利用副枪控制提高BOF产能

作者:情报分会              发布时间:2010-12-03


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由于↑↑BOF↑↑↑炼钢过程本身的复杂性,其工艺控制就成为炼钢车间效能的决定性因素。过去,炼钢过程取决于操作员的经验、预设定的装炉规程等经验生产控制和人工测量和取样,如今,计算机工艺控制模型的引入,改善了炼钢过程控制。计算机静态模型根据容易获取的数据完成相应工作,而动态模型则需要实际炼钢过程中的参数输入。对于高成分命中率的严格终点控制及避免二次吹炼操作,绝对需要采用副枪系统。↑↑↑↑ ↑

计算机模型的最新技术进展以及副枪系统高度成熟技术等两者结合,给炼钢厂带来可以在极短时间内收回投资成本的工艺控制技术。考虑当前的基本物料标价与实际生产效能,一座↑↑300↑↑t↑↑↑的转炉炼钢车间可提高↑↑7%↑↑↑的产能,并能在↑↑3↑↑↑个月内就收回投资。↑↑↑↑ ↑

1 ↑↑↑炼钢过程控制关键参数↑↑↑↑↑ ↑

控制转炉内炼钢过程相对复杂,许多参数对实际冶炼过程产生影响,因此,静态过程控制模型必须包含一组广泛的冶金关系,用于预报锰、磷、硫、渣中总铁量、渣的碱度、温损、氧枪高度计算、废气中↑↑CO↑2↑↑↑↑平均含量的预测等。↑↑↑↑ ↑

在每炉钢的准备过程中,过程控制模型中的静态模型应计算铁水和废钢加入量、将要吹入的氧量、炼钢辅料所需量、从转炉中脱去的碳和氧量等。↑↑↑↑ ↑

可靠的过程控制模型输出需要有充分可靠的输入数据。比如在日复一日的冶炼中,可靠的输入数据是指报告记录的废钢和铁水重量与实际重量一致,此外,应当准时报告铁水温度与分析结果。如果使用脱硫站,则在模型计算中也应考虑脱硫处理结果。炼钢辅料如石灰、锰等,一旦使用新批次原料来炼钢,就应该及时在系统中更新它们的成分和质量状况。↑↑↑↑ ↑

在开始吹氧的那一刻,动态过程控制模型就取代静态模型工作,动态模型需要不同的输入数据组来控制吹氧过程并实施精确的终点控制。↑↑↑↑ ↑

为了对吹氧过程进行连续监测,许多炼钢车间运行了废气分析系统(↑↑WGA↑↑↑),该系统能提供诸如↑↑dC/dT↑↑↑与尾气成分等重要的工艺数据。不过,单独使用废气分析系统不能实现高命中率的可靠终点控制,尤其是当冶炼的钢种目标碳含量大于↑↑0.1%↑↑↑,此时,↑↑dC/dT↑↑↑并不能准确反映吹炼终点时的变化,如果碳含量大于↑↑0.1%↑↑↑,单独使用静态模型比↑↑WGA↑↑↑获取的结果更为精确,终点命中率更高。↑↑↑↑ ↑

废气分析系统除了自身存在限制外,它也不能测定关键工艺参数(凝固↑↑/↑↑↑溶池温度、溶池液面),并且,无法在不中断吹炼过程的情况下进行过程取样分析。但没有这些关键的参数及其他重要的参数,就不可能以低成本炼钢或发挥↑↑BOF↑↑↑炉的最大效率。↑↑↑↑ ↑

目前,在中国超过↑↑30↑↑↑多家新建的炼钢厂采用基于副枪技术的过程控制模型炼钢,大量的实际应用证明副枪设备坚实可靠,可以获取转炉炼钢过程中的精确数据。副枪设计成可以带各种不同的探头,如进行“吹炼↑↑”↑↑测量的↑↑TSC↑↑↑(温度、样本、碳)与↑↑ ↑↑↑进行“吹炼终点”测量的↑↑TSO↑↑↑(温度、样本、氧)。一些炼钢厂仅使用↑↑T↑↑↑型探头(仅温度参数)。↑↑  ↑↑↑↑↑ ↑

采用副枪技术,无需中断吹炼过程,可直接从直立的转炉中取钢水样进行分析,因此,炼钢过程可以连续不断,这对维持稳定的炼钢过程具有极大优势。↑↑↑↑ ↑

现代化炼钢依靠副枪控制来调整吹氧量和转炉辅料加入量,动态炼钢模型与精确的副枪数据可实现“快速出钢↑↑”↑↑与“直接出钢↑↑”↑↑炼钢模式。↑↑↑↑ ↑

下一代(动态)过程控制模型将通过增加主动的测量与控制参数,进一步改善控制效率。如达涅利克鲁斯正完成一项新型副枪探头的开发,这种探头的使用将可以测量钢水中磷含量并给出渣位与渣成分。如果过程控制模型获得这种实时吹炼时刻的↑↑P↑↑↑含量↑↑,则当↑↑P↑↑↑含量超过目标范围时,模型就自动对吹炼过程进行调整。↑↑↑↑ ↑

2 ↑↑↑降低炼钢成本,减少排放↑↑↑↑↑ ↑

当今钢铁生产商不得不将他们的关注点从仅与生产相关的问题拓宽至经济和环保主题,炼钢原料与废钢等价格日益上涨,并且资源短缺,加重了钢铁生产的成本压力。能耗、废气与过程热的重新利用变得越来越重要,它们影响了炼钢成本,但降低能耗有利于环保。↑↑↑↑ ↑

