转炉底吹动态控制SN
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1 转炉底吹工艺介绍
转炉底吹控制系统的目标是控制转炉底部气体 搅拌的过程。该过程通过控制入口吹搅气体流量,加 大或减小通过位于转炉底部的透气砖的吹气量,从 而提高钢水质量,获得优质钢,同时通过调整合金加 入量、吹氧量及吹搅气体的消耗,进行特种钢的生 产。为达到控制目的,必须依赖于炼钢过程实际数据 状态及吹氧系统数据,底吹系统的设备将根据炼钢 过程数据状态及吹氧系统数据进行相应的动作;同 时底吹系统的各种状态数据将显示在 HMI (如图 2 所示)上,在 HMI 上要求操作人员进行必要的选择 与确认。
其他各点依次类推 (F6、F7、F8 不参与系数调 整)。
4 实践效果
底吹流量实现动态模型控制,改善了底吹气体 对熔池的搅拌作用,使得复吹时钢—渣反应好,吹炼 过程平稳,不易发生喷溅,吹炼终点碳氧浓度积更接 近平衡值(如图 5 所示)。
通过新的底吹控制方案,加强了熔池的搅拌力, 使熔池内成分和温度的不均匀性得到有效改善,碳 氧反应更进一步接近平衡,避免了钢水的过氧化。对 终点渣样成份分析对比发现,优化后终点渣样中
随着底吹工艺的完善及生产工艺的实际要求,
2010 年 11 月
张西涛:转炉底吹动态控制
59
3 种模式及 3 种系列同样需要吹炼前根据钢种 规程要求进行选择,首先选择模式,其次选择系列 (如图 3 所示),然后就根据程序设定的流量曲线进 行调整和切换,实现底吹流量的动态控制。
图 3 底吹模式及参数设定
3 底吹动态控制模型
资料表明,吹炼终点碳氧积影响因素是出钢温 度、熔池深度、炉膛形状及底吹效果。因此,通过改善 底吹工艺方案,提高底吹效果,降低吹炼终点碳氧 积,可进一步提高钢水质量,以满足越来越多的高附 加值钢种的生产需要。
根据实际出钢量及实际熔池液位、渣中(FeO) 含量变化,调整完善原曲线中各拐点时机及参数;根 据钢种终点控制要求(终点[C]含量的控制),区分不 同钢种,以确定选取对应的后期流量曲线;同时启动 “后搅”模式,尤其是低碳钢种,以进一步促进 C-O 反应,降低碳氧积,可以提高钢水质量。
参考文献 [1] 李长穆.PMC 管加工设备与技术.北京: 冶金工业出版社.
1993 [2] 张居勤.美国 PMC 公司管加工机床的技术特点. 焊管,
1997(1): 25-31 [3] 郝木明.过程装备密封技术.北京:中国石化出版社. 2010 [4] 彭兵,肖风亮,李翔宇.橡胶密封制品.北京:化学工业出版
第 6 期(总第 43 期) 2010 年 11 月
Fluid Power Transmission and Control
No.6 (Serial No.43) Nov. 2010
转炉底吹动态控制
张西涛 ( 济钢第三炼钢厂 济南 250101)
摘 要 :文章通过对转炉底吹工艺的介绍,阐述了目前底吹工艺的局限性,提出了优化底吹工艺方案,实现底吹的动态 控制,改善了底吹效果。 关 键 词 :转炉;底吹工艺;动态模型
轴向斜楔孔之所以有比较大的磨损,主要是因 为 O 形圈的尼龙垫圈与孔长期摩擦的结果。根据理 论分析和实际使用情况,建议孔的磨损量要控制在 0.2 mm 以内 (此时 O 形圈的线径压缩比为 9.3%), 以防止该密封处频繁漏油。若轴向斜楔和单向阀配 合的内孔磨损量超过 0.2 mm,建议修复或者使用新 备件。
