CN206940934U

CN206940934U - 一种智能降低转炉终渣氧化性的系统

Info

Publication number: CN206940934U
Application number: CN201720764667.8U
Authority: CN
Inventors: 何顺生; 高福彬; 范佳; 唐文明; 武志杰
Original assignee: HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2027-06-28

Abstract

本实用新型涉及一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，属于转炉炼钢控制技术领域。技术方案是：由碳粉称量装置、碳粉加入装置和过程控制装置三部分组成的智能降低转炉终渣氧化性的系统，自动向转炉内加入炉渣脱氧剂，所采用的炉渣脱氧剂为碳粉，该碳粉由焦炭磨制而成，碳粉颗粒度为2~5mm。本实用新型的有益效果是：实现对转炉终渣脱氧用碳粉加入实际、加入量、加入方式的智能控制，有效脱除了转炉渣单位氧含量，改善了炉渣的粘度和熔点，提高了溅渣护炉的效果，减少了转炉炉衬耐材的侵蚀量，提高了转炉寿命，确保了转炉的高效、稳定生产。同时，该方法还降低了现场操作人员的劳动强度，并确保了人生安全，在行业内有极大的推广使用价值。

Description

一种智能降低转炉终渣氧化性的系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，属于转炉炼钢控制技术领域。

背景技术

通常在转炉吹炼结束后采用溅渣护炉工艺，可以大幅度提高转炉炉衬的寿命，降低生产成本。其具体工艺为转炉出钢结束后在炉内留部分终渣，然后采用氧枪吹入一定压力和流量的氮气，将转炉内的终渣溅起，黏贴在炉壁上，形成溅渣层，在下一炉冶炼过程中用溅渣层保护炉衬，延长炉衬的使用寿命。在某些特殊情况下，如低碳钢、超低碳钢的冶炼时，转炉终渣的氧化性会比较高，这种高氧化性的炉渣具有熔化温度低(1250～1300℃)、粘度小的特点，这种物性的熔渣溅起后不容易与转炉炉衬相粘结，形成的溅渣层较薄；另一点就是该炉渣由于熔化温度低，在下一炉冶炼时溅渣层会过早的熔化掉，从而起不到溅渣护炉的作用。因此，在溅渣护炉之前，有效降低炉渣中的氧化性，提高炉渣熔点和粘度，对于提升溅渣护炉效果，延长炉衬寿命具有至关重要的意义。

已有技术提升炉渣粘度和熔点的方法主要有以下几种：①当转炉出钢结束之后，首先将其摇至与水平地面呈约45°位置，然后，操作工手动将大量的碳粉包掷入炉内，利用碳元素与炉渣中的氧元素进行化学反应，从而降低转炉终渣中的氧化性。这种方法尽管能够对降低转炉终渣的氧化性，提高炉渣熔点和粘度起到一定的作用；但由于该方法主要是通过人工来完成，因此，现场操作人员的劳动强度较大，同时还具有一定危险性，容易对人身造成伤害；此外，所碳粉包容易被集中投掷到转炉内的某一位置，从而导致炉渣中的氧元素分布不均匀，最终影响溅渣护炉的效果。②当转炉出钢结束后，首先将其摇至与水平地面呈约90°位置，然后，操作工利用现场加料设备向炉内加入大量的轻烧白云石；由于这种物质的主要成分是MgO，具有一定的碱性，因此可以利用该种物质可以对炉渣的粘度和熔点进行一定的调节；但这种方法的缺点是需要向炉内加入的轻烧白云石量十分巨大，从而增加了生产成本；同时还会增加炉内的渣量，从而对生态环保造成较大的影响。③在第二种方法的基础上，操作工向炉内加入一定量的复合物质，即：铝合金和轻烧白云石的混合物，从而改善转炉终渣的粘度和熔点。该种方法尽管可以减少最终的渣量，并较好的改善炉渣的性质，但缺点是生产成本大大提高，无法在现场实现有效推广。因此，开发出一种既能够有效降低转炉终渣氧化性，提高炉渣粘度和熔点，还能够有效控制生产成本，易于现场推广的智能方法，对于转炉现场的稳定生产具有十分重要的意义。

