張兆柱,于德榮,石勝利

(1.南開大學(xué),天津 300071;2.萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東 萊蕪 271104)

1 前言

近年來,國內(nèi)在轉(zhuǎn)爐自動煉鋼方面取得了不小的成就。寶鋼第三煉鋼廠基本實(shí)現(xiàn)了自動煉鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)煉鋼到科學(xué)煉鋼的變革,實(shí)現(xiàn)了由人工操作加料、吹氧、倒?fàn)t拉碳、取樣到自動煉鋼的轉(zhuǎn)變。

萊鋼 120 t轉(zhuǎn)爐在 2007年 5～10月安裝了轉(zhuǎn)爐副槍設(shè)備,具備了在煉鋼過程中不倒?fàn)t測溫、取樣、定碳、定氧等功能。轉(zhuǎn)爐副槍冶煉模型可以根據(jù)采集到的鐵水溫度、重量、成份,廢鋼種類、每種廢鋼重量及總重,放鋼時鋼包的溫度等相關(guān)信息自動生成一個料單。料單可以顯示需要加入的每種散裝料的多少、需要的吹氧量及合金加入量等相關(guān)數(shù)據(jù),為操作人員提供參考。

在此基礎(chǔ)上煉鋼廠提出要實(shí)現(xiàn)爐前點(diǎn)擊開始煉鋼按鈕,完全由副槍二級控制轉(zhuǎn)爐槍位、氧氣流量、散裝料加料、轉(zhuǎn)爐底吹氬和鋼包底吹氬直至搖爐放鋼的“一鍵式”煉鋼的構(gòu)想。

2 新技術(shù)改造措施

2.1 設(shè)備與工藝的改進(jìn)

2.1.1 氧槍編碼器

原氧槍編碼器安裝在氧槍卷揚(yáng)減速機(jī)輸出軸卷筒的另一側(cè),編碼器與輸出軸同軸度偏差大,造成編碼器輸出誤差大。通過研究決定將編碼器安裝在氧槍主令的一端,與氧槍主令同軸。重新設(shè)計(jì)卷揚(yáng)與氧槍主令的聯(lián)軸器,使卷揚(yáng)軸與主令軸的同步誤差在 2 mm之內(nèi),從而保證了氧槍卷揚(yáng)與編碼器的同步運(yùn)行,也保證了編碼器高度和氧槍實(shí)際高度相對應(yīng)。

2.1.2 散裝料稱量系統(tǒng)

針對散裝料振動篩能力不足、下料量控制誤差大的問題。通過調(diào)查決定首先將振動篩擴(kuò)容,以滿足“多批次,小批量”快加料的要求。針對散裝料稱量料斗控制精度不高的問題,將散裝料稱量料斗秤的傳感器改為橋式傳感器,下料量的多少通過控制振動篩振動電機(jī)的給定頻率來調(diào)節(jié),保證誤差在 50 kg以內(nèi)。進(jìn)口一套高精度下料系統(tǒng)的電磁振動電機(jī)需要 25萬元,改造的費(fèi)用只需 5萬元。

2.1.3 鋼包底吹系統(tǒng)

借鑒精煉爐成套吹氬設(shè)備的優(yōu)點(diǎn),在原氬氣管路流量調(diào)節(jié)閥前增加一個壓力調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)管路壓力;在流量調(diào)節(jié)閥后增加一個氣動切斷閥,實(shí)現(xiàn)自動切斷,管道末端加上遠(yuǎn)傳壓力表和遠(yuǎn)傳流量計(jì)。將鋼包底吹氬氣系統(tǒng)做成一個小的控制系統(tǒng),通過 PLC進(jìn)行控制,操作系統(tǒng)在爐前操作畫面上。在放鋼信號到來 1 min后切斷閥打開,分為三個階段控制,放鋼前期 (0～2 min)、放鋼中期 (0～3 min)、放鋼后期,每個階段設(shè)定不同的壓力及流量值。放鋼結(jié)束信號到來 2 min后關(guān)閉切斷閥,鋼包底吹結(jié)束。

2.1.4 轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)

針對轉(zhuǎn)爐底吹氬氣與副槍測量時所需底吹氬氣流量大小不對應(yīng)的問題,轉(zhuǎn)爐底吹設(shè)備不做改變,主要進(jìn)行程序方面的優(yōu)化。轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)在接收到吹煉的信號后開始工作,在副槍探頭測量時將轉(zhuǎn)爐底吹的流量適當(dāng)降低,以免底吹流量過大,爐內(nèi)翻騰劇烈,造成副槍粘鋼。

