转炉炼钢全流程温度控制及实施 唐余扬 顾 俭曹兆民 (上海第一钢铁(集团)有限公司)(上海大学) 摘 要 根据现场测温数据和工艺操作要求,建立了全流程温度制度。 为了实现全流程钢水温度的 控制,分别在温度的测量、 调节以及生产节奏的配合等方面采取了一些有效措施,避免了由于各工序生 产周期不谐调而导致的温降,取得了降低出钢温度、 稳定浇铸温度的效果。 关键词 温度控制 转炉 静态模型 调度 I mplementation of Temperature Control Throughout Entire Steelmaking Process in Converter Tang Yuyang Gu Jian (No. 1 Steel Group Co. L td. of Shanghai) Chao Zhaom in (ShanghaiU niversity) Abstract Temperature control system throughout entire process has been estab2 lished in accordancew ith data measured on site and requirements for operation.In order to realize the entire process temperature control, some measurements have been taken effectively on temperature measurement and its adjustment as appropriate production schedules so as to avoid temperature drop due to inharmonionsprocess frequencies . A s a result, tapping temperature has been low ed and casting temperature has been stabilized. Keywords temperature control converter static model schedule 联系人:唐余扬, (200431)上海一钢集团公司二炼钢厂技术科 1 前 言 连铸生产对钢水温度和成分等提出了更苛刻 的要求,稳定钢水条件是稳定连铸生产的保证,所 以,提高转炉炼钢和炉外精炼的操作水平,做好连 铸前钢水的准备是体现上述技术思想的重要方 面。 转炉炉内钢水温度控制有较大的灵活性,出钢 温度既要按钢种的要求来定,而且还跟生产实际 情况(如钢种、 调度)来确定。 转炉对钢水温度的控 制应担负起 “粗调” 的作用,炉外精炼应起 “微调” 作用。 如果全流程的温度控制能做好,稳定的生产 节奏就会应运而生,为了实现上述设想,首先需建 立一个合适的温度制度,然后逐步实行全流程钢 水温度的控制。 2 全流程温度制度的建立 上钢一钢集团公司二炼钢厂现有3座15t氧 气顶吹转炉,配4台三机三流小方坯连铸机,在生 产流程的几个关键点上对连铸钢水进行了温度测 量(见图 1) 。 测温 测温测温 中间包连铸回转台 测温 测温点吹Ar出钢 图1 连铸钢水关键点温度测定示意图 2. 1 连铸钢水温降的测定 从出钢到浇注完毕的整个过程中,对连铸钢 水传搁时间及温度进行了全面的测定,温降曲线 见图2。 2. 2 温度制度的建立 连铸钢水在各点处的温度为: 6炼钢 1998年第5期 图2 钢水温度变化曲线 T i=Tl+T 其中:T为过程温降和过热度之和,过程温 降采用实际生产中测定的数据,小方坯连铸的过 热度取2025。Tl为钢水的液相线温度,采用 以下公式计算: Tl= 1537- 88C% - 8Si% - 5 M n% - 30P% - 25S% - 5Cu% - 4N i% - 2V % - 1. 5Cr% - 2 由此确定连铸钢水温度制度,如表1所示。 表1 各钢种温度制度, 钢 种 液相线 温 度 中间包 开浇温度 大包 开浇温度 出钢 温度 M nSi1502152551615517105 Q 2351512 153551625517205 3 全流程钢水温度的控制 虽然有了较为合宜的温度制度,但要达到温 度的目标值,采用目前传统的经验炼钢操作是很 难控制的。 为了对钢水温度进行全流程的控制,采 取了3项技术措施:转炉火焰温度测量;静态计 算;建立调度中心。 3. 1 转炉火焰温度测量 目前,我厂转炉炼钢的过程温度控制仍处于 经验控制阶段,操作工凭火焰的亮度及加料数量 等来判断倒炉前的钢水温度。研制声纳化渣操作 指导系统的思路是:模拟工人的听觉,根据炉内噪 音来判断化渣状况1。火焰预报钢温系统的思路 也是相似的,企图模拟工人的视觉,根据火焰的亮 度判断钢水温度。 3. 1. 1 测量方法 采用红外辐射温度检测仅进行火焰温度测 量,该仪表安装在炉口旁,放置在水冷套中,用氮 气吹扫。 虽然它与火焰的距离仪仅为1. 01. 2m , 但在试验中仍然能长期使用,并保持干净的透镜 面。该仪表的测温范围为10002000,精度为 10,输出信号为05V ,信号送入原声纳控渣 的操作指导系统中,并在微机屏幕上显示。 3. 1. 2 火焰温度与钢水温度的关系 红外辐射温度检测仪测得的温度与第一次倒 炉热电偶测量的结果相比较,其差值供下一炉的 反馈计算,由于热辐射的光路易受烟尘、 水汽和炉 气等成分的影响,喷溅和返干均较大地影响测量 值,所以必须选择合适的取样时间。 从数据采集和 声纳控渣系统中获得的信息,做出判断。 最后所获 得的数据还需经滤波处理,才能对第一次倒炉的 钢水温度进行预报,火焰温度的曲线也在声纳控 渣系统的微机屏幕上显示。 