基于三种出钢模式的自动出钢系统研究.pdf

总第2 1 1 期2023年第8 期技术应用摘要：转炉自动炼钢的关键和前提是实现自动出钢，而自动出钢的关键在于转炉倾动角度与钢包车位置之间的配合，单一模式的自动出钢系统具有局限性，现根据可用信号条件提出三种出钢模式，根据转炉倾动角度，结合二级数据、炉内钢水量、炉衬侵蚀情况、炉口侵蚀情况、出钢口静压力、钢包车重量等信息，利用对应的出钢模式可以得到出钢位置，从而控制钢包车移动，以达到自动出钢的目的。同时，自动出钢系统可实时监控转炉倾角、钢包车位置等信息，必要时也可进行人工干预，确保自动出钢系统在条件不完全具备时也能平稳运行，从而保证生产安全及产品质量，提高经济效益。关键词：转炉；钢水重量；倾动角度；出钢模式中图分类号：TF713.70引言目前大部分钢厂仍在使用手动出钢模式，操作工人在进行手动摇炉的同时还需要操作钢包车移动，工人进行手动出钢操作时，不仅工作环境恶劣、劳动强度大，而且整个过程对人员素质要求较高，发生的失误率高，容易造成钢水中混有钢渣或者钢水从炉口溢出，同时若对钢包车操作不当，容易使钢水洒到钢包外面。此外，手动出钢不易控制残钢，工艺操作完全依赖操作工的个人水平，使得出钢质量得不到保障1 。为了适应智慧制造对于炼钢集控、现场无人值守和操作标准化的需求，提高钢厂智能化安全化水平，需要引人自动出钢技术。目前自动出钢技术已经在许多发达国家得到广泛应用，并且展示出它的优势，如德国的安赛乐米塔尔集团。国内的钢铁企业也正在逐步引入自动出钢技术,如首钢迁安、宝钢湛江、宝钢德盛、唐钢新区等2 。自动出钢技术的关键在于转炉倾动角度与钢包车位置之间的互相配合3 ,而随着转炉炉龄的增加，炉口侵蚀程度会发生变化，导致相同倾动角度下钢水位置会发生改变。利用二级数据、炉内钢水量、炉衬侵蚀情况、炉口侵蚀情况、出钢口静压力、钢包车重量等信息或其中部分信息，得到三种出钢模式曲线，根据曲线控制转炉倾动系统，同时配合调整钢包车位置，能够保证自动出钢过程的安全顺利完成。1工艺分析传统出钢工艺智能化控制水平低，因而先天不足的地方较多，如出钢操作环境存在高温、粉尘、灼烫等风险，这些都是出钢工艺的主要缺陷；人工操作失误率高，往往会带来质量和安全方面的问题；手动出钢还存在现场操作工人劳动强度大、人工成本高等问题4。另外不同操作员之间出钢差异性较大，出钢收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 4第一作者简介：马雪林（1 9 9 5一）,女，河北唐山人，学士学位，助理工程师，研究方向为冶金自动化及信息化。山西冶金ShanxiMetallurgy基于三种出钢模式的自动出钢系统研究马雪林，李桑（唐钢国际工程技术有限公司，河北唐山0 6 3 0 0 0）文献标识码：A操作不稳定，这些都影响转炉车间的生产安全和生产质量。自动出钢与传统的手动模式相比有着不可替代的优势，如可缩短出钢时间、提高钢包加合金的均匀化程度、减少人员配置、改善工人的工作环境、保证现场人员安全、增加复用性、减少齿轮箱压力、提高收得率、减少下渣，从而提高产品质量等，这些优点对生产安全、环保指标、设备使用、经济效益等方面都有很大的积极作用5。2自动出钢系统2.1系统构成自动出钢系统主要有两部分组成：出钢系统和挡渣系统。其中出钢系统包括出钢过程转炉倾动角度自动控制、钢包车自动行走定位、转炉倾动与钢包车位置自动配合、出钢过程自动钢包合金加料等功能6 ,挡渣系统包括下渣检测、出钢过程中自动挡渣、回倾转炉、钢包车移除等功能。自动出钢系统构成如图1 所示。炉衬测量下渣检测钢包车转炉倾动 合金溜槽钢渣车滑板挡渣图1 自动出钢系统构成图钢包车从交接点移动到转炉下面预定义的位置，一旦钢包到达了此位置且全部预置条件均满足时，自动出钢系统接管转炉和钢包车控制权，进入自动出钢模式。出钢开始后，自动出钢系统会对整个过程进行监视，倾斜的角度可根据炉内钢水重量等参数进行调节,并且会自动与钢包车配合；出钢过程中，自动出钢系统可以根据不同的冶炼要求通过控制合金溜槽的动作来加入合金料；出钢结束时，自动出钢系统利用Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.071文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 1 8 0-0 3摄像头上位机PLC激光测距2023年第8 期马雪林，等：基于三种出钢模式的自动出钢系统研究181下渣检测系统的输出信号使滑板相应地做出开、关动作，从而完成滑板挡渣操作。2.2关键技术自动出钢系统得以正常运作的前提条件是要保证转炉倾动角度、钢包车位置、称重系统的数据的准确性，因此在转炉2 个耳轴上各安装1 台角度编码器，实现转炉倾动角度信号的互相验证钢包车采用激光定位技术，将位置信息实时反馈给自动出钢系统，钢包车上配有称重传感器，以采集钢水重量信息。倾动系统、钢包车定位系统、称重系统之间的配合是保证钢水准确倒人钢包的关键，随着炉衬的侵蚀，转炉炉型会发生变化，因此需要借助炉衬测厚系统提供准确的炉衬厚度。若出钢已经完成的标准钢水中开始混有钢渣，此时继续出钢会使钢水中混有大量钢渣，因此下渣检测系统的正常运行成为保证钢水质量的关键8 。要保证自动出钢系统正常运转，还需满足以下条件：钢包车车轮与轨道接触良好，不会发生打滑现象；安全门、限位开关、编码器等辅助设备需满足自动顺序控制功能；没有明显统计偏差，不能出现过度的炉衬损耗、炉内存在未融化的废钢、大量不均匀的钢水或冶炼中发生喷溅等情况；出钢口、钢包条件良好，不能过度侵蚀。