尤其是冶炼品种钢的需要,目前的底吹方案已不能 满足生产需要。原曲线中流量设定是按照出钢量 120 t 计算,但现在实际的出钢量已经达到 155 t,以 设计时底吹流量供气强度为 0.ຫໍສະໝຸດ Baidu2~0.09 Nm3/t·min 标准计算,目前实际的底吹流量应控制在 186~837 Nm3/h 之间,而目前实际流量最大值 360 Nm3/h,明 显偏低;冶炼 45# 等钢种终点碳含量控制相对较高 时,底吹模式曲线中如果流量过大,终点倒炉出钢时 C-O 继续反应且相对较为激烈,易引起炉口下渣或 泼钢,影响钢水质量,且存在安全隐患。
社. 2009
The Leakage Problem of Hydraulic Lathe Chuck
Jiang Shuzhou Wu Shuikang Shen Yichun
通过新的底吹方案实现了底吹流量的动态控 制,进一步优化了炼钢过程熔池搅拌,使熔池内成分 和温度的不均匀性得到有效改善,碳氧反应更进一 步接近平衡,提高了终点温度和成分的命中率,降低 了吹炼终点碳氧积,避免了钢水的过氧化,提高了合 金、金属收得率和钢水质量,取得了显著的经济效益 和社会效益。
参考文献 [1] 左锐,刘小鸥.降低转炉钢水终点碳氧积技术实践[J].武钢
目前,济钢第三炼钢厂 120 吨转炉底吹工艺设 计方案为 8 块透气砖(如图 1、图 2 所示),总管供气 压力为 1.5 MPa,总管供气流量最大为 720 Nm3/h,即 每个透气元件最大气体流量为 90 Nm3/h, 避免钢水 或钢渣穿透的最小气体流量为 18 Nm3/h;设计供气 强度为 0.02~0.09 Nm3/t·min。
利用现有的副枪测量系统,可以很容易得出炼 钢终点的碳氧积、熔池液位。在每炉终点副枪测量完 毕后,根据测量的碳氧积、熔池液位以及定期修正或 输入的炉龄系数,PLC 设定程序计算出近 10 炉的相 关平均数据,根据平均数据进行动态计算,从而决定 下一炉底吹流量的设定参数。
图 4 三个系列设定基准值
根据上图中所示的流量曲线中的 8 个数值点, 分别将其标识为 F 低 1~F 低 8;F 中 1~F 中 8;F 高 1~F 高 8,同时设定高、中、低 3 个系列基准值:
因此,在原有 3 种模式的基础上,增加 3 个系列 (如图 3 所示):即高流量、中流量、低流量系列,排列 组合共计 9 种基本曲线,同时每种曲线又是动态的, 与终点碳氧积、熔池液位、炉龄等参数有关,即流量 曲线值 (f x)=f(m/m0,a,b),其中 m/m0—终点碳氧积修 正系数,a—熔池液位修正系数,b—炉龄修正系数。
中图分类号:THS14.92
文献标识码:B
文章编号:1672-8904(2010)06-0058-003
前言
济钢第三炼钢厂 120 吨转炉采用顶底复吹工 艺,通过几年的摸索和数据积累,结合溅渣护炉工 艺,有效控制炉底形状,维护底吹透气砖与转炉同步 长寿命,吹炼终点碳氧积在 0.0030%以下。实践证明 复合吹炼的冶金效果可以加速脱碳反应,降低了脱 碳速度特性发生变化时的临界碳含量;降低渣中金 属含量;降低钢中氧含量;提高钢水中余锰含量;节 约合金;减少石灰、白云石等用量;提高钢水收得率 等。
(1) 其中:m=[%C][%O]/10000;
m0=η3T+10-6a; a 为熔池液位,cm; b 为炉龄; T 为终点温度; η1、η2、η3 为经验系数
注:[%C]、[%O]、T、a 均为前 10 炉的平均值,副 枪测量失败时的取值:T=1650℃,a=880cm, [%C]或 [%O]有 1 个无数值则取 m=[%C][%O]=0.0025。
三个系列设定基准值见表 1:
系列
1
2 3 4 5678
低流量 216 200 360 400 144 144 216 144
中流量 240 224 400 440 216 144 216 144
