解析转炉全封闭智能炼钢技术的开发和应用

张德合

摘 要：随着对转炉炼钢技术要求的提高，全封闭智能炼钢技术的作用日益突出。文章首先结合实例阐述了智能化炼钢技术的工艺流程，然后就其研发中的不足进行了分析，并提出了相应的解决措施。

关键词：转炉炼钢；全封闭智能化炼钢技术；自动化控制

中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0001-02

随着工业的发展，钢铁需求量骤增，转炉炼钢技术凭借成本低、产量高、速度快的优势受到高度重视。为满足新形势的要求，需进一步加强科技炼钢，不断引进新设备和新技术。人工炼钢效率较低，且容易出现质量问题，从当前的生产力来看，需实现自动化、大规模生产。计算机的应用推动了智能化技术的进步，使得转炉炼钢科技含量更高，是当前研究的重点，也是未来的必然趋势。

1 实例分析

某炼钢厂建于2003年，占地面积37.5万m2，生产的钢材主要有管线钢、普碳钢、大型H型钢、冷轧用钢。经过两年的发展，在2005年添了4台120 t的氧气顶底复吹转炉，2台150 t的钢包精炼炉，2台板坯连铸机，以及宽厚板连铸机1台。年生产量增至4.6×106 t，厂规模也有所扩大，为其带来了更多经济效益。自2006年起，当地炼钢厂数量逐渐增多，整个钢铁市场竞争加剧，为进一步提高生产效率，必须研发新工艺和新技术，智能化炼钢被高层领导重视。2008年，该厂从国外引进先进的转炉副枪技术，同时组织技术人员成立科研小组，专攻转炉全封闭智能炼钢技术的研究。次年取得佳绩，并在1号转炉试验成功。随后其他3台转炉也相继实现了智能化生产。近些年来，该厂对智能化生产技术进行了多次改动，日益成熟，为企业的长期发展提供了技术保障。

2 转炉全封闭智能炼钢技术

该技术以计算机技术为基础，实现了智能化生产。通过副枪测量手段，结合相应的静态、动态模型，对钢铁冶炼过程进行全智能化的控制。依靠计算机系统，可改善人工控制中的很多不足，使得冶炼时间把握更准，对细节也非常重视，有利于提高生产效率和质量。转炉炼钢的主要原料包括废钢、铁水、铁合金等，采用该技术，转炉操作室接收调度指令后，会自动向废钢、铁水系统发出对应的要求；原料系统根据生产需要合理地进行配比，同时，计算机操作系统自动采集各种原料的信息并加以整理。在吹炼时会自动判断、控制，在吹炼终点，指挥副枪自动测试，确保出钢。在化验室完成钢水样的化验后，根据其结果计算铁合金；最终收集全部数据，处理核对后生成报表。

该工艺的操作流程大致如下：制定生产计划、采集原料信息→SDM模型进行计算→自动生产冶炼氧步及加料料单，同时合理控制相关设备运行→正确选择计算机方式，点击炉次冶炼开始按钮→TSC冶炼过程中保持实时测量→获取钢水的构成成分、温度及碳含量等信息→利用SDM模型再次进行计算，与设计值相比，生成新的氧步及加料单→氧枪、散状材料系统负责新料单的执行→TSO终点测量得到钢水温度以及氧含量→冶炼完成→放钢→运行钢包底吹系统。

3 智能炼钢技术在研发中存在的不足

该厂在过去炼钢时多以经验为主，操作流程以及各项工艺数据主要来自于技术部门，但更新缓慢。以至于和实际稍有不符，工作人员专业技能有差异，操作水平参差不齐，导致炼钢质量波动较大，稳定性差。其不足之处可归为以下几点：

①原材料条件较差，该厂在最初生产时，对所需材料管理不当，放置时在分类上显得不合理。铁水的温度变化大，且构成不纯，含渣量较高；废钢只有总体重量；材料投炉时准确率低。生产设备陈旧，如氧枪的编码器精准度低、散装料称量系统效率不高、钢包底吹效果较差等，难以满足越来越高的生产要求。

