摘要:介绍了自动化炼钢系统在120t转炉上的应用情况，使用后终点命中率从65.8%提高到83%以上，获得较好的效果。
关键词:自动化 炼钢 终点命中率 静态计算 动态计算
1 概述
南钢120t转炉于2004年6月份投产。配有转炉顶底复合吹炼、副枪和二级自动化控制。自动化炼钢系统全部由奥钢联提供。二级自动化控制系统，实现炼钢过程的自动化控制，降低劳动强度，提高劳动生产率，为实现产品质量控制、跟踪管理创造条件。
自动化炼钢从2005年8月开始使用,从使用情况看具有改善转炉操作、延长炉龄、缩短冶炼时间、提高终点命中率等优点。
2 自动化炼钢简介
2.1 静态模型
2.1.1 一次计算(FCC)
一次计算是利用转炉物料平衡和热平衡的原理,根据铁水成份、温度、重量和目标钢水成份、温度、重量以及终点渣成份进行初步计算。
为达到出钢目标成份和温度，一次计算首先根据设定的最低碱度计算，如果根据该碱度计算达不到目标的碳、磷、硫含量则系统自动增加碱度，如此循环直到能够达到目标值，同时计算出需要的原辅料、冷却剂用量和吹氧量。如果系统增加到最高设定碱度仍然不能达到目标成份，则系统自动给出一个警告信息。
2.1.2 一次计算(SCC)
脱硫站将脱硫后实际铁水成份、温度和重量传输到转炉二级后，二级系统重新对吹氧量、钢水和炉渣终点成份和温度以及吹炼液位进行计算。二次计算和一次计算唯一的区别是:二次计算得到的是铁水脱硫站脱硫后传到转炉的铁水温度和[S]含量，并根据此成份进行计算从而得出更精确的结果。
2.1.3 液位测量
副枪通过专用的测量液位探头对铁水液位进行测量。其原理当探头接触到铁水时，探头内电流导通,系统记录下该位置数值。
2.1.4 氧气量模型
氧气用量模型的计算:先根据铁水化学成份计算吹炼该炉钢所需的氧气量;再计算矿石带入的氧量;最后根据上炉氧气利用率对该炉氧气用量进行修正,从而得出该炉最终氧气用量。
2.1.5 合金计算模型(ALL)
合金计算模型是根据终点钢水成份计算需要使用的脱氧、合金化用合金量,在使用合金模型时,工程师预先将合金各有效元素含量、价格输入二级系统,待终点钢水成份化验出来后启动合金计算模型,模型根据目标钢水成份和合金价格进行合金计算的优化。
2.2 动态计算模型(IBC/COR)
动态计算模型是当转炉吹氧量达到80%时,副枪对钢水温度和碳含量进行吹炼中测量,同时将测出的碳含量和温度值发送到二级,并根据测得的数值对终点进行计算。
动态模型计算包括:
(1)计算动态过程的吹氧量。
(2)计算终点碳含量和终点温度。
(3)计算补加冷却剂或升温剂加入量。
2.3 自学习模型(FBC)
自学习模型是根据该炉役内各炉次生产情况对工艺模型参数进行适时调整。
2.3.1 模型的调整基于以下原因:
(1)转炉炉衬的侵蚀
(2)氧枪喷嘴的磨损
(3)氧枪的更换
(4)转炉热损失的变化
(5)氧气利用率
(6)P和S在钢渣间分配系数
2.3.2 模型参数调整
根据生产情况,需要对模型参数不断地进行优化,从目前情况看,需要调整的数据为:
(1)氧气利用率系数
(2)终点渣碱度
(3)终点渣氧化镁含量
(4)温度损失
(5)原辅料、合金料成份的变化
3 自动化炼钢生产实践
3.1 一次计算
3.1.1 铁水
铁水倒罐站及时将进厂铁水鱼需罐号输入二级,三级系统从倒罐站收集数据并发送到转炉二级,转炉炉前根据鱼需罐铁水成份和温度进行计算,并将该计算值(修改值)确认后发送到铁水倒罐站,倒罐站根据接受结果进行倒罐作业。
3.1.2 废钢可以根据实际情况进行配料,也可以通过预先设定的废钢配比进行配料,固定配比可以通过搭配入炉废钢重废、轻废比例使转炉均匀升温。
3.2 二次计算
为提高二次计算的精确度,系统会考虑该炉铁水倒罐过程温降以及铁水预处理脱硫结束测温时刻到转炉开始兑铁水时刻的温降。
转炉可以根据二次计算的结果操作,也可以根据实际生产情况对二次计算结果进行修改,并将计算或更改结果确认后发送到二级。
3.3 吹炼液位的确定
