CN1385666A

CN1385666A - 电弧炉用氧计算机分时段控制技术

Info

Publication number: CN1385666A
Application number: CN 02116506
Authority: CN
Inventors: 朱荣; 李桂海; 刘艳敏; 仇永全; 刘广会; 李晓强
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2002-12-18

Abstract

本发明涉及一种电弧炉用氧计算机分时段控制技术,将各种用氧方式分成若干个模块,模块包括总氧模块、氧燃助熔模块、炉门吹氧模块、电炉偏心炉底——EBT吹氧模块、二次燃烧模块、集束氧枪模块和喷碳模块,根据电弧炉的冶炼特点和具体供氧模块的功能确定了不同时段点,每个时段内的氧气流量和其它介质流量需要根据具体模块的供氧目的进行计算,计算依据由经验数据及公式确定;控制方法上,采用负反馈控制法中的PID控制。本发明结合用氧模块化控制技术,氧气用量降低10～20%,并可提高金属收得率1～2%,降低电极消耗0.3～0.5kg/t,降低冶炼电耗35～50kWh/t。

Description

电弧炉用氧计算机分时段控制技术

技术领域：

本发明属于炼钢领域，特别适用于电弧炉炼钢的用氧量控制。

背景技术：

目前，采用氧气喷吹技术的电弧炉，目的都是为了吹氧助熔，对于不同冶炼阶段的氧气的喷吹量一般不做严格的化学平衡和物料平衡计算。实际使用效果是氧气用量过大，炉气中CO含量较高，电极和导电横臂被氧化严重，金属收得率低。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：通过计算机控制系统，根据每炉的原料情况，利用物料平衡和热平衡确定合理的供氧量，然后结合炉内的各冶炼阶段，分解不同供氧方式的供氧量，通过控制系统调节各个模块的氧气流量及其它燃料流量，这些调节经由现场总线和PLC作用到相应阀组上，控制氧气及其它燃料的实际流量，解决电弧炉氧气均衡喷吹问题，提高金属收得率，降低电极消耗，降低冶炼电耗。

本发明的控制过程是通过电弧炉计算机控制系统，根据每炉的原料情况，利用物料平衡和热平衡确定合理的供氧量，然后结合炉内的各冶炼阶段，分解不同供氧方式的供氧量，通过控制系统调节各个模块的氧气流量及其它燃料流量，这些调节经由现场总线和PLC作用到相应阀组上，控制氧气及其它燃料的实际流量。生产过程中，控制系统根据各种测量仪器反馈回来的数据不断修改各控制参数，最终达到最优控制。

电弧炉用氧计算机分时段控制技术，将各种用氧方式分成一个个模块，模块包括总氧模块、氧燃助熔模块、炉门吹氧模块、电炉偏心炉底--EBT吹氧模块、二次燃烧模块、集束氧枪模块和喷碳模块，其特征在于；根据电弧炉的冶炼特点和具体供氧模块的功能确定了不同时段点，每个时段内的氧气流量和其它介质流量需要根据具体模块的供氧目的进行计算，计算依据由经验数据及公式确定；控制方法上，采用负反馈控制法中的PID控制。氧燃助熔模块分时段供氧控制曲线、燃油分时段控制曲线，炉门吹氧模块分时段供氧控制曲线、电炉偏心炉底--EBT吹氧模块分时段供氧控制曲线分别见图1--图四

如上所述的电弧炉用氧计算机分时段控制技术，其特征在于氧燃助熔模块分时段控制助熔系统中燃油的供给速率为：

F_oil＝60·W_S·V_oil/τ

助熔系统中氧气的供给速率为：

F_{O} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(1 + \frac{0.21 k_{2} α}{100 {- k}_{2} α}) τ}

助熔系统中雾化空气的供给速率为：

F_{A} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(\frac{100}{k_{2} α} - 0.79) τ}

本发明可使电弧炉氧气的喷吹达到高效、合理和经济，结合用氧模块化控制技术，氧气用量降低10～20％，并可提高金属收得率1～2％，降低电极消耗0.3～0.5kg/t，降低冶炼电耗35～50kWh/t。

附图说明：图1为氧燃助熔模块氧气的分时段控制曲线。图2为氧燃助熔模块燃油的分时段控制曲线。图3为炉门吹氧模块分时段控制曲线。图4为EBT吹氧模块分时段控制曲线。

具体实施方式：

时段点对于不同的供氧模块，由于其向电弧炉内供氧的目的不同，因此具体划分的时段数也应该不相同，应该以提高氧气的利用率为目标。

根据电弧炉冶炼的特点，炉料的加入通常是分批进行的，而且炉料多是固体物质。炉料加入时，应该使各供氧系统基本停止工作，但为了防止氧枪或烧嘴被堵塞应保留一定的氧流量。当加料完成后，大量废钢或其它钢铁料堆积在氧枪或烧嘴出口附近，如果立即大流量吹入氧气，由于没有足够的燃烧空间，大部分氧气将会被浪费掉，根本无法达到吹氧的目的，使电弧炉吨钢氧耗增加，而且会增加电极和导电横臂的氧化。因此，在加料开始和结束的时间点附近应该是供氧模块的分段点之一。当氧枪或烧嘴附近钢铁料熔化出一定空间后，就可以使用调整氧气流量进行最大功率的喷吹。当最后一批钢铁料熔清后，应该吹氧脱碳，此时应该调整相应供氧模块的氧气流量，以便有效的脱除钢液中的碳。脱碳结束后，供氧系统应只保持较小的氧气流量，使氧枪或烧嘴不至于堵塞。具体到每个供氧模块，时段的划分是有一定不同的。

