130t转炉钢包烘烤装置的改造及应用

130t转炉钢包烘烤装置的改造及应用
摘要：130t转炉钢包采用新型、先进的蓄热式钢包烘烤技术改造后，各方面的
性能指标有显著改进。

新型钢包烘烤器采用PLC自动控制与手动控制相结合的方式，用户可以根据工艺要求选择加热曲线对钢包进行自动升温；不仅节省煤气，
减少钢包烘烤时间；具有安全环保、节能降耗、稳定高效的特点。

关键词：蓄热式烘烤技术；变频；PLC自动控制
1.前言
炼钢厂130t转炉钢包有在线烘烤装置2套，离线烘烤装置4套。

常规烘烤装
置使用年限不长，钢包烘烤时间长，煤气消耗大，热量损失大，包盖受到高温烘
烤容易扭曲变形。

为此，2012年首先增加了一套蓄热式烘烤装置与原装置对比运行，经过一段时间的比较后，决定实行全面的改造，达到了节约煤气，提高了烘
烤效果。

2.蓄热式烘烤装置的工作原理
2.1蓄热式钢包烘烤器工作原理
（1）将一对蓄热式烧嘴安装在包盖的固定位置上（见图1），相互交替工作，其换向是由三通阀的控制，主要是采用时间控制，120S内自动换向，但如果温度
超过180°C，即使未达到120S，也会自动换向。

当确认供电正常后，依次合上各
个断路器开关，再合上24V直流电源的开关，确认PLC及变频器无报警信息，则
系统进入运行准备状态。

（2）根据煤气管道的压力检测值，当煤气压力低于2500Pa时，闪光蜂鸣器
报警，切断煤气来源，保证烧嘴不回火。

切断阀与鼓风机联锁保证了在鼓风机不
能正常工作时关闭煤气。

（3）根据煤气的流量，可以通过文本显示器上的设置改变鼓风机的速度以控制空气流量，使得煤气和空气的比例处于最佳状态。

可用电位器手动调节引风机
变频器，根据钢包烘烤器内的压力调节风机的速度，保证钢包内外的压差基本为0。

（4）根据需要可用“手动/自动”切换开关切换控制模式。

在手动模式下，按“鼓风机启动”“鼓风机停止”“引风机启动”“引风机停止”即可开或停相关设备。

在自动模式下，按下“自动启动”按钮后，系统即自动运行。

手/自动模式可实现无扰切换。

在手/自动模式下，引风机的速度大小调节由可调节电位器R1来实现。

相关
指示灯在运行过程中能作出相应指示。

文本人机界面上可以看到设备运行的实时
数据，比如“钢包温度”“换向温度”“煤气压力”“煤气流量”等；在此界面上还可以对一些参数进行设定。

2.2 主要设备性能及参数
（1）烧嘴采用蓄热式高效节能燃烧器，两个烧嘴在包盖上的开口位置和燃烧中的火焰长度经过精心设计，可保证钢包的均匀烘烤和两个蓄热式烧嘴的最佳配合。

（2）蓄热体采用蜂窝状蓄热体，应用高分子材料制作而成，具有自清洗、防尘、防结渣，蓄热效率高达85%～95%，正常寿命1年以上。

（3）四通换向阀，切换时间为1min/次。

具有定时和强制换向功能，以及中
间位全通功能（此时排烟系统停止工作，烟气由包沿排出）。

（4）排烟系统由空气四通阀、排烟管和引风机构成，引风机风量为
2000m3/h，全压为2000Pa，耐温为200℃。

（5）鼓风机、引风机采用变频器控制，风机型号9－19 5.6A，风量：
3317m3/h，风压7375Pa；钢包盖内壁的隔热层采用新型高分子材料填充，具有
材质轻、耐高温、隔热效果好、使用周期长等特点。

图1 蓄热式钢包烘烤装置原理图
3.PLC控制系统
钢包烘烤器采用PLC及配套设备、仪表对其进行控制。

燃烧控制、换向控制及鼓、引风
机启停均集中在一台控制柜内。

PLC内置了几种温度控制曲线，在PLC的自动控制下，可以
保证钢包烘烤过程中温度始终跟随预先选定的曲线，且在燃烧稳态及过渡过程中能保持最低
空燃比，从而使燃料充分燃烧达到进一步降低能耗，减少环境污染的目的。

