莱钢 120 t转炉“一键式”炼钢技术改造

张兆柱,于德荣,石胜利

(1.南开大学,天津 300071;2.莱芜钢铁集团有限公司,山东 莱芜 271104)

1 前言

近年来,国内在转炉自动炼钢方面取得了不小的成就。宝钢第三炼钢厂基本实现了自动炼钢。转炉炼钢实现了由经验炼钢到科学炼钢的变革,实现了由人工操作加料、吹氧、倒炉拉碳、取样到自动炼钢的转变。

莱钢 120 t转炉在 2007年 5～10月安装了转炉副枪设备,具备了在炼钢过程中不倒炉测温、取样、定碳、定氧等功能。转炉副枪冶炼模型可以根据采集到的铁水温度、重量、成份,废钢种类、每种废钢重量及总重,放钢时钢包的温度等相关信息自动生成一个料单。料单可以显示需要加入的每种散装料的多少、需要的吹氧量及合金加入量等相关数据,为操作人员提供参考。

在此基础上炼钢厂提出要实现炉前点击开始炼钢按钮,完全由副枪二级控制转炉枪位、氧气流量、散装料加料、转炉底吹氩和钢包底吹氩直至摇炉放钢的“一键式”炼钢的构想。

2 新技术改造措施

2.1 设备与工艺的改进

2.1.1 氧枪编码器

原氧枪编码器安装在氧枪卷扬减速机输出轴卷筒的另一侧,编码器与输出轴同轴度偏差大,造成编码器输出误差大。通过研究决定将编码器安装在氧枪主令的一端,与氧枪主令同轴。重新设计卷扬与氧枪主令的联轴器,使卷扬轴与主令轴的同步误差在 2 mm之内,从而保证了氧枪卷扬与编码器的同步运行,也保证了编码器高度和氧枪实际高度相对应。

2.1.2 散装料称量系统

针对散装料振动筛能力不足、下料量控制误差大的问题。通过调查决定首先将振动筛扩容,以满足“多批次,小批量”快加料的要求。针对散装料称量料斗控制精度不高的问题,将散装料称量料斗秤的传感器改为桥式传感器,下料量的多少通过控制振动筛振动电机的给定频率来调节,保证误差在 50 kg以内。进口一套高精度下料系统的电磁振动电机需要 25万元,改造的费用只需 5万元。

2.1.3 钢包底吹系统

借鉴精炼炉成套吹氩设备的优点,在原氩气管路流量调节阀前增加一个压力调节阀,调节管路压力;在流量调节阀后增加一个气动切断阀,实现自动切断,管道末端加上远传压力表和远传流量计。将钢包底吹氩气系统做成一个小的控制系统,通过 PLC进行控制,操作系统在炉前操作画面上。在放钢信号到来 1 min后切断阀打开,分为三个阶段控制,放钢前期 (0～2 min)、放钢中期 (0～3 min)、放钢后期,每个阶段设定不同的压力及流量值。放钢结束信号到来 2 min后关闭切断阀,钢包底吹结束。

2.1.4 转炉底吹系统

针对转炉底吹氩气与副枪测量时所需底吹氩气流量大小不对应的问题,转炉底吹设备不做改变,主要进行程序方面的优化。转炉底吹系统在接收到吹炼的信号后开始工作,在副枪探头测量时将转炉底吹的流量适当降低,以免底吹流量过大,炉内翻腾剧烈,造成副枪粘钢。

2.1.5 铁水与废钢数据自动采集系统

副枪冶炼模型需要采集铁水包的包号、铁水温度、重量、成份,每个种类废钢的重量及总重量,以便分析现有原料的信息,通过比较冶炼模型的计算成份与需要冶炼的钢种的目标成份值,判断需要加入的散装料、吹氧量的多少。现有行车秤数据无法传输到副枪二级系统,可增加无线发射与接收设备,通过信号转换器将铁水重量数据采集到副枪二级系统中。在行车上加装无线发射与接收装置,将废钢信息录入大屏,可以判断每种废钢的装入量,通过程序计算累加得到废钢总量。微机保存数据同时传输到副枪二级冶炼模型中。

2.2 自动控制系统

“一键式”炼钢生产流程如图 1所示,控制系统如图 2所示。从控制功能上分为一级控制和二级控制。

图 1 “一键式”炼钢工艺流程

图 2 电气控制系统

2.2.1 一级控制系统

一级系统主要包括以下几部分:通讯与各上位机时间同步控制、副枪本体系统控制、转炉本体控制。

(1)通讯与各上位机时间同步控制。通过编制时间同步软件,实现生产管理网、副枪二级网络与一级控制网络中上位机时间同步。设置 PLC硬件参数以及W I NCC参数实现一级 PLC与一级控制网络中上位机时间同步。在此基础上通过GPS时钟软件实现一级、二级、三级网络的时钟同步。

