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竞猜欧洲杯新一代转炉 “一键炼钢”技术

发表时间:2020/4/9     阅读次数:2657


当前,智能化炼钢技术已经成为我国钢铁企业实现降本增效和高质量发展的重要途径。我国90%钢产量是由转炉长流程炼钢工艺生产的,因此开发转炉智能炼钢技术对于推动我国钢铁行业技术进步具有重要意义。

 

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图1  竞猜欧洲杯顶底复吹转炉


转炉“一键炼钢”技术是实现转炉全流程智能化炼钢的核心技术。竞猜欧洲杯转炉技术团队紧抓核心关键环节,开发了新一代转炉“一键炼钢”技术,将“一键式操作”由原来的冶炼环节扩展至了出钢环节。该技术以智能控制模型为核心,依托可靠的副枪、机器视觉、红外测量、声呐信号等监测系统完成数据采集,借助生产大数据及人工智能算法技术进行模型自学习和自优化,自主动态指导顶吹、底吹、造渣、终点预判和出钢合金化,完成由冶炼到出钢的自主感知、自主决策和自主执行的闭环智能化控制,最终实现转炉冶炼的稳定化、高效化、无人化和高品质低成本的动态有序生产。

1、基于副枪系统的转炉全自动冶炼技术

副枪设备及自动化冶炼系统是实现转炉科学生产、稳定操作、降低消耗、减少排放、提高产品质量的重要保证。凭借多年积淀的顶底复吹转炉炼钢工程设计及总承包经验,针对国内企业生产条件及操作模式的特点,竞猜欧洲杯于2010年开发了具有完全自主知识产权的转炉副枪系统技术和产品。目前已经有9套产品成功应用于本钢、唐山凯鑫、山西高义等钢厂,实现了转炉“一键冶炼”。

竞猜欧洲杯自主研发的转炉全自动冶炼副枪技术,通过收集入炉铁水、废钢、熔剂等原料条件,于吹氧过程中在线测定钢水温度、碳含量、氧含量、液位,结合取样分析结果,利用智能的静态和动态算法模型,确定转炉吹氧、加料、合金化等操作制度,通过采集声呐信号,辅助监测造渣过程,实现从下枪吹炼到冶炼终点的全过程动态自动控制。副枪系统的过程碳测成率达98%,过程温度测成率99%,过程碳温测成率96%,终点碳偏差可控制在0.0099%,达到国际先进水平。

1.1灵活紧凑的结构设计

竞猜欧洲杯研发的副枪机械装备安全、可靠、使用寿命长,具有旋转和横移两种结构型式,可适应不同转炉车间的布置需要。副枪探头自动装卸设备采用拟人化的手臂动作,平稳、准确、响应速度快。横移式副枪系统横移机构采用导向轮和防脱轨装置,有效提高横移可靠性、确保设备使用安全。副枪升降小车和导向装置配合使用,可防止枪体颤动,提高探头安装时定位准确性,确保探头安装连接可靠。

 

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图2  竞猜欧洲杯横移式转炉副枪


1.2先进的冶金模型

竞猜欧洲杯开发了基于大数据分析和深度学习的转炉静动态模型及过程控制技术,荣获冶金建设协会全国冶金行业优秀计算机软件一等奖。

 

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图3  转炉冶炼模型动态控制时序图


该技术主要包括以下功能模块:

低成本炼钢工艺模型,对造渣料计算模型、冷却剂计算模型进行不断优化,提高了对原料条件和操作习惯的适应性。

成熟稳定的静态模型以及具有自学习功能的精准实时动态碳温预报模型。

功能强大的冶炼操作模式库,以及功能齐备的系统报表功能。

全面的系统接口功能,可与MES、检化验等系统实现无缝对接。

准确的终点命中率,碳温双命中率超过90%以上。

副枪与声呐技术结合,冶炼过程枪位可根据炉况实时动态自动调整,弥补了传统副枪的缺陷,进一步实时动态调整顶枪吹炼。

自动溅渣护炉技术,通过模型对转炉炉渣终渣相关参数的预判,自动按目标调渣自动控制氧枪及氮气阀站,完成溅渣护炉作业,实现操作标准化。

 

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图4 转炉冶炼过程实时监控

2、转炉全自动出钢技术

通过角度、距离等多种传感器精确检测和摄像系统监测,控制系统自动调整转炉倾角,钢包车、渣罐车、合金加料、转炉底吹、钢包底吹、出钢检测及挡渣控制等多系统耦合、精准联动,实现转炉从下枪吹炼至出钢结束的全程无人干预自动控制。

 