如果要实现智能降低转炉终渣氧化性的方法，首先需要对转炉终渣中的氧含量进行较为精确的检测，然后才能以此为依据，对脱氧剂用量进行计算，并完成及后续的加入操作。目前对炉渣中的氧含量进行检测的方法主要还是通过检测仪器的办法来实现，即：操作人员首先从转炉内取得炉渣的渣样，再通过检测仪器对炉渣氧含量进行检测。这种方法尽管能够较为精确的得到相应的计算结果，但由于过程时间较长，因此只能作为一种工艺研究的手段，而无法对现场生产进行实际的指导。也正基于此，智能降低转炉终渣氧化性的方法无法得到有效开发。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，降低转炉终渣的氧化性，提高转炉溅渣护炉时溅渣层的厚度，保证溅渣效果，减少炉衬侵蚀，解决已有技术存在的上述技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，由碳粉称量装置、碳粉加入装置和过程控制装置组成；碳粉称量装置，由碳粉仓、上插板阀、电振系统、称量系统组成。这其中，碳粉仓主要用于存储炉渣脱氧所需的碳粉；上插板阀用于控制碳粉进入电振系统中；电振系统主要用于将碳粉仓中的碳粉振动到称量系统中；称量系统主要对振动下来的碳粉重量进行称重，确保所使用的碳粉能够满足炉渣脱氧的需要。此外，整个碳粉称量装置各部分的具体连接是：碳粉仓与上插板阀连接；然后，上插板阀与电振系统相连接；电振系统之后连接有称量系统；

碳粉加入装置由碳粉罐、下插板阀、密封蝶阀、止逆阀、喷吹气体引入管、混合软管、喷吹管、喷吹小车、轨道、喷吹电磁阀组成；下插板阀分别与碳粉称量装置中的称量系统和密封蝶阀相连接；密封蝶阀与碳粉罐相连接；碳粉罐再与止逆阀相连接；止逆阀通过混合软管与喷吹管相连接；喷吹管架设在喷吹小车上，并可在其带动下插入到转炉炉膛内；喷吹小车被安置在轨道上；此外，喷吹气体引入管分出的两根支管被分别与碳粉罐和混合软管上，管道的一端安装喷吹电磁阀；碳粉罐存储计划使用的碳粉；下插板阀用于控制碳粉进入碳粉罐中；密封蝶阀用于确保碳粉进入碳粉罐后，不会在外部气体压力的作用下，重新进入碳粉称量装置的诸多设备中；止逆阀用于确保碳粉能够在外部气体压力的作用下能够完全进入转炉内，而不会被重新吹入到碳粉罐中；喷吹气体引入管用于引入携载碳粉所需的高压氮气；混合软管用于输送碳粉和高压氮气的混合物；喷吹管用于将碳粉和高压氮气的混合物吹入转炉内部；喷吹小车用于控制喷吹管在转炉内的插入深度，从而确保碳粉脱氧效果；轨道用于运输喷吹小车；喷吹电磁阀主要用于高压氮气的进入。

过程控制装置，由计算机、等待限位开关、喷吹限位开关、电振系统PLC、上插板阀PLC、下插板阀PLC、密封蝶阀PLC、喷吹电磁阀PLC，喷吹小车控制PLC、信号反馈PLC组成。其中，等待限位开关和喷吹限位开关用于检测喷吹小车在轨道上所处于的位置，被分别安装在碳粉加入装置中的轨道上，并分别置于喷吹小车的两侧，用于向喷吹小车指示等待位置和喷吹位置；电振系统PLC、上插板阀PLC、下插板阀PLC、密封蝶阀PLC、喷吹电磁阀PLC、喷吹小车控制PLC，分别与电振系统、上插板阀、下插板阀、密封蝶阀、喷吹电磁阀、喷吹小车相连接，用于辅助计算机，实现对电振系统、上插板阀、下插板阀、密封蝶阀、喷吹电磁阀、喷吹小车的控制；信号反馈PLC分别与等待限位开关、喷吹限位开关、称量系统相连接，用于接收相关装置的实时反馈信号，并将其发送给计算机；此外，信号反馈PLC还将实时接收转炉生产控制系统发送过来的转炉倾动角度信号、氧枪内的氧气流量、烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并将这些信息也发送给计算机；计算机分别与电振系统PLC、上插板阀PLC、下插板阀PLC、密封蝶阀PLC、喷吹电磁阀PLC，喷吹小车控制PLC、信号反馈PLC连接，利用内置的控制模型，通过实时分析不同数据的变化，同时发出针对性的控制信号，从而实现对转炉终渣脱氧的智能控制；