在各个供氧模块中，每个时段内的氧气流量和其它介质流量需要根据具体模块的供氧目的进行计算以及经验数据或公式确定。一般情况下，模块中设备的正常工作流量是根据理论或经验公式计算，而各种非正常工作下的流量需要根据以往的经验数据确定。

在每批料加入后的电极穿井阶段，炉内装满废钢，孔隙较小，不能完全提供燃料燃烧所需的空间，因此应该用较小的氧气流量和燃油流量进行油氧助熔烧嘴的点火，并切割废钢已形成较大的空间。随着足够燃烧空间的形成，助熔的最佳条件已具备，应该使用正常的氧气流量和燃油流量。当废钢熔化完50％时，助熔的效率下降，此时应减少烧嘴输入的能量。当渣线上没有废钢时，应该停止燃油的供应，保持较低的氧气防堵。而在氧化期，碳氧反应加剧，炉内产生大量CO气体，在电弧炉没有二次燃烧氧枪的情况下，可以适当增加油氧枪的氧气流量进行二次燃烧。

氧燃助熔模块分时段控制助熔系统中燃油的供给速率为：

F_oil＝60·W_S·V_oil/τ

助熔系统中氧气的供给速率为：

F_{O} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(1 + \frac{0.2 k_{2} α}{100 - k_{2} α}) τ}

助熔系统中雾化空气的供给速率为：

F_{A} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(\frac{100}{k_{2} α} - 0.79) τ}

炉门吹氧模块分时段控制

炉门吹氧量是基于化学平衡和物料平衡进行计算的，主要由原料中的碳含量和其它元素氧化量等决定。根据物料平衡计算，结合现代电弧炉的经验数值，利用电弧炉静态模型可以很容易的计算出吨钢氧耗，从而确定氧气供给速率。

由于现代超高功率电弧炉冶炼中，为了得到稳定的电弧和缩短冶炼时间，经常加入碳粉以进行长弧泡沫渣操作，这样就必须向电炉内喷吹一定的氧气使碳粉燃烧。假定生成产物为CO气体。由此可以得到此项操作的需氧量：

O = \frac{16}{12} \cdot MC \cdot (% CP)

炉门氧气喷枪的氧气流量控制也可以根据冶炼过程中取样时刻和钢样分析结果进行分段控制，附图7显示了这种控制的程序流程。首先，根据装料情况，利用物料平衡计算氧气初始喷吹流量。冶炼进行到一定时间，取样分析，根据分析结果重新计算剩余冶炼时间的氧气流量。反复进行此过程，直到满足冶炼终点要求。

EBT吹氧模块分时段控制

在EBT吹氧模块中，氧气主要是用来切割熔化废钢，均匀熔池温度和成分，如果必要也可以进行脱碳。在控制中，除了装料前后与油氧助熔模块相同的情况外，在氧化期脱碳时，EBT氧气应该以正常工作流量喷吹。EBT氧枪主要根据吹入的氧气产生的烟气量和炉盖上排烟孔的排烟能力设计。

二次燃烧模块

二次燃烧模块控制供氧量的理论计算主要是根据熔池的脱碳量、喷碳量等。根据质量平衡可知，二次燃烧氧枪的吨钢氧气消耗为：

V_{O_{2} \cdot pc} = 0.933 W_{C} \cdot ΔPCR

当已知二次燃烧氧枪的吨钢氧耗后，由下式可计算出氧气流量：

F_{O_{2} \cdot PC} = V_{O_{2} \cdot PC} \cdot W_{S} / τ_{PC}

集束射流氧枪主要是用来替代现有的氧枪使用，因此，它的时段划分和各时段流量的确定主要根据所替代的吹氧模块确定，不再进行具体的讨论。

根据以上的原理，结合计算机控制技术可以设计出电弧炉用氧模块化控制系统。在控制系统中，包括各模块的控制界面、实时曲线显示、历史曲线查询、各种报表显示和打印、历史数据浏览与查询等功能。该控制系统能够对各种大量生产数据进行存储、提取，可以进行各用氧模块的控制等。

Claims

1、一种电弧炉用氧计算机分时段控制技术，将各种用氧方式分成一个个模块，模块包括总氧模块、氧燃助熔模块、炉门吹氧模块、电炉偏心炉底--EBT吹氧模块、二次燃烧模块、集束氧枪模块和喷碳模块，其特征在于；根据电弧炉的冶炼特点和具体供氧模块的功能确定了不同时段点，每个时段内的氧气流量和其它介质流量需要根据具体模块的供氧目的进行计算，计算依据由经验数据及公式确定；控制方法上，采用负反馈控制法中的PID控制。

2、如权利要求1所述的电弧炉用氧计算机分时段控制技术，其特征在于氧燃助熔模块分时段控制助熔系统中燃油的供给速率为：

F_oil＝60·W_S·V_oil/τ

助熔系统中氧气的供给速率为：

F_{O} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(1 + \frac{0.2 k_{2} α}{100 - k_{2} α}) τ}

助熔系统中雾化空气的供给速率为：

F_{A} = \frac{60 k_{1} \cdot W_{S} \cdot q \cdot V_{oil} \cdot V_{O}}{(\frac{100}{k_{2} α} - 0.79) τ}