“一键式”自动化炼钢技术的开发与实践

徐志成

摘 要：通过对“一键式”自动化炼钢技术的开发与推广实践，效果显著：钢铁料消耗降低了7.3kg/吨钢，合计降低成本约19.74元/吨钢；转炉出钢碳和温度双命中率达到84%以上，二次补吹率减少了17.8%，平均冶炼周期缩短了3.1分钟，钢水质量得到显著提高。

关键词：一键式；自动化炼钢；吹炼模型；副枪

1 概述

“一键式”炼钢技术是一种先进的转炉冶炼控制技术，该技术集理论计算、专家经验和先进的在线监测手段与一体，采用计算机L1模型和PLC控制转炉吹炼操作，可显著提高转炉终点碳、温度双命中率，缩短冶炼周期，提高生产效率，降低原材料消耗和生产成本，实现可观的经济效益。

2 开发经过

为实现“一键式”自动化炼钢的目标，必须具备以下条件：（1）设备运行可靠：基础自动化系统、转炉系统设备、计算机系统硬件和软件可靠性高；（2）模型建立：保证模型的完整性，动态模型的运行稳定性好；（3）精益的工艺条件和标准化制度：冶炼前的初始条件（如铁水、废钢、熔剂等信息）稳定，转炉吹炼过程和终点的工艺操作标准化。

2.1 设备运行可靠

2.1.1 副枪设备系统

副枪设备的“零故障率”、稳定的停车精度、全自动运转率三个方面是保证“一键式”自动化炼钢顺利实现的基础设备条件之一。

实现“零故障率”，青钢开创性的采取以下对策：（1）动态副枪测定时氧流量降至正常流量的60%，且氧流量必须低于某一上限设定值才能下枪测量；（2）动态副枪测定的碳含量范围进行标准化控制，

防止过高的[C]下副枪测定时造成的粘钢、粘渣；（3）副枪测定中面向火焰测和其北侧存在着热负荷不平衡，因此会产生永久歪曲。《青钢副枪维护规程》要求点检人员对副枪24h内必须旋转一次，每次旋转180°；（4）为防止副枪撞击弯曲，要求转炉零位控制在-0.5°～0°，同时转炉炉口结渣大于规定值时，必须及时清理。

稳定的停车精度：为了保证取样的准确性和代表性，同时必须满足停车精度在±10mm，水平方向在±30mm以内的严格设备条件。为此，重新设定了副枪的二级变速参数。

保证副枪设备全自动运转：副枪设备全自动化的关键是探头自动装卸（APC）装置的稳定性，保证稳定的关键是限位点可靠。

2.1.2 散装料加料和称量系统

优化转炉散装料料仓的分配管理：优化分配对含铁氧化物、轻烧白云石、石灰、冷料等几种辅料按料仓分布。

提高称量速度并保证称量精度：（1）与设计方沟通增加振动给料机设定参数调整，通过设定快变慢参数和停振参数，提高称量速度；（2）通过调整下料系统的传感器和振动电机的给定频率，确保称量误差在20千克以内。

转炉底吹系统：副枪下TSC时顶底复吹的流量要求为正常流量的60%左右，通过优化底吹系统PLC控制程序，解决了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。

铁水、废钢数据自动采集系统：（1）建立铁水成分、重量、温度等信息的计算机自动传输；（2）建立废钢操作站终端以采集废钢种类和各组分重量信息。

2.2 模型的建立

（1）钢种词典的建立[1]。熔剂计算系数：按现有钢种要求对设计方提供的10种熔剂组分进行优化分类，综合考虑炉渣的碱度、氧化镁和TFe的含量等，简化为5种熔剂计算系数。温度标准：对各类钢种的温度控制进行跟踪记录，综合分析计算得出最优化的钢水终点温度标准。钢种标准：根据现有钢种终点碳控制、终点P/S和温度标准控制不同，对我厂近200个钢种牌号，进行系统分类为7大类钢种标准化模板。

（2）吹炼模型的建立。模型基础的构建：创造性的提出建立起“三模型、一调整”的控制系统，即：转炉供氧模型、底吹模型和加料模型、枪位调整。吹炼模型的建立：综合考虑钢种、废钢质量、冶炼工艺等情况的不同，设定了8种不同的模型可供选择。