(2)副枪本体系统控制。副枪系统控制包括D IRC控制、副枪侧移小车横移、探头自动装卸、副枪升降等控制。

(3)转炉本体系统控制。主要实现氧枪升降自动控制、吹氧自动控制、散状料加料自动控制、钢包吹氩气、转炉底吹氩自动控制。

2.2.2 二级控制系统

二级系统主要采用 C-S模式,即服务器客户端形式。

(1)SDM模型。副枪二级系统核心是 SDM模型,包括静态模型和动态模型。静态模型包括建立热平衡、氧平衡、铁平衡和渣平衡。动态模型进行工艺目标计算,脱硫计算,加料计算和吹炼计算;在吹炼过程中依据操作工发出的指令以及炼钢过程数据进行动态控制计算,二次吹炼计算,废气分析动态工艺控制;在吹炼后进行吹炼确认计算,钢包合金化计算,冶炼结束计算,模型反馈计算。

(2)生产计划。BOF计划主要通过转炉计划的输入,储存和管理转炉添加剂画面、吹炼画面、副枪画面、底吹画面、出钢添加剂画面,操作工可以进入系统,添加、修改和删除转炉计划。

SDM将加铁水指令显示到铁水站的监测器上。SDM接收铁水的实际重量和温度信息;实验室分析结果也传给 SDM。这些数据将用于SDM的计算以及生成报表。

SDM将加废钢指令显示到废钢装载站的监测器上,并显示废钢类型和重量。PSDM将接收每种类型废钢的实际重量及温度信息。

铁水和废钢加料由 SDM来计算。实际的加入量将返回供 SDM使用。

(3)过程通讯。通过工业以太网与一级系统进行通讯。二级与一级之间通过 GATEWAY PLC隔离。把氧枪高度、氧气流量、散状料铁合金加料状况传输到一级 PLC,实现一级 PLC自动控制。PLC将实际流量、体积、时间、炉内事件、副枪测量结果和枪的高度等过程数据传给 SDM。PLC将底吹过程中气体消耗信息传给 SDM生成报表。另外,SDM将钢包加料预设定值发给PLC,并接收其实际消耗的信息。

3 技术创新点

“一键式”炼钢转炉设备改造采用了以下几方面的新技术。

(1)废钢分组称量技术。将废钢按照重型、中型、轻型、烧结矿和铁块进行分类,每种废钢的重量可以单独采集,分类后的废钢根据需要进行组合加入。

(2)建立了钢包底吹模型。通过放钢信号进行控制,按照出钢初期、出钢中期、出钢后期分段调节底吹氩气流量,保证了钢水成分和合金分布及反应的均匀性。

(3)自行研究开发了“多批次、小批量、下料快、精度高”散装料控制系统。

(4)铁水与废钢数据的自动采集、保存、传输技术。

4 实施效果及存在问题分析

转炉“一键式”炼钢技术改造于 2008年 3月底完成,随后经过一个月的调试首先在 3#转炉成功实现“一键式”炼钢,并在 5月初推广到其他转炉使用,至此炼钢厂实现了由经验炼钢到科学炼钢的变革。使用“一键式”炼钢具有以下优点:

(1)终点命中率提高。据统计,通过“一键式”炼钢,转炉终点命中率由原来的 70%提高到现在的 95%以上,回炉钢情况几乎杜绝,节约了大量的能源。

(2)二次补吹次数大幅度减少。转炉吹炼完成后,由于终点命中率提高,二次吹炼次数由原来的 20%下降到目前的 5%左右,二次吹炼数量的减少极大的降低了转炉泄爆的炉数,干法除尘系统得以正常运行。

(3)转炉炼钢工作环境显著改善。转炉炼钢工摇炉拉碳、测温、取样的炉数比率已经由原来的 100%直线下降到目前的 20%左右,工人已经在大部分的时间内远离了危险工作区,极大的降低了炉前烫伤事故的发生。

(4)实施后遇到的主要问题。转炉“一键式”炼钢对外部条件要求较为苛刻,如冶炼氧压、铁水成分及温度稳定,以上条件如果变化较大,则不能实行“一键式”炼钢;

对设备管理水平要求高,“一键式”炼钢要求成分数据传输、原料计量、机械、电气、自动化设备必须 100%的可靠,一旦发生故障便不能“一键式”炼钢。

目前,只要原料条件稳定,三座转炉均使用自动炼钢。3#转炉使用“一键式”炼钢的比例始终保持在 75%左右,1#转炉使用“一键式”炼钢的比例始终保持在 82%左右,2#转炉使用“一键式”炼钢的比例始终保持在 70%左右。

5 结论

“一键式”炼钢实现了由经验炼钢到科学炼钢的变革,优化了工艺操作,提升了整个炼钢区域设备管理水平和自动化装备水平,取得了可观的经济效益,并为进一步研究智能炼钢提供了宝贵的经验。

[1] 杜波,张志杰,李寿金.顶底复吹转炉副枪系统[A].山东金属学会 2005炼钢学术交流会论文集[C],2005.

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[3] 郭亚芬,杜斌.宝钢有副枪转炉吹炼终点控制模型研究与应用[A].全国冶金企业计控网络化研讨会论文集[C],2003.