，如石灰、轻烧镁球、白云石等；
②铁水，废钢以及加入的降温矿石等材料中的Si、Mn、P、S和Fe等元素氧化产物；
③吹炼过程中侵蚀的炉衬和溅渣层。
1.2 转炉炉渣的矿物组成
转炉按照冶炼时期分为前期、中期和后期，不同时期的造渣料加入以及熔化有所差别，吹炼前期，此时炉膛内铁水温度不高，加入的石灰、轻烧镁球、白云石等造渣料并未完全融化，由于Si、Mn与氧的亲和力强，前期主要以Si、Mn元素氧化为主，同时Fe也被氧化，此时温度升高，留余的炉渣以及加入的造渣料部分融化形成炉渣，生成的SiO2、MnO、FeO等氧化物进入渣中，此时碱度约为1.7～2.1，渣中的矿物组成主要是橄榄石（铁、锰、镁、钙）SiO4和玻璃体SiO2。吹炼中期，C-O反应开始，熔池温度继续升高，炉渣中石灰快速溶解，由于CaO与SiO2的亲和力比其他氧化物强，CaO逐渐取代橄榄石中的其他氧化物，形成CaO·SiO2，并且随着石灰不断溶解，炉渣碱度不断升高约为2.0～2.5，同时由于激烈的C-O反应消耗了FeO，使ω（FeO）降低，渣中矿物形成了3CaO·2SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·SiO2等高熔点化合物（见表1），此时易导致“返干”。吹炼后期，C-O反应减弱，渣中ω（FeO）有所提高，石灰进一步溶解，碱度上升为2.8～3.5，渣中产生低熔点CaO·Fe2O3。
2 转炉炉渣控制
转炉炉渣成分组成非常复杂，在生产中，常常通过控制全碱度R，MgO和FeO来衡量炉渣的状态。
2.1 全R、MgO与FeO关系
炉渣中的碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称之为炉渣碱度，其中碱性氧化物主要为CaO与MgO，酸性氧化物为SiO2和P2O5，如计算按公式1。
全R= （1）
该厂对终渣数据分析，分别将全碱度R，MgO与FeO进行散点拟合，如图1和图2。
从图1和图2看，在一定终点条件下，终渣ω（FeO）与R和MgO存在一定的递增趋势，主要是随着R和MgO的升高，炉渣中会形成高熔点2CaO·SiO2和MgO等物质，炉渣熔化困难，操作中必须通过控制枪位提高FeO，所以表现出终渣FeO升高。
2.2 渣参数控制
按照当前冶炼提倡低成本要求以及溅渣护炉需要，转炉终渣FeO需要控制在较低水平，这样可以极大提高金属收得率和溅渣层的耐侵蚀性，通过对图1与图2的分析，R控制为了减少总渣量，在冶炼中控制较低，溅渣护炉过程中进行调整。同样MgO在冶炼过程中为了降低FeO，减少渣中的高熔点物质，适当降低MgO，同时在溅渣护炉中调整，具体控制参数如下表：
通过对冶炼期和溅渣护炉不同阶段分别控制R与MgO，能够保证冶炼中总渣量较小，炉渣熔化好，冶金性能优越，同时在溅渣护炉时按照前期加料量进行调整，使炉渣形成高熔点物质，提升溅渣护炉效果，降低耐火材料用量，达到低成本生产的目的。
3 结论
①将炉渣根据冶炼和溅渣护炉不同阶段的性质要求，有针对性控制R与MgO，能够有效提高金属收得率与溅渣护炉效果。
②冶炼过程中必须保证一定的碱度，MgO和FeO，并非越低越好，适当的参数匹配能够有效提升冶炼效率。
参 考 文 献
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转炉系统 篇12
1-转炉;2-一文;3-重力脱水器;4-二文;5-90°弯头脱水器;6-湿旋脱水器;7-一次除尘风机;8-V型水封
随着生产节奏加快, 转炉扩容, 再加上设备老化, 原来按照120吨转炉配套建造的除尘净化系统逐渐不能满足生产需要, 出现一系列问题。
1 系统存在的问题
1.1 无降罩、一文与重力脱水器效果差