采用上述能够智能降低转炉终渣氧化性的系统自动向转炉内加入炉渣脱氧剂，所采用的炉渣脱氧剂为碳粉，该碳粉由焦炭磨制而成，碳粉颗粒度为2～5mm。

本实用新型的有益效果是：通过开发一种自动向转炉内加入炉渣脱氧剂的系统，实现对转炉终渣脱氧用碳粉加入实际、加入量、加入方式的智能控制，有效脱除了转炉渣单位氧含量，改善了炉渣的粘度和熔点，提高了溅渣护炉的效果，减少了转炉炉衬耐材的侵蚀量，提高了转炉寿命，确保了转炉的高效、稳定生产。同时，该方法还降低了现场操作人员的劳动强度，并确保了人生安全，在行业内有极大的推广使用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例系统结构图；

图2为本实用新型实施例过程控制过程示意图。

图中标记为：碳粉仓1；电振系统2；称量系统3；密封蝶阀4；碳粉罐5；喷吹气体引入管6；混合软管7；喷吹小车8；喷吹管9；转炉10；等待限位开关11；轨道12；喷吹限位开关13；上插板阀14；下插板阀15；止逆阀16；喷吹电磁阀17，电振系统PLC 18、上插板阀PLC 19、下插板阀PLC 20、密封蝶阀PLC 21、喷吹电磁阀PLC 22，喷吹小车控制PLC 23、信号反馈PLC24、计算机25。

具体实施方式

一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，由碳粉称量装置、碳粉加入装置和过程控制装置三部分组成；碳粉称量装置，由碳粉仓1、上插板阀14、电振系统2、称量系统3组成，碳粉仓1与上插板阀14连接；然后，上插板阀14与电振系统2相连接；电振系统2之后连接称量系统3；碳粉仓1用于存储炉渣脱氧所需的碳粉；上插板阀14用于控制碳粉进入电振系统2中；电振系统2用于将碳粉仓1中的碳粉振动到称量系统3中；称量系统3对振动下来的碳粉重量进行称重，确保所使用的碳粉能够满足炉渣脱氧的需要；

碳粉加入装置，由碳粉罐5、下插板阀15、密封蝶阀4、止逆阀16、喷吹气体引入管6、混合软管7、喷吹小车8、喷吹管9、轨道12、喷吹电磁阀17组成，下插板阀15分别与称量系统3和密封蝶阀4相连接；密封蝶阀4与碳粉罐5相连接；碳粉罐5再与止逆阀16相连接；止逆阀16通过混合软管7与喷吹管9相连接；喷吹管9架设在喷吹小车8上，在其带动下插入到转炉10炉膛内；喷吹小车8被安置在轨道12上；喷吹气体引入管6分出的两根支管被分别与碳粉罐5和混合软管7上，喷吹气体引入管上安装喷吹电磁阀17；碳粉罐5存储计划使用的碳粉；下插板阀15用于控制碳粉进入碳粉罐5中；密封蝶阀4用于确保碳粉进入碳粉罐5后，不会在外部气体压力的作用下，重新进入碳粉称量装置的诸多设备中；止逆阀16用于确保碳粉能够在外部气体压力的作用下能够完全进入转炉10内，而不会被重新吹入到碳粉罐5中；喷吹气体引入管6用于引入携载碳粉所需的高压氮气；混合软管7用于输送碳粉和高压氮气的混合物；喷吹管9用于将碳粉和高压氮气的混合物吹入转炉10内部；喷吹小车8用于控制喷吹管9在转炉10内的插入深度，从而确保碳粉脱氧效果；轨道12用于运输喷吹小车8；喷吹电磁阀17主要用于高压氮气的进入。

过程控制装置，由计算机25、等待限位开关11、喷吹限位开关13、电振系统PLC 18、上插板阀PLC 19、下插板阀PLC 20、密封蝶阀PLC 21、喷吹电磁阀PLC 22，喷吹小车控制PLC23、信号反馈PLC 24组成，等待限位开关11和喷吹限位开关13用于检测喷吹小车8在轨道12上所处于的位置，被分别安装在轨道12上，并分别置于喷吹小车8的两侧，用于向喷吹小车8指示等待位置和喷吹位置；电振系统PLC 18、上插板阀PLC 19、下插板阀PLC 20、密封蝶阀PLC 21、喷吹电磁阀PLC 22、喷吹小车控制PLC 23，分别与电振系统2、上插板阀14、下插板阀15、密封蝶阀4、喷吹电磁阀17、喷吹小车8相连接，用于辅助计算机25，实现对电振系统2、上插板阀14、下插板阀15、密封蝶阀4、喷吹电磁阀17、喷吹小车8的控制；信号反馈PLC 24分别与等待限位开关11、喷吹限位开关13、称量系统3相连接，用于接收相关装置的实时反馈信号，并将其发送给计算机；信号反馈PLC 24将实时接收现场转炉生产控制系统发送过来的转炉倾动角度信号、氧枪内的氧气流量、烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并将这些信息发送给计算机25；计算机25分别与电振系统PLC 18、上插板阀PLC 19、下插板阀PLC 20、密封蝶阀PLC 21、喷吹电磁阀PLC 22，喷吹小车控制PLC 23、信号反馈PLC 24连接，利用内置的控制模型，通过实时分析不同数据的变化，同时发出针对性的控制信号，从而实现对转炉终渣脱氧的智能控制。

