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中冶京誠新一代轉爐 “一鍵煉鋼”技術

發表時間:2020/4/9     閱讀次數:893


當前,智能化煉鋼技術已經成為我國鋼鐵企業實現降本增效和高質量發展的重要途徑。我國90%鋼產量是由轉爐長流程煉鋼工藝生產的,因此開發轉爐智能煉鋼技術對于推動我國鋼鐵行業技術進步具有重要意義。

 

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圖1  中冶京誠頂底復吹轉爐


轉爐“一鍵煉鋼”技術是實現轉爐全流程智能化煉鋼的核心技術。中冶京誠轉爐技術團隊緊抓核心關鍵環節,開發了新一代轉爐“一鍵煉鋼”技術,將“一鍵式操作”由原來的冶煉環節擴展至了出鋼環節。該技術以智能控制模型為核心,依托可靠的副槍、機器視覺、紅外測量、聲吶信號等監測系統完成數據采集,借助生產大數據及人工智能算法技術進行模型自學習和自優化,自主動態指導頂吹、底吹、造渣、終點預判和出鋼合金化,完成由冶煉到出鋼的自主感知、自主決策和自主執行的閉環智能化控制,最終實現轉爐冶煉的穩定化、高效化、無人化和高品質低成本的動態有序生產。

1、基于副槍系統的轉爐全自動冶煉技術

副槍設備及自動化冶煉系統是實現轉爐科學生產、穩定操作、降低消耗、減少排放、提高產品質量的重要保證。憑借多年積淀的頂底復吹轉爐煉鋼工程設計及總承包經驗,針對國內企業生產條件及操作模式的特點,中冶京誠于2010年開發了具有完全自主知識產權的轉爐副槍系統技術和產品。目前已經有9套產品成功應用于本鋼、唐山凱鑫、山西高義等鋼廠,實現了轉爐“一鍵冶煉”。

中冶京誠自主研發的轉爐全自動冶煉副槍技術,通過收集入爐鐵水、廢鋼、熔劑等原料條件,于吹氧過程中在線測定鋼水溫度、碳含量、氧含量、液位,結合取樣分析結果,利用智能的靜態和動態算法模型,確定轉爐吹氧、加料、合金化等操作制度,通過采集聲吶信號,輔助監測造渣過程,實現從下槍吹煉到冶煉終點的全過程動態自動控制。副槍系統的過程碳測成率達98%,過程溫度測成率99%,過程碳溫測成率96%,終點碳偏差可控制在0.0099%,達到國際先進水平。

1.1靈活緊湊的結構設計

中冶京誠研發的副槍機械裝備安全、可靠、使用壽命長,具有旋轉和橫移兩種結構型式,可適應不同轉爐車間的布置需要。副槍探頭自動裝卸設備采用擬人化的手臂動作,平穩、準確、響應速度快。橫移式副槍系統橫移機構采用導向輪和防脫軌裝置,有效提高橫移可靠性、確保設備使用安全。副槍升降小車和導向裝置配合使用,可防止槍體顫動,提高探頭安裝時定位準確性,確保探頭安裝連接可靠。

 

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圖2  中冶京誠橫移式轉爐副槍


1.2先進的冶金模型

中冶京誠開發了基于大數據分析和深度學習的轉爐靜動態模型及過程控制技術,榮獲冶金建設協會全國冶金行業優秀計算機軟件一等獎。

 

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圖3  轉爐冶煉模型動態控制時序圖


該技術主要包括以下功能模塊:

低成本煉鋼工藝模型,對造渣料計算模型、冷卻劑計算模型進行不斷優化,提高了對原料條件和操作習慣的適應性。

成熟穩定的靜態模型以及具有自學習功能的精準實時動態碳溫預報模型。

功能強大的冶煉操作模式庫,以及功能齊備的系統報表功能。

全面的系統接口功能,可與MES、檢化驗等系統實現無縫對接。

準確的終點命中率,碳溫雙命中率超過90%以上。

副槍與聲吶技術結合,冶煉過程槍位可根據爐況實時動態自動調整,彌補了傳統副槍的缺陷,進一步實時動態調整頂槍吹煉。

自動濺渣護爐技術,通過模型對轉爐爐渣終渣相關參數的預判,自動按目標調渣自動控制氧槍及氮氣閥站,完成濺渣護爐作業,實現操作標準化。

 

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圖4 轉爐冶煉過程實時監控

2、轉爐全自動出鋼技術

通過角度、距離等多種傳感器精確檢測和攝像系統監測,控制系統自動調整轉爐傾角,鋼包車、渣罐車、合金加料、轉爐底吹、鋼包底吹、出鋼檢測及擋渣控制等多系統耦合、精準聯動,實現轉爐從下槍吹煉至出鋼結束的全程無人干預自動控制。

 