主操工连接好“L”探头,待兑完铁水,受到转炉垂直信号后,点击液位测量按钮,副枪下枪测得一数值,主操工在转炉二级中输入废钢重量后,点击模型计算按钮,系统会自动给出一计算值,主操工对该液位进行确认(修改)后,发送到转炉二级,该液位作为吹炼的零液位。
3.4 氧枪枪位模型
自动炼钢投入使用后,根据不同的铁水条件和生产钢种共试验了16种操作枪位,最终将操作枪位分为适用于高温铁水和低温铁水两种枪位模型,见图1、图2。
3.5 投料模型
根据生产实践,摸索出适合我厂的投料模型,见表1。
表1 我厂投料模型
|
辅料种类 |
时机 |
比例 |
时机 |
比例 |
时机 |
比例 |
时机 |
比例 |
|
石灰 |
4% |
70% |
15% |
20% |
30% |
10% |
|
|
|
轻烧 |
4% |
100% |
|
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|
|
|
镁球 |
4% |
100% |
|
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|
|
|
|
|
返矿 |
4% |
50% |
|
|
|
|
|
|
返矿在开吹时加入总量的50%，30%根据过程化渣情况适时加入,最后20%在副枪1测量后根据实际情况而定。
3.6 副枪SL1测量碳、温度双命中范围初定
3.6.1 副枪SL1碳含量的要求
副枪SL1测温、定碳、取样后,从统计数据看,每脱0.06% [C]钢水温度升高10℃,终点目标[C]:0.05%,SL1最佳[C]: 0.35%,考虑到转炉在温度高时需要有一定的反应时间称量冷却剂用来降低钢水终点温度,所以初定碳含量在0.20～0.50%作为SL1碳命中的标准。
3.6.2 副枪SL1温度的要求
SL1测量后每吹氧150m3钢水温度升高10℃,目标出钢温度1640℃。根据SL1最佳[C]含量以及碳含量标准范围,初定SL1最佳温度1590℃,温度范围在1570～1610℃范围内作为温度命中标准。
综合以上,我厂将SL1测量的[C]:0.20～0.50%、温度1570～1610℃作为双命中的范围。3.7 副枪SL1磷含量的要求
我厂生产多为高质量钢种,成品目标[P]≤0.015%,终点都需等样出钢,但通过生产实践统计分析,副枪SLl测量后,磷含量在0.040%以内,基本不需要等样出钢,统计情况如表2:
表2 SL1,SL2[P]含量统计
|
SL1[P],% |
0.040 |
0.056 |
0.039 |
0.012 |
0.015 |
0.064 |
0.029 |
0.038 |
0.038 |
0.045 |
|
SL2[P],% |
0.011 |
0.015 |
0.011 |
0.08 |
0.008 |
0.016 |
0.006 |
0.010 |
0.013 |
0.009 |
3.8 模型使用结果
在自动化炼钢未能运行良好之前(1～7月份),我厂采用人工操作,终点命中率较低。具体比较如表3:
表3 1～9月份一倒[P]合格率(单位:%)
|
月份 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
一倒命中率(%) |
65.48 |
70.22 |
58.72 |
78.1 |
72.11 |
54.9 |
61.6 |
83 |
87 |
从以上数据可以看出,转炉采用自动炼钢后,倒磷合格率明显增加。
4 结语
(1)通过不断生产实践,自动化炼钢在南钢使用取得良好的效果。
(2)利用自动化炼钢,调整枪位和投料顺序,化好过程渣,一倒命中率平均从65.8%提高到83%以上。
(3)分析认为SL1[C]:0.20%～0.50%、温度1570～1600℃;可以作为双命中的标准。SL1取样[P]≤0.040%时不需要等样,直接出钢。
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