采用能够智能降低转炉终渣氧化性的系统自动向转炉内加入炉渣脱氧剂，所采用的炉渣脱氧剂为碳粉，该碳粉由焦炭磨制而成，碳粉颗粒度为2～5mm；包含以下步骤：

步骤1：现场操作人员实时观察转炉10的生产状态，当转炉10开始冶炼生产时，将计算机25的工作模式调整为“冶炼开始”模式，此时计算机25将进行以下操作步骤：

①计算机25分别向上插板阀PLC 19、电振系统PLC 18、密封蝶阀PLC 20、下插板阀PLC 19和喷吹电磁阀PLC 22发送控制信号，将上插板阀14、电振系统2、密封蝶阀4、下插板阀15和喷吹电磁阀17关闭。此外，计算机25还将向喷吹小车控制PLC 23发送信号，控制喷吹小车8向等待位置运动。当喷吹小车8接触上等待限位开关11后，该开关会通过信号反馈PLC24向计算机25发出信号。计算机25在接到该信号后，会通过向喷吹小车控制PLC 23发送信号，停止喷吹小车8的运行；

②计算机25将实时接收信号反馈PLC 24反馈过来的当前时刻转炉10的烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并利用内置模型，计算得到氧枪吹入转炉内的氧气、以及烟气中的CO、CO₂、O₂的体积累积量，具体是：

式中：V_oxg为转炉10冶炼过程中吹入转炉10内的总氧气体积，m³；

V_CO为转炉10冶炼过程中烟气内的CO总体积，m³；

V_CO2为转炉10冶炼过程中烟气内的CO₂总体积，m³；

V_O2为转炉10冶炼过程中烟气内的残余O₂总体积，m³；

为转炉10冶炼过程中吹入转炉10内当前时刻的氧气流量，m³/s；

为转炉10冶炼过程中当前时刻的烟气流量，m³/s；

为转炉10冶炼过程中当前时刻的烟气中的CO体积百分含量，％；

为转炉10冶炼过程中当前时刻的烟气中的CO₂体积百分含量，％；

为转炉10冶炼过程中当前时刻的烟气中的残余O₂体积百分含量，％；

t为上述相关参数的检测周期，通常为1～2s。

步骤2：当当前炉次冶炼结束后，现场操作人员将计算机25的工作模式调整为“冶炼结束”模式，此时计算机25将首先根据冶炼过程中的检测结果，利用内置模型，得到转炉终渣中所含有的游离总氧质量，并进而得到所需加入的碳粉质量，即：

m_O＝1.429·(V_oxg-0.5·V_CO-V_CO2-V_O2)

式中：m_O为计算得到的转炉终渣中所含有的游离总氧质量，kg。

m_C＝0.75·m_O·a

式中：m_C为加入到转炉终渣中的设定碳粉质量，kg；

a为权值，通常为1.1～1.3。

步骤3：计算机25在计算得到转炉终渣脱氧所需的碳粉后，开始进行碳粉称量的操作，具体操作步骤如下：

①计算机25向上插板阀PLC 19发出指令，控制上插板阀14打开。此时，碳粉将从碳粉仓1中流出，落到电振系统2；

②计算机25向电振系统PLC 18发出指令，启动电振系统2。此时，碳粉将在电振系统2的作用下，落到称量系统3中；

③称量系统3不断称量落下来的碳粉的重量，并实时通过信号反馈PLC 24将其传递给计算机25。当计算机25检测到当前称量系统3中的碳粉重量与计算得到的设定碳粉质量m_C之间差值在-0.1kg～﹢0.1kg时，将同时向上插板阀PLC 14和电振系统PLC 2发出指令，关闭上插板阀14和电振系统2；

④计算机25同时向下插板阀PLC 20和密封蝶阀PLC 21发出指令，将下插板阀15和密封蝶阀4同时打开，并开始记录时间。此时，称量好的碳粉将从称量系统3落到碳粉罐5中。当计算机25分析出插板阀15和密封蝶阀4已经打开10s后，将再次向下插板阀PLC 20和密封蝶阀PLC 21发出指令，将下插板阀15和密封蝶阀4同时关闭；