实践表明,在一炉钢吹炼过程中,火焰温度的 峰值出现在中后期。当钢中C 降至临界点后,炉 气中CO2含量会逐渐增加,由此,采用上述方法 测得的火焰温度并不与钢水温度同步增长,而是 逐步降低的,因此,只能采用中后期火焰温度的峰 值来预报倒炉钢水温度。后期钢水升温及加料对 它的影响也必须加以考虑,为此,初步研制了后期 钢水升温的简化模型如下: t1=t0+aC0 -C1 +a 1 C1 - 1 C0 +a 1 C1 - 1 C0 -b Wsh-c WFeO 式中 t1、t0分别为倒炉时和取样时刻的钢 水温度, C0、C1分别为倒炉时和取样时刻 的钢中含碳量, % Wsh中后期间石灰加入量, kg WFeO中后期期间氧化铁加入量, kg a、a、b、c系数 采取上述方法预报钢水温度,经数次试验,若 以20为预报误差,第一次倒炉钢水温度预报的 准确率均在70%80%的水平上。如果能较好地 解决炉口堵渣,操作稳定(测量时刻枪位和氧压的 稳定)及改进和完善中后期的数学模型,通过火焰 温度测量,预报倒炉钢水温度的技术可望达到实 7炼钢 1998年第5期 用的水平。 3. 1. 3 静态计算 由于我厂原料条件变化较大,采用理论的静 态模型较为合适,它具有更大的适应性,该模型由 总物料平衡、 氧平衡(氧气纯度99. 37% )、 渣量平 衡和热量平衡这4个方程式组成,模型方程组中 的未知量为:炉渣重量Wd,钢水温度ts,钢水含碳 量Cs和钢水重量Ws。4个方程为线性方程,将其 移项、 合并和整理后,为四元一次方程组,即: AX= B0 其中A为44的系数矩阵(Aij)44 , X 是4 1的未知量矩阵,未知量次序为Wd、ts、Cs、Ws, B为常数矩阵(Bij)41。 采用线性方程组的高斯消元法来解方程组, 所得的过程碳含量和过程钢水温度的变化曲线见 图3。 图3 静态控制运行结果 3. 2 炉后的温度调节 由于受到条件的限制,炉后的温度调节方法 主要吹A r搅拌,以达到钢水温度的均匀,并使高 温钢水适当降温,满足连铸生产的需要。 吹A r搅拌采用顶吹法,该吹A r方法的效果 与钢包内吹气位置,吹气量及吹气时间有关,经过 多次试验我们确定了吹氩工艺参数:氩气压力为 0. 150. 20M Pa;A r枪位置为0. 50. 7半径处; 氩枪深度1600mm;吹氩时间160180s;吹氩期 间温降10?m in;总温降2630。 在大生产中,吹A r对钢水引起的温降受到 多方面的影响,其中钢水的搅拌程度和钢液面的 覆盖状况,对钢水温降影响较大。按一般的规律, 在吹A r的时间内吹气温降与吹A r时间并不成 线性关系,而是随着吹A r时间的延续,钢水温降 速率有所下降。 3. 3 调度操作指导系统的建立 为了更好地进行我厂转炉连铸的有序生 产,提高连铸钢水温度的稳定性,建立了一个计算 机网络的调度中心。 3. 3. 1 调度操作指导系统 调度操作指导系统具备了化铁炉、 转炉、 连铸 的各种生产数据及设备运行信息,在调度室有二 个显示屏幕,能显示化铁炉、 转炉、 连铸生产状况 的14幅画面,并有显示、 打印、 查找等功能,直接 供调度者使用。 系统功能:通过一次仪表采集数据和小键盘 串联对工业生产现场进行监控并归档成文,以供 对生产投入产出和产品质量进行分析。 系统特点:实时动态的工业控制网络L SO和 管理网络NOV EW相结合,并将不同操作平台连 接在同一网络上,实现异种机连网。 3. 3. 2 系统对温度控制的作用 调度控制指导系统主要是指导、 协调整个生 产过程,能有效地控制和稳定生产节奏。 由于生产调度中心掌握了一炉钢的冶炼到浇 铸成坯全过程的信息,从而可进行转炉炼钢、 吹 氩、 连铸的全过程钢温控制,以稳定连铸的浇铸温 度,稳定生产节奏。 建立合适的温度制度,并在各个生产环节给 予技术保证,以实现全流程的钢温控制。但是,从 上述钢水温降和各逗留时间的统计数据来看,它 们的实际的偏差很大。所以这种基于平均水平的 温度制度的控制应属于静态的全流程的温度控 制。如果我们能把在线测量的温降和逗留时间均 送往调度中心的计算机系统,该系统据此向炉前 提出准确的开吹时间,在预定出钢时间前3m in, 根据生产各环节的实际状况提出准确的出钢温度 目标值,随后进行吹A r微调,这样我们就能实现 动态的全流程温度控制,连铸的浇注温度也可能 稳定在更窄的范围内。 (下转第33页) 8炼钢 1998年第5期 = 80. 79b0. 48 式中 为均匀混合时间 , s 。 但同时由图3可以 看出,当0. 7NLm in- 1 Q 2. 8NL m in - 1时, 测得值高于回归曲线,这说明不能用同 一条曲线来表示混匀时间在整个流量范围内的变 化规律,A sai9将其解释为是由层流向紊流状态 的转折。 将其分段并用对数坐标表示如图4,其关 系可用如下两式表示: b 2. 081Wm - 3, = 64. 521b- 0. 298 图4 搅拌功率密度对溶液混合特性的影响 4 结 论 (1)底吹气体流量增大,搅拌功率密度增大, 液体混匀时间缩短。 (2)熔池下部中心获得搅拌功率密度值大,混 匀时间短,表面远离中心混匀时间较长。 (3)溶池混匀时间与浮力搅拌功率密度的关 系可回归为:当搅拌功率密度 b 2. 081 Wm 3时, = 64. 521b- 0. 298 , s 。 参考文献 1 U. P. Si mha, M. J. M cNallan, M etall . Trans. B, 1995, 16B (12): 850853 2 D. M azumdar, R. I . L. Guthrie, M etall . Trans, B, 1986, 17B (12): 725733 3 J. M ietz, F. Oeters, Steel Reareach, 1989, 60