2.1.5 鐵水與廢鋼數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)

副槍冶煉模型需要采集鐵水包的包號、鐵水溫度、重量、成份,每個種類廢鋼的重量及總重量,以便分析現(xiàn)有原料的信息,通過比較冶煉模型的計(jì)算成份與需要冶煉的鋼種的目標(biāo)成份值,判斷需要加入的散裝料、吹氧量的多少。現(xiàn)有行車秤數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)礁睒尪壪到y(tǒng),可增加無線發(fā)射與接收設(shè)備,通過信號轉(zhuǎn)換器將鐵水重量數(shù)據(jù)采集到副槍二級系統(tǒng)中。在行車上加裝無線發(fā)射與接收裝置,將廢鋼信息錄入大屏,可以判斷每種廢鋼的裝入量,通過程序計(jì)算累加得到廢鋼總量。微機(jī)保存數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)礁睒尪壱睙捘Ｐ椭小?/p>

2.2 自動控制系統(tǒng)

“一鍵式”煉鋼生產(chǎn)流程如圖 1所示,控制系統(tǒng)如圖 2所示。從控制功能上分為一級控制和二級控制。

圖 1 “一鍵式”煉鋼工藝流程

圖 2 電氣控制系統(tǒng)

2.2.1 一級控制系統(tǒng)

一級系統(tǒng)主要包括以下幾部分:通訊與各上位機(jī)時間同步控制、副槍本體系統(tǒng)控制、轉(zhuǎn)爐本體控制。

(1)通訊與各上位機(jī)時間同步控制。通過編制時間同步軟件,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理網(wǎng)、副槍二級網(wǎng)絡(luò)與一級控制網(wǎng)絡(luò)中上位機(jī)時間同步。設(shè)置 PLC硬件參數(shù)以及W I NCC參數(shù)實(shí)現(xiàn)一級 PLC與一級控制網(wǎng)絡(luò)中上位機(jī)時間同步。在此基礎(chǔ)上通過GPS時鐘軟件實(shí)現(xiàn)一級、二級、三級網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步。

(2)副槍本體系統(tǒng)控制。副槍系統(tǒng)控制包括D IRC控制、副槍側(cè)移小車橫移、探頭自動裝卸、副槍升降等控制。

(3)轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)控制。主要實(shí)現(xiàn)氧槍升降自動控制、吹氧自動控制、散狀料加料自動控制、鋼包吹氬氣、轉(zhuǎn)爐底吹氬自動控制。

2.2.2 二級控制系統(tǒng)

二級系統(tǒng)主要采用 C-S模式,即服務(wù)器客戶端形式。

(1)SDM模型。副槍二級系統(tǒng)核心是 SDM模型,包括靜態(tài)模型和動態(tài)模型。靜態(tài)模型包括建立熱平衡、氧平衡、鐵平衡和渣平衡。動態(tài)模型進(jìn)行工藝目標(biāo)計(jì)算,脫硫計(jì)算,加料計(jì)算和吹煉計(jì)算;在吹煉過程中依據(jù)操作工發(fā)出的指令以及煉鋼過程數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)控制計(jì)算,二次吹煉計(jì)算,廢氣分析動態(tài)工藝控制;在吹煉后進(jìn)行吹煉確認(rèn)計(jì)算,鋼包合金化計(jì)算,冶煉結(jié)束計(jì)算,模型反饋計(jì)算。

(2)生產(chǎn)計(jì)劃。BOF計(jì)劃主要通過轉(zhuǎn)爐計(jì)劃的輸入,儲存和管理轉(zhuǎn)爐添加劑畫面、吹煉畫面、副槍畫面、底吹畫面、出鋼添加劑畫面,操作工可以進(jìn)入系統(tǒng),添加、修改和刪除轉(zhuǎn)爐計(jì)劃。

SDM將加鐵水指令顯示到鐵水站的監(jiān)測器上。SDM接收鐵水的實(shí)際重量和溫度信息;實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果也傳給 SDM。這些數(shù)據(jù)將用于SDM的計(jì)算以及生成報表。