（3）自学习模型的完善。由于转炉炉况、原料条件、底吹效果等条件都在不断的变化，这些因素的变化将对转炉整个过程的静态计算和后期的动态脱碳系数、升温效果造成重大影响[2]，要求模型应该对计算值与实际值的误差进行反馈修正学习，进而调整相应的模型参数，从而提高模型控制的精度和自适应能力。

2.3 工艺的优化

2.3.1 冶炼初始条件标准化。铁水条件：（1）每月定期校准铁水天车称量，要求校准称量精度？芨±0.5%；（2）精准化控制入炉铁水重量，要求其波动？芨±0.5t。

废钢条件：（1）每月定期校准废钢车轨道衡称量，要求称量精度±0.3%；（2）精准化控制各类入炉废钢重量，要求其波动？芨±0.2t。

辅料条件：采用高牌号的石灰、轻烧白云石、萤石。

2.3.2 工艺操作改进。废钢的分类管理与精准化配比；根据钢种形成稳定的废钢加入模式，严格按废钢模式配加各类废钢。吹炼过程中供氧进程？芏75%、副枪TSC测量前2min，不允许加入任何辅料。副枪下枪测量时，必须满足以下条件：供氧进程？芏50%，供氧流量降至设定值的70%且小于15000m3/h，以保证副枪测量的稳定性。精确设定过程进行副枪测量的时机，综合考虑炉内反应情况、转炉终点要求等。保持连续冶炼，提前做好出钢准备。动态调整过程只能使用固定种类的冷却剂和发热剂，禁止加入其它熔剂。

3 实施后的效果

转炉“一键式”自动化炼钢技术，经过4个月工艺优化与管理标准化，在白班逐步向四班推广使用，并取得以下效果：转炉终点碳、温度双命中率显著提高：根据钢种终点控制标准，该技术在投入前后转炉终点C_T双命中率达到83.9%。转炉补吹率显著降低：由于自动化炼钢的使用可使转炉终点C_T双命中率显著提高，转炉补吹率由原来的25.7%下降到目前的8.0%。冶炼周期缩短，提高转炉生产效率：采用“一键式”自动化炼钢技术后，转炉一倒出钢率由原来的65%提高到80%以上，有效减少了转炉补吹频率，使得冶炼周期大幅缩短，转炉平均冶炼周期由原来的47分钟缩短到44分钟，转炉生产效率提高了6.3%，成本降低约2.9元/吨钢。提高钢水质量，稳定钢水成分：（1）转炉终点钢水氧含量降低，水口结瘤明显减少，铝镇静钢的连浇炉数由原来的12炉提高到15炉，成本降低约0.83元/吨钢。（2）通过对吹炼模式的优化，获得了稳定的脱磷效果，转炉终点磷控制CPK指数由原来的1.007升高到1.214，工序控制能力显著提高；同时因磷高导致回炉、改判的炉数平均减少了50%，成本降低约2.14元/吨钢。

减少铁合金成本，降低钢铁料耗：由于一倒命中率的提高，转炉终点钢水氧含量稳定降低，终点余锰提高，既提高了转炉铁合金的收得率又减少了转炉吹损。同时，因转炉冶炼周期的缩短，使得过程热损失减少，在相同的废钢装入条件下，自动化炼钢炉次冷料消耗数量提高约5.6kg/吨钢，有效降低了钢铁料消耗。在“一键式”自动化炼钢技术投入使用后，钢铁料耗降低了7.3kg/吨钢，成本降低约13.87元/吨钢。

4 结束语

通过对“一键式”自动化炼钢技术的开发与推广实践，效果显著：钢铁料消耗降低了7.3kg/吨钢，合计降低成本约19.74元/吨钢；转炉出钢碳和温度双命中率达到84%以上，二次补吹率减少了17.8%，平均冶炼周期缩短了3.1分钟，钢水质量得到显著提高。

參考文献

[1]黄希钴.钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[2]陈家祥.钢铁冶金学[M].北京：冶金工业出版社，1990.