唐鋼*鋼軋廠轉(zhuǎn)爐車間現(xiàn)有3座150t轉(zhuǎn)爐,3座轉(zhuǎn)爐均采用了奧鋼聯(lián)煙氣分析(LOMAS)動態(tài)控制煉鋼技術(shù),在轉(zhuǎn)爐煙道上安裝在線氣體分析儀,實時分析轉(zhuǎn)爐煙氣成分,用于探測轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)動態(tài)變化情況。煙氣分析動態(tài)控制的系統(tǒng)由兩部分組成:①負責轉(zhuǎn)爐煙氣采集、處理和分析的低維護量的LOMSA系統(tǒng)和快速氣體分析質(zhì)譜儀;②轉(zhuǎn)爐二級動態(tài)控制模型-DYNACON(圖一)。其工作原理:首先通過靜態(tài)模型計算出供氧量、造渣料用量,根據(jù)設(shè)定的供氧制度和加料制度吹煉,吹煉末期通過LOMAS系統(tǒng)連續(xù)檢測(1.5s周期)爐口逸出的CO、CO2、N2、O2等含量,并通過回歸計算熔池的脫碳速率,預(yù)測接近吹煉終點時鋼液的碳含量、熔池溫度,操作人員可以結(jié)合預(yù)測值自行確定吹煉終點。
1、 煙氣分析模型
煙氣分析動態(tài)控制模型是轉(zhuǎn)爐動態(tài)控制煉鋼技術(shù)的核心,動態(tài)控制模型主要包括以下7個子模型:1)一次加料計算;2)二次加料計算;3)轉(zhuǎn)爐液面計算;4)過程動態(tài)控制計算(核心部分);5)補吹校正計算;6)合金加料計算;7)反饋計算,如圖2所示。
主要分為兩種計算方式:預(yù)計算和在線計算,根據(jù)在冶煉過程不同階段進行觸發(fā),采用的冶金原理為:物料平衡和熱平衡。轉(zhuǎn)爐整個冶煉過程實施計算機動態(tài)控制,包括:主吹前的預(yù)計算;主吹階段的在線計算,預(yù)測轉(zhuǎn)爐冶煉過程的適時溫度、成份、重量等信息,并通過轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)對轉(zhuǎn)爐冶煉實施控制;主吹結(jié)束后,模型進行校正計算、合金化計算和反饋計算,完成冶煉合金化和模型自學(xué)習(xí)優(yōu)化的功能。通過L2級模型計算、L1級自動化程序執(zhí)行散料、氧槍、底吹設(shè)定數(shù)據(jù),完成轉(zhuǎn)爐自動冶煉控制。
2、 煙氣分析在冶煉過程中的應(yīng)用
從質(zhì)譜儀測得的轉(zhuǎn)爐煙氣成分可以看出,在轉(zhuǎn)爐吹煉的不同時期,各種氣體均具有不同的特點,識別和分析這些特點對判斷轉(zhuǎn)爐爐況、冶煉終點命中、了解爐內(nèi)冶金物理反應(yīng)過程和掌握渣鋼反應(yīng)規(guī)律有重要的指導(dǎo)意義。
2.1 反應(yīng)冶煉過程爐渣狀況
在整個吹煉過程中,CO和CO2都有先升后降的趨勢,在鄰近終點時,CO大幅度下降,而CO2卻略有上揚,而在整個冶煉期間,CO和CO2的變化情況基本是互補的。CO的變化與熔池脫碳反應(yīng)和爐渣泡沫化的程度有關(guān),煙氣曲線有以下幾種常見的曲線。
圖三(a)為正常吹煉爐次煙氣曲線變化圖,由圖可以看出冶煉過程CO曲線變化沒有大的波動,所以吹煉過程平穩(wěn),爐渣流動性良好,石灰熔化快,成渣快。圖三(b)為冶煉中后期爐渣出現(xiàn)返干現(xiàn)象時的CO曲線變化圖,圖中8分鐘左右CO出現(xiàn)峰值,同時CO2、N2出現(xiàn)低谷,并且曲線傾角大于30°以上(即CO呈現(xiàn)出“∧” ,同時CO2、N2呈現(xiàn)出“∨”),這是因為返干期的爐渣變稠,生成的CO上升阻力減小,CO沖到爐口進入煙罩,從爐口吸入的空氣量則減少,所以N2減少。CO的過量導(dǎo)致二次燃燒率降低,因此CO呈上升趨勢,而CO2呈下降趨勢。圖(c)為冶煉中發(fā)生噴濺時煙氣含量變化曲線,噴濺發(fā)生在吹煉11分鐘時,CO含量急劇下降,同時CO2與N2急劇上升,此時爐渣中CO聚集導(dǎo)致其含量降低,當渣中CO聚集到一定程度而開始劇烈反應(yīng)發(fā)生噴濺。
從轉(zhuǎn)爐煙氣含量可以看到,在吹煉的不同時期,各種氣體均具有不同的特點,因此識別和分析這些特點,對判斷爐渣狀況、冶煉終點命中、了解轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)冶金物理化學(xué)反應(yīng)過程和鋼渣反應(yīng)規(guī)律有重要指導(dǎo)意義。
2.2終點溫度預(yù)測
鋼水終點溫度預(yù)測的計算方法:基于物質(zhì)分析模型,對鋼水、熔渣、煙氣成份及重量進行分析,采用周期計算的方法計算熔池的熱平衡,進而計算熔池的溫度。由于溫度預(yù)測時基于模型的靜態(tài)計算,因此轉(zhuǎn)爐冶煉中任何因素都影響著溫度預(yù)測,具體因素有①鐵水成份的性;②鐵水和廢鋼重量的性;③鐵水溫度測量的性;④冷料和輔料的原料成份的性;⑤冷料和輔料的計量性;⑥氧氣流量的計量性;⑦溫度預(yù)測模型參數(shù)周期性優(yōu)化,適應(yīng)不斷變化的爐役。圍繞以上主要因素,建立了相應(yīng)的性校驗、周期更新以及周期檢查的制度。溫度預(yù)測精度逐步上升,命中率達到85%。
2.3 終點碳預(yù)測
終點鋼水C預(yù)測的原理為:當熔池中C含量低于0.3%以后,煙氣曲線發(fā)生明顯變化,并與熔池C含量存在很強的相關(guān)性。通過計算煙氣流量、煙氣成分、二次燃燒率和脫碳速率計算熔池C含量。吹煉終點前煙氣曲線的穩(wěn)定對碳預(yù)測的度有很大影響,因此操作上規(guī)定吹煉結(jié)束前2分鐘不動槍、不變氧流量和不加含鐵冷料。通過這些措施了吹煉終點前煙氣曲線的穩(wěn)定,終點C預(yù)測達到90%以上。
3、 結(jié)論
1.煙氣分析系統(tǒng)碳溫預(yù)測的運用,提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼終點碳溫命中率,從而提高了一次拉碳率,縮短了冶煉周期,減少后吹,提高金屬收得率,終有效的降低了冶煉成本,提高了冶煉效率。
2.唐鋼引進煙氣分析動態(tài)煉鋼技術(shù)后,根據(jù)實際條件對模型進行優(yōu)化改進,結(jié)合模型制定多種冶煉模式,在生產(chǎn)中獲得明顯的冶金效果。
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