换向阀、煤气切
断阀等的动作由PLC控制实现，换向系统、燃气调节阀、空气调节阀、引风入口调节阀具有
定时换向、定温强制换向、紧急状态下报警、煤气切断等功能。

同时实现温度、压力、流量
等的显示、报警和连锁。

系统控制中心单元PLC采用S7-200系列中的CPU224，带有14DI/10DO数字量模块控制
开关信号，模拟量输入模块EM231带4AI进行温度、压力、流量检测。

模拟量输出模块
EM232带2AO进行变频器及调节阀的控制。

温度变送器将现场测得温度信号传送至PLC。

文
本显示人机界面TD200，可设置和显示相关工艺操作参数。

变频器选用西门子标准传动
MM440。

4.钢包烘烤
4.1 包盖主梁加固
钢包烘烤器的包盖自重2t左右，由卷扬机提升或下降包盖，使得包盖和钢包的间隙适中。

但是由于设计的不合理，包盖的主梁钢度过小，在生产加热过程中，当卷扬机提升包盖时有
主梁变形、断梁的危险，存在重大的安全隐患（见图2）。

为此，在包盖原有的主梁上面再
增加三角受力槽钢支撑架，焊接固定。

这样就增加了钢包盖主梁的钢性及承重能力，增大了
安全系数。

图2 改进前后钢包盖主梁结构对比示意图
4.2 卷扬机增加上下限位
原来的烘烤装置PLC控制虽然预留了上下限位的输入点，但是却没有接线。

这样当操作
不慎就有可能把钢包盖掀翻，造成生命、财产的损失。

在钢包盖的合适位置安装了2个行程
开关，当钢包盖到一定位置后行程开关动作，卷扬机停止，保证其安全性。

另外，由于烘烤
装置所处的环境是高温、多尘的恶劣环境，各种传感装置的信号线路都很容易烧坏，为此，
各种电线电缆都要穿管，并且在管道上包捆耐高温的石棉布。

5.改造效果
5.1能耗降低
普通的钢包烘烤器没有空气和燃料预热器，燃烧后的高温烟气直接排入大气，其温度很高，所以排烟损失很大，采用蓄热式燃烧技术节省大量的煤气；经实验可知，采用蓄热式燃
烧技术可以获得50%的燃料节约率，煤气耗量显著降低：新包煤气耗量由原来的7425 m3减
少到3472m3，每个钢包节约煤气3953 m3，节能率为53.23%。

5.2钢包周转周期缩短
钢水在装入钢包后的运输和浇铸过程中要损失大量热量，其热量损失大致分为钢水上表
面的辐射热损失、钢包外壳表面的综合散热损失和钢包内衬的蓄热损失，其中以钢包内衬的
蓄热损失为主。

如果减少钢包的热损失，钢水在钢包中的温降就可以大大减低。

采用蓄热式
燃烧技术，实际上提高了包内的平均火焰温度，加大了热量传输率，从而加快烘包速度。

新
包烘烤时间由原来的72h缩短到48h。

钢包烘烤时间明显缩短，从而缩短了钢包周转周期，
为生产赢得了时间。

5.3包衬寿命提高
采用蓄热式燃烧技术，提高了包内温度的均匀度，使包衬温度更均匀，消除了局部高温点，提高了烘烤质量，可以使包衬的寿命提高10%。

包盖变形减少，减少了检修费用。

钢包
烘烤效果明显改善，裂纹等缺陷显著减少。

5.4 降低有害气体的排放。

由于燃烧充分，大大降低了CO和CO2等有害气体的排放，从而明显改善现场生产环境。

排烟温度的降低，一定程度上改善了车间的环境，有利于工人的身心健康，客观上促进了劳
动生产率的提高。

130t钢包蓄热式烘烤器于2012年改造完成后，目前设备运行稳定、可靠，主要经济技术指标都显著提高如表2。

6.结论
炼钢厂130t转炉钢包烘烤器通过蓄热式节能技术改造，经济效益极其显著。

目前设备运
行安全可靠，生产正常稳定。

实践证明：蓄热式钢包烘烤器在炼钢厂的应用是成功的，蓄热
式钢包烘烤器具有投资少、见效快、安全、稳定可靠等特点，具有广泛的推广价值。