高流量 264 240 440 480 240 144 216 144
通过回归分析,推导出终点碳氧积与终点温度、 终点碳含量、终点氧含量、熔池液位的关系,确定各 点的流量关系式(以 F 低 1 为例),如式(1):
收稿日期:2010-09-13 作者简介:张西涛(1976-),男,工程师,现主要从事炼钢基础自动化 和过程自动化控制技术工作。
图 1 底吹透气砖分布
图 2 底吹系统总画面
2 目前底吹方案的局限性
如图 3 所示,在实际炼钢过程中,全程吹氮模式 (设定曲线 3)从未应用过,即实际应用的只有两种 曲线(设定曲线 1、2)。底吹工艺曲线相对单一,不是 全程吹氩就是氮氩切换,且各个切换点的切换时机 也不灵活。设定的总耗氧量一般不修正,装入量、装 入制度变化或铁水成分变化时,过程控制(如脱碳速 度、返干喷溅期等)将发生较大变化,这就意味着切 换时机将相应提前或滞后,从而影响到底吹的实际 效果;同时在各个阶段的底吹流量值是一成不变的, 不能根据实际需求灵活的进行调整。
3 措施及效果
针对上面的分析,根本问题要解决 O 形圈线径 压缩比偏小的问题,以解决漏油问题。个方法:1.对 磨损的斜楔孔进行修复,恢复到原来的尺寸;2.临时 方法:O 形圈改粗,做非标备件,线径压缩比提高到 9.6%以上。上机使用发现,均有明显效果:漏油的周 期明显延长,漏油周期能延长到 4-6 个月,问题得以 解决。
技术,2005,43(6):5 [2] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京:冶金工业出版社,1995.
(196)
The Dynamic Control Scheme of BOF Bottom Stirring
Zhang Xitao
,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
目前正在使用的卡盘已使用多年,各配合面不 同程度的磨损。跟踪发现,漏油发生在单向阀与轴向 斜楔的密封处(如图 2 所示)。选取漏油频繁的卡盘, 通过对轴向斜楔与单向锁阀密封配合的孔磨损量进 行测量可知,磨损量为 0.2~0.4 mm,而其他漏油情 况较少的卡盘对应斜楔孔的磨损量在 0.20 mm 以 内。新品备件 O 形圈线径压缩比为:13.5%,而对于 孔磨损量达到 0.4 mm 的情况,O 形圈线径压缩比为 6.5%,在高压下,O 形圈的预压量明显偏小,产生内 泄露,使用很短一段时间后,随着密封的磨损,O 形 圈的线径压缩比进一步减小,漏油加剧。同时对单向 阀的 O 形圈沟槽进行测量,磨损极其轻微,相对于 轴向斜楔内孔的磨损量可以忽略不计。
(上接第 57 页) 在弹簧作用下单向阀闭合。此时由于活塞环脱离翻 转体底面,高压液压油对活塞环的作用面积变大。计 算可知,此时高压液压油对活塞环底面的作用力为 101 498.2 N,通过对活塞环、6 只轴向移动斜楔受力 分析可知,此时轴向斜楔受到的作用力是低压夹紧 时压力 292N 的 42 倍。此过程即高压同步夹紧过 程,在单向阀闭合的瞬间,6 只轴向斜楔受到的轴向 作用力同步提到到单向阀闭合前的 42 倍,确保工件 可靠夹紧。则此时被密封的液压油压力提高到单向 阀闭合前的 9 倍,为 232.4 N。
60
2010 年第 6 期
5 结束语
图 5 优化前后碳氧浓度积对比
(TFe)含量下降 3.16%,从而减少了渣中的金属损失, 提高了金属收得率。
动态底吹控制方案改善了底吹气体对熔池的搅 拌作用,促进了吹炼过程中的传热和传质,加速钢— 渣间的界面反应,有利于熔池温度的提高和成分的 均匀,提高了氧气的利用率,降低了吨钢耗氧量。
