转炉炼钢动态控制技术_全红

转炉炼钢动态控制技术X

全红

(昆明冶金高等专科学校冶金与矿业学院,云南昆明650033)

摘要:介绍了国内外转炉炼钢中用于过程动态控制的副枪和炉气分析系统技术,并对国内大、中型转炉终点采用动态控制技术提出了建议。

关键词:转炉;炼钢;动态控制

中图分类号:TF711文献标识码:A文章编号:1006-0308(2006)03-0031-04

Technology of Dynamic C ontrolling on Converter Steelmaking

QUAN Hong

(Meterage and Metallurgy Department of Kunming Metallurgy College,Kunming,Yunnan650033,China)

A BSTRACT:Thi s paper in trod uces the d omes tic and forei gn tec hnology of su b-lance an d off-gas an al ysi s on con verter s teel makin g,the suggestion ab ou t dyn amic con trollin g the proces s of large or midd le con ve rter steelmaking in our coun try is proposed.

KEY WORDS:con verter;s teelmakin g;d ynamic c on trol

1转炉吹炼控制技术的发展及现状

自1952年世界上第一座氧气转炉在奥地利Doawitz厂投产以来,由于其生产效率高、产品质量好,得到迅速发展。从20世纪50年代到70年代主要是完善技术和实现大型化,70年代从静态控制向动态控制发展,80年代以来,随着计算机技术的全面推广以及各种检测手段的迅速发展,国外先进钢铁厂逐步研究采用计算机对转炉吹炼进行控制,日本在80年代后开始采用全自动控制技术。国内除宝钢、武钢、首钢等少数转炉采用动态控制外,大多数转炉的装备、控制水平还较低,处于经验控制向自动控制的过渡。

转炉吹炼控制技术的发展可分为三个阶段:静态控制、动态控制和转炉全自动吹炼控制。

111静态控制技术

静态控制指转炉吹炼前,根据初始条件和终点要求,对转炉吹炼过程进行模型计算,制定出吹炼方案(提供供氧时间和各种辅原料加入量),以达到基本命中目标值,它可以对转炉吹炼过程的熔池温度和成分变化进行预报[1]。

静态模型是转炉实现动态控制和全自动控制的基础,转炉要进行动态控制或全自动控制,必须首先建立静态模型。但是,由于静态模型不能根据吹炼情况采集炉内金属液成分和温度变化等炉内信息来调整吹炼参数,因此命中率较低。

112动态控制技术

转炉所采用的动态控制技术主要有副枪动态控制和炉气分析动态控制以及副枪+炉气分析动态控制。

11211副枪动态控制技术

副枪动态控制技术是在吹炼接近终点时(终点前2~3min),向熔池内插入副枪,检测熔池温度T和碳含量[C]及钢水氧活度,并取出金属样。根据检测数据,修正静态模型的计算结果,计算命中终点所需的供氧量(或供氧时间)和冷却剂加入

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X收稿日期:2005-11-15;修回:2006-03-20

作者简介:全红(1963-),女,湖南长沙人,机械工程师。

量,调整后2~3min的吹炼参数。副枪安装的组合探头不同,具备的检测功能也不同,终点命中率也不同[2]。

1)宝钢炼钢厂。宝钢一炼钢、二炼钢转炉均采用计算机动态炼钢技术,主要依靠所装备的副枪检测吹炼过程中钢液的信息,通过动态控制模型对吹炼终点进行控制。

宝钢的转炉动态代数模型是根据副枪快速测定的结晶碳及钢水温度,分别利用指数函数及线性函数来推定吹炼停止时的钢水碳含量和温度,它还具有动态学习功能,即利用吹炼停止时的钢水碳含量和温度信息对动态模型参数进行校正,以提高下一炉的精度。据了解,终点一次命中率为80%~ 85%(控制精度:[C]?01015%、T?13e),补吹率在10%以下。

2)武钢三炼钢。武钢三炼钢是20世纪90年代新建的现代化炼钢厂,转炉静态模型包括四相模型:即中间目标温度计算模型、原料计算模型、熔剂计算模型和静态计算模型。这四个模型决定每炉钢吹炼前的设定值。转炉冶炼在副枪第一次测量(占总氧耗量的85%左右)后进入动态控制,计算出达到目标温度和目标碳所需的吹氧量及冷却剂量,以后每吹氧3s,启动一次动态计算,预测熔池内的碳含量和温度,当温度和碳含量都进入目标范围时,发出提枪停吹指令。

从1997年下半年开始,通过对转炉静态模型参数和动态模型参数的优化调整,转炉终点命中率(控制精度:[C]?0101%、T?12e)由开始的4216%提高到2001年的平均9311%,其中2001年11月最高达到96196%。补吹率一般在5%以下,达到了国际先进水平[3]。

3)济钢三炼钢。济钢2000年新建投产的120t 复吹转炉采用了副枪和两级自动化控制系统,副枪技术由达涅利公司提供,实现炼钢过程的动态控制。所达到的转炉一次命中率见表1。

采用副枪测量实现了转炉吹炼的动态控制,其优点在于:1)能完全消除转炉初始条件波动的影响和系统误差;2)基本消除吹炼过程中产生的随机误差;3)对终点进行近程预报,大幅度提高终点命中率。但转炉副枪工艺只能提供吹炼过程中瞬时的碳含量和温度,并不能提供连续的信息,严格来说,副枪仍然是一种静态控制手段,只不过距终点时间很短,实质上转炉生产的大部分时间仍是在静态模型的指导下进行的。另外,副枪所采用的结晶定碳技术对低碳钢的测量精度较高,而对高碳钢的测量误差却较大[4]、[5]、[6]。

表1济钢三炼钢120t转炉终点命中率

Tab.1End-point hitting rate of the120t converter in the third steelmaki ng plant of Ji nan Iron&Steel Company Ltd.

[C]/%控制精度[C]、T同时命中率/%

0102~0106[C]?01015%,T?12e88

0106~0115[C]?0102%,T?12e84

0115~0124[C]?0103%,T?12e78

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炉气分析动态控制技术

图1炉气分析系统示意图

Fig.1Sketch of the furnace gas analysis

system

图2CO、CO@、O2和N2的气体特征曲线

Fig.2Characteristic curve of CO,CO2,O2and N2

炉气分析动态控制技术是通过连续检测炉口逸出的炉气成分数据,推算熔池瞬时脱碳速度和Si、Mn、Fe、P的瞬时氧化量,并对熔池物料平衡和能量平衡进行计算,求出熔池瞬时的升温速度。它可依据前一时刻的检测值,预报下一时刻的成分和温度变化,同时,比较每一时刻的计算值与检测值的误差,不断对结果进行校正,从而提高控制精度和命中率(如图2-1、2-2所示)[7]、[8]。

目前,国外如欧洲、日本、韩国等有基于炉气

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