步骤4：当完成碳粉称量操作后，将进行碳粉加入操作，具体操作步骤为：

①计算机25实时接收信号反馈PLC 24反馈过来的转炉倾动角度信号。当计算机25接收到转炉倾动角度为-5°～﹢5°范围内时，表明此时的转炉10炉口已经基本水平，此时，计算机25将向喷吹小车控制PLC 23发送信号，控制喷吹小车8将沿轨道12向喷吹位置运动；

②当喷吹小车8与安装在轨道12上的喷吹限位开关11接触时，喷吹限位开关11将通过信号反馈PLC 24向计算机25发出反馈信号。计算机25在接收到信号后，将向喷吹小车控制PLC 23发出指令，停止喷吹小车8运动；

③计算机25在向喷吹小车控制PLC 23发出指令，停止喷吹小车8运动的同时，将同时向喷吹电磁阀PLC 22发出指令，从而将喷吹电磁阀17打开。此时，压力为6bar～8bar的高压氮气将沿着喷吹气体引入管6进入碳粉罐5和混合软管7中，在与碳粉进行充分混合的同时，将碳粉沿着混合软管7和喷吹管9带入转炉10内，并喷吹到转炉终渣表面；

步骤5：计算机25在向喷吹电磁阀PLC 22发出指令，打开喷吹电磁阀17，向炉内喷吹碳粉的同时，开始记录时间。当计算机25分析出已经向炉内喷吹300s后，将同时向喷吹电磁阀PLC 22和喷吹小车控制PLC 23发出指令，关闭喷吹电磁阀17，并控制喷吹小车8向等待位置方向运动。当喷吹小车8与等待限位开关11接触时，等待限位开关11将通过信号反馈PLC 24向计算机25发出反馈信号；计算机25在接收到信号后，将向喷吹小车控制PLC 23发出指令，停止喷吹小车8运动；

通过上述步骤，完成向转炉内的碳粉喷吹操作。

Claims

1.一种智能降低转炉终渣氧化性的系统，其特征在于由碳粉称量装置、碳粉加入装置和过程控制装置三部分组成；碳粉称量装置，由碳粉仓(1)、上插板阀(14)、电振系统(2)、称量系统(3)组成，碳粉仓(1)与上插板阀(14)连接；然后，上插板阀(14)与电振系统(2)相连接；电振系统(2)之后连接称量系统(3)；

碳粉加入装置，由碳粉罐(5)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、止逆阀(16)、喷吹气体引入管(6)、混合软管(7)、喷吹小车(8)、喷吹管(9)、轨道(12)、喷吹电磁阀(17)组成，下插板阀(15)分别与称量系统(3)和密封蝶阀(4)相连接；密封蝶阀(4)与碳粉罐(5)相连接；碳粉罐(5)再与止逆阀(16)相连接；止逆阀(16)通过混合软管(7)与喷吹管(9)相连接；喷吹管(9)架设在喷吹小车(8)上，在其带动下插入到转炉(10)炉膛内；喷吹小车(8)被安置在轨道(12)上；喷吹气体引入管(6)分出的两根支管被分别与碳粉罐(5)和混合软管(7)上，喷吹气体引入管上安装喷吹电磁阀(17)；

过程控制装置，由计算机(25)、等待限位开关(11)、喷吹限位开关(13)、电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)，喷吹小车控制PLC(23)、信号反馈PLC(24)组成，等待限位开关(11)和喷吹限位开关(13)用于检测喷吹小车(8)在轨道(12)上所处于的位置，被分别安装在轨道(12)上，并分别置于喷吹小车(8)的两侧，用于向喷吹小车(8)指示等待位置和喷吹位置；电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)、喷吹小车控制PLC(23)，分别与电振系统(2)、上插板阀(14)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、喷吹电磁阀(17)、喷吹小车(8)相连接，用于辅助计算机(25)，实现对电振系统(2)、上插板阀(14)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、喷吹电磁阀(17)、喷吹小车(8)的控制；信号反馈PLC(24)分别与等待限位开关(11)、喷吹限位开关(13)、称量系统(3)相连接，用于接收相关装置的实时反馈信号；信号反馈PLC(24)将实时接收现场转炉生产控制系统发送过来的转炉倾动角度信号、氧枪内的氧气流量、烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并将这些信息发送给计算机(25)；计算机(25)分别与电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)，喷吹小车控制PLC(23)、信号反馈PLC(24)连接。