转炉底吹控制系统的目标是控制转炉底部气体 搅拌的过程。该过程通过控制入口吹搅气体流量,加 大或减小通过位于转炉底部的透气砖的吹气量,从 而提高钢水质量,获得优质钢,同时通过调整合金加 入量、吹氧量及吹搅气体的消耗,进行特种钢的生 产。为达到控制目的,必须依赖于炼钢过程实际数据 状态及吹氧系统数据,底吹系统的设备将根据炼钢 过程数据状态及吹氧系统数据进行相应的动作;同 时底吹系统的各种状态数据将显示在 HMI (如图 2 所示)上,在 HMI 上要求操作人员进行必要的选择 与确认。
其他各点依次类推 (F6、F7、F8 不参与系数调 整)。
4 实践效果
底吹流量实现动态模型控制,改善了底吹气体 对熔池的搅拌作用,使得复吹时钢—渣反应好,吹炼 过程平稳,不易发生喷溅,吹炼终点碳氧浓度积更接 近平衡值(如图 5 所示)。
通过新的底吹控制方案,加强了熔池的搅拌力, 使熔池内成分和温度的不均匀性得到有效改善,碳 氧反应更进一步接近平衡,避免了钢水的过氧化。对 终点渣样成份分析对比发现,优化后终点渣样中
随着底吹工艺的完善及生产工艺的实际要求,
2010 年 11 月
张西涛:转炉底吹动态控制
59
3 种模式及 3 种系列同样需要吹炼前根据钢种 规程要求进行选择,首先选择模式,其次选择系列 (如图 3 所示),然后就根据程序设定的流量曲线进 行调整和切换,实现底吹流量的动态控制。
图 3 底吹模式及参数设定
3 底吹动态控制模型
资料表明,吹炼终点碳氧积影响因素是出钢温 度、熔池深度、炉膛形状及底吹效果。因此,通过改善 底吹工艺方案,提高底吹效果,降低吹炼终点碳氧 积,可进一步提高钢水质量,以满足越来越多的高附 加值钢种的生产需要。
根据实际出钢量及实际熔池液位、渣中(FeO) 含量变化,调整完善原曲线中各拐点时机及参数;根 据钢种终点控制要求(终点[C]含量的控制),区分不 同钢种,以确定选取对应的后期流量曲线;同时启动 “后搅”模式,尤其是低碳钢种,以进一步促进 C-O 反应,降低碳氧积,可以提高钢水质量。
参考文献 [1] 李长穆.PMC 管加工设备与技术.北京: 冶金工业出版社.
1993 [2] 张居勤.美国 PMC 公司管加工机床的技术特点. 焊管,
1997(1): 25-31 [3] 郝木明.过程装备密封技术.北京:中国石化出版社. 2010 [4] 彭兵,肖风亮,李翔宇.橡胶密封制品.北京:化学工业出版
第 6 期(总第 43 期) 2010 年 11 月
Fluid Power Transmission and Control
No.6 (Serial No.43) Nov. 2010
转炉底吹动态控制
张西涛 ( 济钢第三炼钢厂 济南 250101)
摘 要 :文章通过对转炉底吹工艺的介绍,阐述了目前底吹工艺的局限性,提出了优化底吹工艺方案,实现底吹的动态 控制,改善了底吹效果。 关 键 词 :转炉;底吹工艺;动态模型
轴向斜楔孔之所以有比较大的磨损,主要是因 为 O 形圈的尼龙垫圈与孔长期摩擦的结果。根据理 论分析和实际使用情况,建议孔的磨损量要控制在 0.2 mm 以内 (此时 O 形圈的线径压缩比为 9.3%), 以防止该密封处频繁漏油。若轴向斜楔和单向阀配 合的内孔磨损量超过 0.2 mm,建议修复或者使用新 备件。
尤其是冶炼品种钢的需要,目前的底吹方案已不能 满足生产需要。原曲线中流量设定是按照出钢量 120 t 计算,但现在实际的出钢量已经达到 155 t,以 设计时底吹流量供气强度为 0.ຫໍສະໝຸດ Baidu2~0.09 Nm3/t·min 标准计算,目前实际的底吹流量应控制在 186~837 Nm3/h 之间,而目前实际流量最大值 360 Nm3/h,明 显偏低;冶炼 45# 等钢种终点碳含量控制相对较高 时,底吹模式曲线中如果流量过大,终点倒炉出钢时 C-O 继续反应且相对较为激烈,易引起炉口下渣或 泼钢,影响钢水质量,且存在安全隐患。