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图5  转炉自动出钢/出渣系统装备配置


2.1 转炉倾动自动控制

传统手动控制倾动都是通过人工对摇炉惯性进行预判并干预,自动倾动控制必须重新调整传动控制方法,考虑到设备惯性、启动及停止的冲击力,实现±1度的倾动准确停位。

2.2 钢包车及渣罐车的自动控制

钢包车及渣罐车位置决定着承接钢水、钢渣位置的准确性,需要与炉体倾动角度进行紧密配合。钢包车及渣罐车采用电磁抱闸进行制动控制,配置多种安全精准定位装置,准确反馈车辆位置,保障自动控制过程稳定可靠。

2.3 合金加料系统的自动控制

合金加料系统通过成本优化模型基于冶炼终点参数及钢水目标成分,并结合历史生产大数据得出成本最优的合金配比及加入量,并配合出钢过程自动实现称量、下料。加料旋转溜槽设置精准的位置监控,确保溜槽的位置严格按照出钢角度及钢水罐车运动距离进行自动旋转定位。

2.4监测系统

监测系统包括:转炉炉口液位监测;转炉出钢口下渣监测;钢水罐、渣罐液位监测;钢水罐、渣罐重量监测;炉衬状况监测等。通过对监控软件的重新编译将摄像头反馈的信息传输给一级系统,若出现异常情况直接自动判断并控制相关设备动作。称重系统用于将出钢量反馈给转炉倾动计算模型,实时校对模型计算参数及出钢角度。炉衬检测可准确测绘出转炉炉衬内型,并通过二次开发编译传输至二级计算模型,对于不同炉况智能计算出钢倾动角度轨迹。

2.5 二级控制模型

出钢出渣模型结合转炉吹炼模型实现自动出钢出渣的控制,根据入炉的铁水废钢等原料重量,转炉炉衬的使用寿命,以及副枪的检测结果,对转炉的初始出钢倾角和钢包车的初始位置给出控制指令,在整个出钢过程中,对每个阶段转炉的倾动角度和滞留时间进行分步设定,避免滞留时间过短或过长造成的钢流卷渣或出钢不净,同时采用炉内红外成像技术对炉口进行热成像,判断钢渣是否从大炉口溢出,如发现警戒报警则立即发出回摇提醒。

系统结合大数据分析技术对不同冶炼工况和不同出钢阶段钢包车位置和转炉倾角之间的关联变化曲线进行拟合保存,在实际出钢过程中进行不断修正优化,保证整个出钢过程转炉倾动和钢包车位置调整的紧密配合,出钢顺利。

2.6 一级系统联动技术

该技术主要包括自动出钢(或出渣)过程中转炉倾角控制和钢包车(或渣罐车)位置控制技术及相关设施(包括合金旋转溜槽、滑板挡渣装置)的同步匹配技术。如出钢时,转炉倾角决定了钢流轨迹,钢包车需根据钢轨迹自动调整,合金旋转溜槽相应根据钢包车位置实施智能摆动,当系统综合各种检测结果判定出钢结束时,出钢口滑板自动关闭,结束出钢,转炉自动回转。

2.7 安全预警及防护技术

设备的稳定顺行及模型的完整可靠是自动出钢控制工艺的关键所在。当设备运转、模块控制等方面出现问题时及时地进行报警,根据异常情况的类别,给出自动控制动作或提示操作人员尽快进行修复,避免造成事故。炉下区域设置雷达扫描装置,对出钢/出渣过程中炉下安全进行监控,当判定有异常情况时,将立刻提示操作人员。


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图6  转炉自动出钢


3、综合效益

竞猜欧洲杯转炉冶炼到出钢/渣的新一代“一键炼钢”技术,可实现无人干预的自动控制,减少了操作人员和失误,改善工作环境及人员安全,提高生产稳定性及效率,可为企业带来显著的效益:减少现场摇炉操作工2名,减少钢铁料消耗~2 kg /t钢,减少石灰消耗~3 kg /t钢,减少铁合金消耗0.2kg /t钢,降低氧气消耗1.0Nm3/t钢,减少钢水温度损失~15℃,缩短冶炼周期~3min,为企业实现全面智能化生产奠定了坚实基础。

4、结束语

从上世纪60年代设计国内第一台5t转炉开始,到本世纪初设计宝钢二炼钢300t现代化转炉车间和首钢京唐目前国内最大的转炉双联炼钢车间,竞猜欧洲杯填补了一项又一项国内空白,不断推动我国转炉炼钢技术进步。新时期,竞猜欧洲杯紧跟智能化炼钢技术的发展趋势,持续推动信息化、自动化、数字化和智能化的技术进步和广泛融合,突破了转炉“智能炼钢”的关键瓶颈,为驱动钢铁行业转型升级贡献了新的力量。


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