SDM將加廢鋼指令顯示到廢鋼裝載站的監(jiān)測器上,并顯示廢鋼類型和重量。PSDM將接收每種類型廢鋼的實(shí)際重量及溫度信息。

鐵水和廢鋼加料由 SDM來計(jì)算。實(shí)際的加入量將返回供 SDM使用。

(3)過程通訊。通過工業(yè)以太網(wǎng)與一級系統(tǒng)進(jìn)行通訊。二級與一級之間通過 GATEWAY PLC隔離。把氧槍高度、氧氣流量、散狀料鐵合金加料狀況傳輸?shù)揭患?PLC,實(shí)現(xiàn)一級 PLC自動控制。PLC將實(shí)際流量、體積、時間、爐內(nèi)事件、副槍測量結(jié)果和槍的高度等過程數(shù)據(jù)傳給 SDM。PLC將底吹過程中氣體消耗信息傳給 SDM生成報表。另外,SDM將鋼包加料預(yù)設(shè)定值發(fā)給PLC,并接收其實(shí)際消耗的信息。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

“一鍵式”煉鋼轉(zhuǎn)爐設(shè)備改造采用了以下幾方面的新技術(shù)。

(1)廢鋼分組稱量技術(shù)。將廢鋼按照重型、中型、輕型、燒結(jié)礦和鐵塊進(jìn)行分類,每種廢鋼的重量可以單獨(dú)采集,分類后的廢鋼根據(jù)需要進(jìn)行組合加入。

(2)建立了鋼包底吹模型。通過放鋼信號進(jìn)行控制,按照出鋼初期、出鋼中期、出鋼后期分段調(diào)節(jié)底吹氬氣流量,保證了鋼水成分和合金分布及反應(yīng)的均勻性。

(3)自行研究開發(fā)了“多批次、小批量、下料快、精度高”散裝料控制系統(tǒng)。

(4)鐵水與廢鋼數(shù)據(jù)的自動采集、保存、傳輸技術(shù)。

4 實(shí)施效果及存在問題分析

轉(zhuǎn)爐“一鍵式”煉鋼技術(shù)改造于 2008年 3月底完成,隨后經(jīng)過一個月的調(diào)試首先在 3#轉(zhuǎn)爐成功實(shí)現(xiàn)“一鍵式”煉鋼,并在 5月初推廣到其他轉(zhuǎn)爐使用,至此煉鋼廠實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)煉鋼到科學(xué)煉鋼的變革。使用“一鍵式”煉鋼具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)終點(diǎn)命中率提高。據(jù)統(tǒng)計(jì),通過“一鍵式”煉鋼,轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率由原來的 70%提高到現(xiàn)在的 95%以上,回爐鋼情況幾乎杜絕,節(jié)約了大量的能源。

(2)二次補(bǔ)吹次數(shù)大幅度減少。轉(zhuǎn)爐吹煉完成后,由于終點(diǎn)命中率提高,二次吹煉次數(shù)由原來的 20%下降到目前的 5%左右,二次吹煉數(shù)量的減少極大的降低了轉(zhuǎn)爐泄爆的爐數(shù),干法除塵系統(tǒng)得以正常運(yùn)行。

(3)轉(zhuǎn)爐煉鋼工作環(huán)境顯著改善。轉(zhuǎn)爐煉鋼工搖爐拉碳、測溫、取樣的爐數(shù)比率已經(jīng)由原來的 100%直線下降到目前的 20%左右,工人已經(jīng)在大部分的時間內(nèi)遠(yuǎn)離了危險工作區(qū),極大的降低了爐前燙傷事故的發(fā)生。

(4)實(shí)施后遇到的主要問題。轉(zhuǎn)爐“一鍵式”煉鋼對外部條件要求較為苛刻,如冶煉氧壓、鐵水成分及溫度穩(wěn)定,以上條件如果變化較大,則不能實(shí)行“一鍵式”煉鋼;

對設(shè)備管理水平要求高,“一鍵式”煉鋼要求成分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、原料計(jì)量、機(jī)械、電氣、自動化設(shè)備必須 100%的可靠,一旦發(fā)生故障便不能“一鍵式”煉鋼。

目前,只要原料條件穩(wěn)定,三座轉(zhuǎn)爐均使用自動煉鋼。3#轉(zhuǎn)爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 75%左右,1#轉(zhuǎn)爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 82%左右,2#轉(zhuǎn)爐使用“一鍵式”煉鋼的比例始終保持在 70%左右。

5 結(jié)論

“一鍵式”煉鋼實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)煉鋼到科學(xué)煉鋼的變革,優(yōu)化了工藝操作,提升了整個煉鋼區(qū)域設(shè)備管理水平和自動化裝備水平,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,并為進(jìn)一步研究智能煉鋼提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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