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圖5  轉爐自動出鋼/出渣系統裝備配置


2.1 轉爐傾動自動控制

傳統手動控制傾動都是通過人工對搖爐慣性進行預判并干預,自動傾動控制必須重新調整傳動控制方法,考慮到設備慣性、啟動及停止的沖擊力,實現±1度的傾動準確停位。

2.2 鋼包車及渣罐車的自動控制

鋼包車及渣罐車位置決定著承接鋼水、鋼渣位置的準確性,需要與爐體傾動角度進行緊密配合。鋼包車及渣罐車采用電磁抱閘進行制動控制,配置多種安全精準定位裝置,準確反饋車輛位置,保障自動控制過程穩定可靠。

2.3 合金加料系統的自動控制

合金加料系統通過成本優化模型基于冶煉終點參數及鋼水目標成分,并結合歷史生產大數據得出成本最優的合金配比及加入量,并配合出鋼過程自動實現稱量、下料。加料旋轉溜槽設置精準的位置監控,確保溜槽的位置嚴格按照出鋼角度及鋼水罐車運動距離進行自動旋轉定位。

2.4監測系統

監測系統包括:轉爐爐口液位監測;轉爐出鋼口下渣監測;鋼水罐、渣罐液位監測;鋼水罐、渣罐重量監測;爐襯狀況監測等。通過對監控軟件的重新編譯將攝像頭反饋的信息傳輸給一級系統,若出現異常情況直接自動判斷并控制相關設備動作。稱重系統用于將出鋼量反饋給轉爐傾動計算模型,實時校對模型計算參數及出鋼角度。爐襯檢測可準確測繪出轉爐爐襯內型,并通過二次開發編譯傳輸至二級計算模型,對于不同爐況智能計算出鋼傾動角度軌跡。

2.5 二級控制模型

出鋼出渣模型結合轉爐吹煉模型實現自動出鋼出渣的控制,根據入爐的鐵水廢鋼等原料重量,轉爐爐襯的使用壽命,以及副槍的檢測結果,對轉爐的初始出鋼傾角和鋼包車的初始位置給出控制指令,在整個出鋼過程中,對每個階段轉爐的傾動角度和滯留時間進行分步設定,避免滯留時間過短或過長造成的鋼流卷渣或出鋼不凈,同時采用爐內紅外成像技術對爐口進行熱成像,判斷鋼渣是否從大爐口溢出,如發現警戒報警則立即發出回搖提醒。

系統結合大數據分析技術對不同冶煉工況和不同出鋼階段鋼包車位置和轉爐傾角之間的關聯變化曲線進行擬合保存,在實際出鋼過程中進行不斷修正優化,保證整個出鋼過程轉爐傾動和鋼包車位置調整的緊密配合,出鋼順利。

2.6 一級系統聯動技術

該技術主要包括自動出鋼(或出渣)過程中轉爐傾角控制和鋼包車(或渣罐車)位置控制技術及相關設施(包括合金旋轉溜槽、滑板擋渣裝置)的同步匹配技術。如出鋼時,轉爐傾角決定了鋼流軌跡,鋼包車需根據鋼軌跡自動調整,合金旋轉溜槽相應根據鋼包車位置實施智能擺動,當系統綜合各種檢測結果判定出鋼結束時,出鋼口滑板自動關閉,結束出鋼,轉爐自動回轉。

2.7 安全預警及防護技術

設備的穩定順行及模型的完整可靠是自動出鋼控制工藝的關鍵所在。當設備運轉、模塊控制等方面出現問題時及時地進行報警,根據異常情況的類別,給出自動控制動作或提示操作人員盡快進行修復,避免造成事故。爐下區域設置雷達掃描裝置,對出鋼/出渣過程中爐下安全進行監控,當判定有異常情況時,將立刻提示操作人員。


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圖6  轉爐自動出鋼


3、綜合效益

中冶京誠轉爐冶煉到出鋼/渣的新一代“一鍵煉鋼”技術,可實現無人干預的自動控制,減少了操作人員和失誤,改善工作環境及人員安全,提高生產穩定性及效率,可為企業帶來顯著的效益:減少現場搖爐操作工2名,減少鋼鐵料消耗~2 kg /t鋼,減少石灰消耗~3 kg /t鋼,減少鐵合金消耗0.2kg /t鋼,降低氧氣消耗1.0Nm3/t鋼,減少鋼水溫度損失~15℃,縮短冶煉周期~3min,為企業實現全面智能化生產奠定了堅實基礎。

4、結束語

從上世紀60年代設計國內第一臺5t轉爐開始,到本世紀初設計寶鋼二煉鋼300t現代化轉爐車間和首鋼京唐目前國內最大的轉爐雙聯煉鋼車間,中冶京誠填補了一項又一項國內空白,不斷推動我國轉爐煉鋼技術進步。新時期,中冶京誠緊跟智能化煉鋼技術的發展趨勢,持續推動信息化、自動化、數字化和智能化的技術進步和廣泛融合,突破了轉爐“智能煉鋼”的關鍵瓶頸,為驅動鋼鐵行業轉型升級貢獻了新的力量。


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