②自动化技术缺乏先进性，一级设备操作系统只能执行一级指令。操作系统经常出现故障，阻碍了生产正常进行；系统不具备自动选择冶炼方案的功能；一旦加料方案制定，在执行过程中很难进行实施调整。

③数据采集系统缺陷，数据采集非常关键，但由于缺乏系统性，常出现信息遗漏的情况；钢包信息和化验数据不能进入到二级系统；缺少先进的数据监测手段。由于分析手段单一陈旧，很多化验分享自工作都只依赖一台光谱仪，所得结果与实际的偏差较大，基础数据反馈不够全面也不利于智能化生产。

④缺少对该技术工艺的完整研究，出现了许多问题。如钢种数量较多，没有统一的操作模式；钢包底吹参数不固定且模式太过单一；部分环节的工艺较为落后，不能满足冶炼操作的新要求。

⑤没有专门的系统监视炉口火焰，全封闭智能化炼钢技术是对自动化炼钢的改进。工作人员在生产中需要判断炉况时，常通过操作室的透明玻璃完成，包括加料工作也是在操作室完成。

4 提高转炉全封闭智能炼钢技术水平的有效措施

4.1 稳定原材料，提高设备性能

首先，依据一定的标准对废钢作精确分类，在原料现场将废钢分成了重型废钢、轻型废钢、渣钢和铁块4类，并依次制定了相应的工艺标准。其次，按照相关工艺，利用行车电子秤吸附废钢时，准去地称其质量；改善铁水条件，对铁水的各项特征加以稳定，并减少含渣量。针对铁水温度偏差较大的情况，采取有效措施加以平衡。为取得更好的扒渣效果，除了对扒渣设备加以改进，还有必要掺加高质聚渣剂，最终确保各项特征均与冶炼要求相符。在往炉中投放渣料时，须确保渣料质量达标，利用筛分设备检查渣料的粉面率，将其控制在5%以内。此外，还应提高转炉装准率。

在生产设备方面，需对设备不断改进升级。如散装料称量系统的工作效率及精确度均应有所提升，将给料斗的角度差控制在允许范围内，实现多批次、小批量的快速生产。同时，还应完成对氧枪编码器的改进，提升其控制精度。

4.2 提高设备自动化控制能力

先建立一级和二级系统的网络联系，并实现二级指令对一级设备操作进行操控。实现通信与各上位机时间同步，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，然后合理设置各项参数，实现一级、二级和三级网络的时钟同步。此外，还要改进操作方案设置。

4.3 对数据采集系统加以改进完善

首先要完善基础数据采集系统。自动采集铁水行车称重量，将现有行车不作变动，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。增设铁水温度发射装置，在测完铁水温度后，可通过该装置录入包号、温度数值并自动跟随铁水重量进入天二级相应的炉号中。其次，需建立起三级数据传输网络。在调度室建立调度指令与二级操作系统的通信联系，编制链接程序。

4.4 深入研究转炉操作工艺

对两种不同装入制度下的操作工艺加以研究对比，同时加大操作工艺参数的研究力度，根据不同类型的钢种，选择适应的冶炼效果。

4.5 增设上炉口火焰监视设备

增设视频设备，并在镜头上安装钢用滤光镜片，将炉口火焰、冶炼情况视频信息传输至操作台计算机。操作人员可直接观察炉口动态，并作出及时判断。在操作平台增加摇炉室，安装转炉体控制操作系统，并实现室内操作台、炉后放钢室和本地的三层交换。

5 结 语

该炼钢厂在采用转炉全封闭智能炼钢技术后，各项经济技术指标都有了明显的改善，不但生产效率提升、成本有所降低，而且钢水质量得到改善，金属收得率较高。此外，该技术节约了人工劳动量，污染较轻，不会对环境造成太大的伤害，值得推广应用。

参考文献：

[1] 吕铭，李洪建，孟宪俭，等.转炉全封闭智能炼钢技术的开发与应用[A].第七届中国钢铁年会[C].2009.

[2] 戴超军.浅析转炉自动炼钢技术应用和发展[J].河南科技，2013，（11）.

[3] 游建雄.炼钢技术的研究及其发展前景[J].民营科技，2013，（5）.