由于早期吹炼过程中曾出现过烟罩与炉口黏连在一起的现象, 导致转炉降罩功能在很长一段时间内不能实现。而一文与重力脱水器在使用过程中也出现了效果较差的现象, 主要表现为烟尘捕集率低。由于一文及重力脱水器部位空间狭小, 过小的容积造成烟尘不能充分与除尘水相结合。系统阻力过大, 阻损浪费了大部分管道吸力, 烟气不能完全送至二文除尘, 大量从炉口外溢, 造成二次除尘系统负担过重。厂房顶部冒出大量黄烟, 对环境造成严重污染。为了减少冒烟, 不得不缩减煤气回收时间, 每炉回收仅维持在3分钟左右。同时, 转炉大量未充分燃烧的CO从炉口冒出, 使炉前平台上方CO含量超标, 对作业工人的安全造成潜在威胁。
1.2 除尘风机运行不能满足生产需要
为了适应转炉炼钢周期性间断吹氧的特点, 一次除尘系统风机在冶炼周期内采用相应变速运行, 吹氧时高速运行, 其他时段则低速运行。但是, 原设计液力耦合器调速技术存在明显不足, 主要表现在:
(1) 调速范围不够宽, 一般在额定转速的30%～90%之间, 造成能源浪费。
(2) 启动电流过大, 干扰电网, 影响用电稳定。
(3) 检修周期短, 轴承需要经常更换, 影响转炉生产, 大大降低了生产效率。
2 系统改造
2.1 将一文及重力脱水器改为半干式蒸发冷却塔
根据一文及重力脱水器的运行特点, 我们分析后认为, 要减少转炉炉口烟气外溢现象, 必须保证系统高效运行, 提高系统烟尘捕集率。我们恢复了转炉的降罩功能, 从而有效地减少了炉口烟气外溢, 同时也避免了过量氧气混入导致煤气氧含量超标的现象, 延长回收时间。将一文及重力脱水器改造为半干式蒸发冷却塔, 增加粗除尘部位容积, 高速流经的烟气在这里突然减速, 有足够的时间均匀除尘。在蒸发冷却塔内设有10把喷枪和8组喷嘴, 喷枪从不同角度喷出的水经低压氮气吹散成雾化水汽, 小颗粒水汽无形中增加了水尘接触面积, 可以更好地捕捉到烟气中的灰尘, 提高集尘率。
2.2 改造除尘风机调速装置
为了从根本上解决液力耦合器造成的种种问题, 我们对一次除尘系统进行了整体改造, 从厂房设计到设备选择、安装调试, 一一根据生产实际情况重新考虑。要满足转炉冶炼周期性的需求, 必须保留除尘风机变速运行的模式, 这既是生产实际需要, 同时也是节约用电的手段之一。通过考察与分析, 最后确定将除尘风机驱动系统改为变频电机。变频电机由变频器输出范围较广的可变频率控制, 变频调速后, 系统实现软启动, 电机启动电流明显减小, 启动时间相应延长, 对电网不会造成大的冲击, 同时减轻了电机的机械损伤, 有效延长了电机的使用寿命。高压变频器较液力耦合器更具可靠性, 且日常维护比较简单, 大大降低了一次除尘系统风机的故障率, 缩减了检修时间, 提高了生产效率。更重要的是, 用变频电机代替液力耦合器可以节电30%, 大大降低了用电能耗, 缩减动力成本。
3 改造效果
经过改造, 唐钢第一钢轧厂转炉除尘净化系统存在的问题基本得到解决, 除尘效果较改造前明显改善。煤气回收时间由原来的3分钟延长到10分钟, 吨钢煤气回收量更是自低谷回升。在煤气用户充裕的情况下, 回收量可由原来的吨钢70m3左右, 上升到吨钢100m3, 每年可增加二次能源收入近2 000万元, 实现了增加二次能源的回收再利用进而降低生产成本的目标。同时, 由于采取了合理降罩, 除尘能力增大, 转炉冶炼过程中产生的烟气绝大部分都被吸进了汽化烟道, 外溢现象明显减少, 冶炼平台CO指数下降至正常水平, 解除了作业工人的安全威胁。
4 结束语
造成转炉除尘净化系统出现问题的原因有很多, 我们仅针对影响较大的因素进行了研究与改进。目前, 整个系统运行能力明显增强, 稳定可靠, 在转炉烟气除尘净化、二次能源回收等方面均取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献