通过以上分析，自动出钢过程的具体流程如图2所示。开始出钢3三种出钢模式为保证自动出钢系统使用的广泛性,开发了三种基于不同信息的出钢模式,这三种出钢模式的选择取决于自动出钢系统可以获得怎样的信号，信号类型有：来自外部系统的二级数据、炉型测量、熔池液位计算、钢包车上的重量设备。3.1基于出钢模型的出钢模式当四个信号全部均可用时，自动出钢系统可用如下出钢模式进行操作：通过转炉模型计算或者手动输入钢水量；通过计算结果或者测量结果，得出转炉内衬的侵蚀情况；利用出钢模型计算“倾动角度对应出钢质量”曲线；利用模型计算出钢时间；通过传感器得到出钢口静压力；根据炉龄计算出钢口侵蚀情况。基于出钢模型的自动出钢模式的倾动角度与出钢重量曲线如图3 所示。3503303102902702502302100图3 基于出钢模型的自动出钢模式3.2基基于钢水重量的出钢模式当自动出钢系统可获得的信号较少时，若称重信号仍能被准确提供，可利用基于钢水重量的出钢模式进行操作：基于转炉的炉衬寿命选择不同的参考表格,基于出钢重量使用参考表格控制倾动角度。基于钢水重量的自动出钢模式的倾动角度与出钢质量曲线如图4所示。360340320300280260240定位钢包车启动出钢平台的激光扫摧仪钢包合金加料防止浮渣从炉口溢出下渣检测给挡渣系统发出启动信号图2 自动出钢流程图50腔制钢包里的氩气流量出铜时合金加料溜槽的位置和动作发现钢渣后回倾转炉100倾动转炉到开始出钢位置倾动转炉和钢包车到预定位继续出钢移出钢包车150出钢质量代22003.3基于出钢时间的出钢模式当钢包车的称重不可用时，可利用基于出钢时间的出钢模式进行操作：基于转炉的炉衬寿命和出钢口寿命选择不同的参考表格；基于出钢时间使用参考表格控制倾动角度。基于出钢时间的自动出钢模式的倾动角度曲线如图5所示。3803603403203002802602402200图5基于出钢时间的自动出钢模式3.43三种模式分析基于出钢模型的出钢模式为实时模式,基于钢水重量的出钢模式和基于出钢时间的出钢模式利用了20050100图4基于钢水重量的自动出钢模式100200出钢时间/s250150200出钢质量儿300300250300400500山西冶金182E-mail:第46 卷部分经验数据，当三种出钢模式所需信号均不具备时，不能切换到自动出钢系统。4结论1)基于钢水重量的出钢模式和基于出钢时间的出钢模式能够保存历史出钢角度曲线数据，考虑因出钢口寿命等影响因素，准确给定出钢时长和角度曲线,提高了自动出钢系统的控制精度。2)基于二级数据、炉内钢水量、炉衬侵蚀情况、炉口侵蚀情况、出钢口静压力、钢包车重量等信息或其中部分信息得到三种出钢模式,并准确对其进行选择及应用，保证了自动出钢系统在条件不完全具备时仍能正常运转,增加了自动出钢系统的适用范围。参考文献1蔡炜.转炉智能出钢系统J.自动化博览，2 0 2 2,3 9(7)：6 6-7 0.2王炳奎，王策，李旭东，等.转炉自动出钢技术发展概述J.冶金自动化，2 0 2 1,45(2)：6 0-6 7.Research on Automatic Tapping System Based on Three Tapping Models(Tangsteel International Engineering Technology Crop,Tangshan Hebei 063000,China)Abstract:The key and premise of automatic steelmaking of converter is to realize automatic tapping.The key problem of automatic tappingis the coordination between tilting angle and ladle car position.The single mode automatic tapping system has limitations.Now,three tappingmodes are proposed according to the available signal conditions.According to the tilting angle of converter,combined with level 2 data,theamount of steel in furnace,lining erosion,furnace mouth erosion,static pressure of tapping hole,ladle car weight and other information,Using the corresponding tapping mode,the tapping position can be obtained,thereby controlling the movement of the ladle car to achieve thepurpose of automatic tapping.And automatic tapping system can realize real-time monitoring of converter inclination,ladle car position,andother information,if necessary,can be manually intervened to ensure that the automatic tapping system can operate smoothly even whenconditions are not fully met,thereby ensuring production safety and product quality,and improving economic efficiency.Key words:converter;weight of molten steel;tilting angle;tapping mode(上接第1 7 9 页）程中,应将减少烟尘的溢出作为主要手段,对溢出烟尘的收集作为辅助手段进行除尘，两者均可达到最优效果,从而使得焦炉无烟装煤效果得到显著提升。