社. 2009
The Leakage Problem of Hydraulic Lathe Chuck
Jiang Shuzhou Wu Shuikang Shen Yichun
通过新的底吹方案实现了底吹流量的动态控 制,进一步优化了炼钢过程熔池搅拌,使熔池内成分 和温度的不均匀性得到有效改善,碳氧反应更进一 步接近平衡,提高了终点温度和成分的命中率,降低 了吹炼终点碳氧积,避免了钢水的过氧化,提高了合 金、金属收得率和钢水质量,取得了显著的经济效益 和社会效益。
参考文献 [1] 左锐,刘小鸥.降低转炉钢水终点碳氧积技术实践[J].武钢
目前,济钢第三炼钢厂 120 吨转炉底吹工艺设 计方案为 8 块透气砖(如图 1、图 2 所示),总管供气 压力为 1.5 MPa,总管供气流量最大为 720 Nm3/h,即 每个透气元件最大气体流量为 90 Nm3/h, 避免钢水 或钢渣穿透的最小气体流量为 18 Nm3/h;设计供气 强度为 0.02~0.09 Nm3/t·min。
利用现有的副枪测量系统,可以很容易得出炼 钢终点的碳氧积、熔池液位。在每炉终点副枪测量完 毕后,根据测量的碳氧积、熔池液位以及定期修正或 输入的炉龄系数,PLC 设定程序计算出近 10 炉的相 关平均数据,根据平均数据进行动态计算,从而决定 下一炉底吹流量的设定参数。
图 4 三个系列设定基准值
根据上图中所示的流量曲线中的 8 个数值点, 分别将其标识为 F 低 1~F 低 8;F 中 1~F 中 8;F 高 1~F 高 8,同时设定高、中、低 3 个系列基准值:
因此,在原有 3 种模式的基础上,增加 3 个系列 (如图 3 所示):即高流量、中流量、低流量系列,排列 组合共计 9 种基本曲线,同时每种曲线又是动态的, 与终点碳氧积、熔池液位、炉龄等参数有关,即流量 曲线值 (f x)=f(m/m0,a,b),其中 m/m0—终点碳氧积修 正系数,a—熔池液位修正系数,b—炉龄修正系数。
中图分类号:THS14.92
文献标识码:B
文章编号:1672-8904(2010)06-0058-003
前言
济钢第三炼钢厂 120 吨转炉采用顶底复吹工 艺,通过几年的摸索和数据积累,结合溅渣护炉工 艺,有效控制炉底形状,维护底吹透气砖与转炉同步 长寿命,吹炼终点碳氧积在 0.0030%以下。实践证明 复合吹炼的冶金效果可以加速脱碳反应,降低了脱 碳速度特性发生变化时的临界碳含量;降低渣中金 属含量;降低钢中氧含量;提高钢水中余锰含量;节 约合金;减少石灰、白云石等用量;提高钢水收得率 等。
(1) 其中:m=[%C][%O]/10000;
m0=η3T+10-6a; a 为熔池液位,cm; b 为炉龄; T 为终点温度; η1、η2、η3 为经验系数
注:[%C]、[%O]、T、a 均为前 10 炉的平均值,副 枪测量失败时的取值:T=1650℃,a=880cm, [%C]或 [%O]有 1 个无数值则取 m=[%C][%O]=0.0025。
三个系列设定基准值见表 1:
系列
1
2 3 4 5678
低流量 216 200 360 400 144 144 216 144
中流量 240 224 400 440 216 144 216 144
高流量 264 240 440 480 240 144 216 144
