自动化炼钢的原理及应用

自动化炼钢的原理及应用

作者：刘刚

来源：《中国科技博览》2015年第25期

[摘要]转炉自动炼钢是指通过副枪检测钢水温度、碳含量、氧活度、液面高度以及取样分析钢水成分，在转炉二级控制系统上进行数据分析计算以指导炼钢操作的工艺，其核心是静、动态控制模型（SDM模型）。

[关键词]静、动态控制模型（SDM模型）

中图分类号：G216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0256-01

1、系统概述：

自动化炼钢系统包括电子称量系统、副枪系统、自动化炼钢数学模型、PLC自动控制系统。

2、基本原理

以物料平衡和热平衡为基础建立数学模型，通过数学模型计算出的值参于氧枪自动控制，达到自动化炼钢的目的。

2.1 物料平衡和热平衡包括：

物料平衡

收入项：铁水、石灰、矿石、萤石、白云石、炉衬、氧气

支出项：钢水、炉渣、炉气、烟尘、铁珠、喷溅

热平衡

收入项：铁水物理热、元素氧化放热、元素成渣放热、烟尘氧化热

支出项：钢水物理热、炉渣物理热、矿石分解热、烟尘物理热、炉气物理热、铁珠物理热、喷溅物理热、白云石、矿石分解热、废钢物理热、其它热损失

2.2 按照已知的原料条件和吹炼终点钢水温度及含碳量计算铁水、废钢、各种造渣材料及冷却剂的加入量、吹氧量和吹氧时间

2.3 按照计算结果由计算机控制整个吹炼过程至终点

转炉冶炼动态控制：开吹前先用静态模型进行ORDCAL 装料计算，吹炼前期用静态模型进行控制，接近吹炼终点时，利用副枪等手段检测到的信息进行计算，并修正吹氧量、冷却剂入炉量等操作参数，以确保停吹点钢水温度和含碳量同时命中、或二者其一命中。

3、主要辅助系统

3.1 副枪系统

副枪是设置在氧枪旁边的另一支水冷枪管，是在不倒炉的情况下从转炉钢水中测温、取样、定氧而不必中断吹炼的工具。副枪主要由枪管和探头两部分组成。

3.1.1副枪操作过程：从一个加热的储箱中自动选取一个探头连在副枪端部，并将副枪移至转炉上方。烟道上的副枪口打开，副枪下降探头插入钢水。几秒钟后副枪撤回，自动取下探头并传送至转炉平台，在这里人工取出钢样送化验室分析。炼钢操作依据副枪的检测结果调整吹氧量和转炉入炉各种材料的量。

3.1.2副枪设备系统构成：旋转框架和旋转设备、副枪卷扬驱动系统、副枪小车滑道、副枪小车、副枪导向装置、副枪枪体、探头储存箱、探头输送部分、探头翻转臂、探头分离器、探头收集溜槽、刮渣器、副枪入口密封帽、副枪入口、探头存储箱、副枪存放架、副枪探头

3.1.3 副枪控头分类：

TSC探头（测温、取样、定碳）：

用于吹炼过程中的检测

TSO探头（测温、取样、定氧）：

用于吹炼结束后的检测

T探头（只用于测温）：

如果操作者只关心钢水温度，即炉内钢

水不能直接出钢而需要在炉内等一段时

间时，使用T探头

3.1.4副枪的几个动作周期：探头连接周期、测量周期、复位周期

3.1.5副枪的操作模式：

（1）现场控制：在现场控制盘上控制设备的单体动作和功能。主要适用于设备维护期间。

（2）半自动控制：操作员在控制室内通过人机接口（HMI）来启动四个自动执行的周期（探头连接周期、测量周期、复位周期、维修/测试周期，操作员的主要工作是选择探头类型、启动探头连接周期和启动测量周期。

（3）计算机控制：由计算机启动四个自动执行的周期。选择探头类型和计算熔池液位也由计算机执行。操作执行的结果同时报告给操作员和计算机。

3.2 自动化炼钢数学模型：

共有七个数学模型，分别是：PRACAL工艺目标计算，DSHCAL 脱硫计算，ORDCAL 装料计算，BLOCAL吹炼计算，DCPCAL动态控制计算，LATCAL钢包合金化计算，APOCAL模型反馈计算

（1）PRACAL 工艺目标计算

目的：根据进入精炼工序之前的钢水温度和成分要求，计算出转炉终点的钢水目标温度和目标碳含量。模型计算得到的或操作员预先设定的钢包合金化加料量。

（2）DSHCAL 脱硫计算

目的：根据铁水包中的铁水硫含量、温度以及脱后的目标硫含量，计算铁水脱硫所需的脱硫剂加入量。

（3）ORDCAL 装料计算

目的：计算加入到转炉的铁水和废钢重量，以满足优化转炉吹炼终点的要求。

II输入的数据：铁水成分、铁水温度、转炉吹炼终点的目标温度和目标碳含量。

（4）BLOCAL 吹炼计算

目的：计算出转炉加料量和吹氧量。模型给出这些建议值可保证达到吹炼终点的目标温度。如果炉次的热量少，吹炼终点碳含量可能会低。

（5）DCPCAL动态控制计算

目标：在吹炼过程中副枪测量之后，提出进一步的吹氧量和冷却剂加入量的建议值。

（6）LATCAL钢包合金化计算

目的：计算出钢期间的加料量和预计出钢结束后的温度。如果预计的温度太高，模型将给出加入转炉的冷却剂建议量，或是给出加入钢包的废钢冷却剂建议量。

（7）APOCAL模型反馈计算

目的：计算各平衡项和模型标准的实际值，并且为下一炉次更新各平衡项和模型标准。

4、应用效果：

通钢第一钢轧厂经过自动化炼钢的长期应用，炼钢水平得到了显著提升，终点碳温双命中率由原来的80%左右提升到了90%以上。

结语

自动化炼钢的应用提高第一钢轧厂转炉终点温度、碳含量的控制精度，提高了操作效率、终点温度控制精度、终点碳含量控制精度，减少了补吹次数，延长了炉衬寿命，优化了废钢熔化效率。