参考文献1汤长庚,李鹏.首钢1 号焦炉装煤烟尘的治理J.燃料与化工,Research on the Application of Smokeless Coal Charging Technology for 6 m Stamping CokeAbstract:Due to the high volatile content of incoming coal,the stamping coke oven generates a large amount of smoke and dust during coalloading,If the coal loading technology is not upgraded and optimized,it will lead to a large amount of smoke and dust leakage during coalloading,which cannot adapt to the current environmental situation.To solve this problem and achieve smokeless coal loading,taking 2 65hole 6 m stamping coke oven project in coking plant of shouggang Changang as the research background,in response to the problemsexisting in the coal loading process,the dust removal effect is analyzed from the aspects of coal loading dust suction,high-pressure ammoniawater pressure,and gas collection pipe pressure.The dust removal measures of reducing smoke and dust overflow as the main means andcollecting overflow smoke and dust as auxiliary means are adopted,thus significantly improving the smokeless coal loading effect of the cokeoven.Key words:coke oven;coal loading;high pressure ammonia water;dust removal suction;pressure of gas collection pipe3 Hwang oon Seok,Kim Seung Jo.Development of an automati appingdevice for practical application of tapping soundC/SPIE-TheInternational Society for Optical Engineering.Society of Photo-OpticalInstrumentation Engineers Conference on Nondestructive Evaluationand Health Monitoring of Aerospace Materials and Composites,2004.4】王欢,黄华桃,杨俊华.中长锚索支护工艺研究与应用J.中国矿山工程,2 0 1 6,45(4)：2 7-2 9.5郭伟达，李强笃，任科社，等.转炉全流程智能炼钢控制技术开发与应用J.山东冶金，2 0 1 8,40（1)：4-7.6Hengjuan Liu,Application of PLC in Automatic Tapping MachineControl SystemJ.Journal of Physics Conference Series,2020,1544(1):12-59.7邹红，杨利平，李斌.武钢四炼钢厂2 2 0 t转炉倾动电控系统开发与应用C冶金自动化杂志社.中国计量协会冶金分会2 0 1 0年会论文集，2 0 1 0：40 4-40 7.8赵殿清,王玉昌,樊精彪.大方坏连铸机重轨生产新技术的应用J.中国冶金，2 0 0 8(1 0):2 8-3 2.（编辑：武倩倩）Ma Xuelin,Li Shen2002(1):11-13.2何达平,曾庆国,杨武,等.捣固焦炉地面站除尘方式工艺技术研究J.中国钢铁业，2 0 1 0（3)：3 2-3 5.（编辑：武倩倩）OvenZhang Lei(Shougang Changzhi Iron&Steel Co.,Ltd.,Changzhi Shanxi 046000,China)