通过回归分析,推导出终点碳氧积与终点温度、 终点碳含量、终点氧含量、熔池液位的关系,确定各 点的流量关系式(以 F 低 1 为例),如式(1):
收稿日期:2010-09-13 作者简介:张西涛(1976-),男,工程师,现主要从事炼钢基础自动化 和过程自动化控制技术工作。
图 1 底吹透气砖分布
图 2 底吹系统总画面
2 目前底吹方案的局限性
如图 3 所示,在实际炼钢过程中,全程吹氮模式 (设定曲线 3)从未应用过,即实际应用的只有两种 曲线(设定曲线 1、2)。底吹工艺曲线相对单一,不是 全程吹氩就是氮氩切换,且各个切换点的切换时机 也不灵活。设定的总耗氧量一般不修正,装入量、装 入制度变化或铁水成分变化时,过程控制(如脱碳速 度、返干喷溅期等)将发生较大变化,这就意味着切 换时机将相应提前或滞后,从而影响到底吹的实际 效果;同时在各个阶段的底吹流量值是一成不变的, 不能根据实际需求灵活的进行调整。
3 措施及效果
针对上面的分析,根本问题要解决 O 形圈线径 压缩比偏小的问题,以解决漏油问题。个方法:1.对 磨损的斜楔孔进行修复,恢复到原来的尺寸;2.临时 方法:O 形圈改粗,做非标备件,线径压缩比提高到 9.6%以上。上机使用发现,均有明显效果:漏油的周 期明显延长,漏油周期能延长到 4-6 个月,问题得以 解决。
技术,2005,43(6):5 [2] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京:冶金工业出版社,1995.
(196)
The Dynamic Control Scheme of BOF Bottom Stirring
Zhang Xitao
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目前正在使用的卡盘已使用多年,各配合面不 同程度的磨损。跟踪发现,漏油发生在单向阀与轴向 斜楔的密封处(如图 2 所示)。选取漏油频繁的卡盘, 通过对轴向斜楔与单向锁阀密封配合的孔磨损量进 行测量可知,磨损量为 0.2~0.4 mm,而其他漏油情 况较少的卡盘对应斜楔孔的磨损量在 0.20 mm 以 内。新品备件 O 形圈线径压缩比为:13.5%,而对于 孔磨损量达到 0.4 mm 的情况,O 形圈线径压缩比为 6.5%,在高压下,O 形圈的预压量明显偏小,产生内 泄露,使用很短一段时间后,随着密封的磨损,O 形 圈的线径压缩比进一步减小,漏油加剧。同时对单向 阀的 O 形圈沟槽进行测量,磨损极其轻微,相对于 轴向斜楔内孔的磨损量可以忽略不计。
(上接第 57 页) 在弹簧作用下单向阀闭合。此时由于活塞环脱离翻 转体底面,高压液压油对活塞环的作用面积变大。计 算可知,此时高压液压油对活塞环底面的作用力为 101 498.2 N,通过对活塞环、6 只轴向移动斜楔受力 分析可知,此时轴向斜楔受到的作用力是低压夹紧 时压力 292N 的 42 倍。此过程即高压同步夹紧过 程,在单向阀闭合的瞬间,6 只轴向斜楔受到的轴向 作用力同步提到到单向阀闭合前的 42 倍,确保工件 可靠夹紧。则此时被密封的液压油压力提高到单向 阀闭合前的 9 倍,为 232.4 N。
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2010 年第 6 期
5 结束语
图 5 优化前后碳氧浓度积对比
(TFe)含量下降 3.16%,从而减少了渣中的金属损失, 提高了金属收得率。
动态底吹控制方案改善了底吹气体对熔池的搅 拌作用,促进了吹炼过程中的传热和传质,加速钢— 渣间的界面反应,有利于熔池温度的提高和成分的 均匀,提高了氧气的利用率,降低了吨钢耗氧量。