2.1 ↑↑↑辅料加入控制↑↑↑↑↑ ↑

吹炼过程中物料加入量由冶金学决定,而且每一炉次物料加入量不同。按照要生产哪一钢种以及废钢与铁水配比,由编制好的吹炼↑↑/↑↑↑加入制度决定辅料实际加入量,通过物料将分两或三批次在吹炼过程给定时刻加入到炉中。↑↑↑↑ ↑

物料加入后,许多模型将收到从料仓系统发出的数据,确认料仓阀处于开启状态,并且物料已加入。但是实际加入量的准确重量不得而知,因此,在这种情况下,过程模型将假设辅料是按所要求的重量加入的,并根据这一数值进行计算。↑↑↑↑ ↑

为了高效利用动态过程控制模型,就必须要有主动反馈,接收从料仓系统发出的实际加入料重量,如果实际加入量与所需重量偏差太大,动态模型将更新调整在当前吹炼过程中仍然需要加入的物料的重量。↑↑↑↑ ↑

这种动态式的物料加入调整不仅将减少降级处理炉次的数量,也将改善生产数据统计分析的质量。↑↑↑↑ ↑

在可靠的统计数据支撑下,吹炼制度和物料加入量将得到进一步优化,从而进一步优化成本控制。避免过量物料的加入会降低炼钢过程对环境造成的影响,更少的粉尘与更清洁的炉渣意味着污染更少。↑↑↑↑ ↑

2.2 ↑↑↑减少炉次降级,优化品种钢生产↑↑↑↑↑ ↑

没有真实的过程数据,就很难在最合适的时刻终止吹炼过程,如前所述,废气分析系统能提供碳含量信息,静态过程控制模型可计算熔池真实温度。↑↑↑↑ ↑

在冶炼高质量钢种如汽车钢或包装用钢,上述的过程控制水平明显不足,将会导致炉次降级,生产成本增加。↑↑↑↑ ↑

在接近吹氧终点时,副枪将进行↑↑“↑↑↑吹炼↑↑”↑↑↑测量,收集的测量结果输送给过程控制模型,过程控制模型将确定并更新所需的吹氧量以及要加入的冷却剂量,以满足钢中碳含量与终点温度要求。↑↑↑↑ ↑

在吹炼终点时刻,进行第二次(终点吹炼)副枪测量,取钢水样并测量熔池温度与自由氧含量,以判断最终碳含量。达涅利克鲁斯过程计算机利用由这次测量获得的副枪信号来计算熔池液面,因此,不再需要专门为取样和计算熔池液面而单独设置一个独立的探头与测量周期,从而避免了冶炼生产时间的损失。↑↑↑↑ ↑

在熔炼结束时,静态与动态过程控制模型将利用副枪测量的信息对模型进行微调,这种连续不断的微调将进一步提高终点命中率,降低炉次的降级率。↑↑↑↑ ↑

3 ↑↑↑最大化炼钢厂产能↑↑↑↑↑ ↑

不管是已经投入运行的还是计划新建的↑↑BOF↑↑↑厂,都应该努力使炼钢车间的产量最大化,没有其它的工艺控制组合比利用从副枪系统获得的过程输入数据的过程控制模型更能使炼钢厂实现产量最大化。↑↑↑↑ ↑

由于采用副枪技术能实现更好的终点控制,吹氧时间可缩短(↑↑8min↑↑↑),并且由于提高终点命中率,从而降低重吹次数。↑↑↑↑ ↑

在对环境影响方面,由于氧消耗量减少,因此能源消耗降低,炼钢时间缩短,吨钢废气量减少。↑↑↑↑ ↑

在一个有↑↑3↑↑↑座↑↑300↑↑t↑↑↑转炉组成的炼钢厂,具备年产钢↑↑600↑↑↑万↑↑t↑↑↑能力,采用基于副枪系统的过程控制模型可将产能提高↑↑40↑↑↑万↑↑t↑↑↑,使钢厂总产能达到↑↑640↑↑↑万↑↑t↑↑↑。↑↑↑↑ ↑

产能提高是通过最大程度地减少重吹次数、避免中间的过程中断及转炉倾斜进行人工取样、每班冶炼更多炉次等措施实现的。↑↑↑↑ ↑

对已在运行的炼钢车间,最大化产能意味着固定生产成本可以分摊到可能的吨位数量最大化的钢上,吨钢平均固定成本将降低↑↑7%↑↑↑,并且由于采用上述的主动辅料加入量控制,吨钢变动成本可降低↑↑0.3%↑↑↑。↑↑↑↑ ↑

对于计划新建的↑↑BOF↑↑↑,最大化产能的益处可从两个方面得以应用:要么按照所需产能调整转炉尺寸,减少转炉规模,或者转炉规模不变,让炼钢厂处理更多以前由高炉承担处理任务的铁水。如果选择“减少规模”,则一次性支出将大幅降低。↑↑↑↑ ↑

4 ↑↑↑采用带副枪的现代化过程控制,缩短投资回报期↑↑↑↑↑ ↑

采用基于副枪测量的过程控制模型的经济效益是相当明晰,副枪系统将降低固定成本与可变成本,并由此带来附加成本如期初投资、维护成本与消耗品费用等。在获得全球已经运行的超过↑↑80↑↑↑套副枪系统提供的↑↑BOF↑↑↑生产数据的基础上,达涅利克鲁斯已经开发出一个投资回报模型,该投资回报率(↑↑ROI↑↑↑)模型对吨钢固定成本做了一些假设。很显然,对每一座炼钢厂,这一成本将必须加以调整,不过,已经证实该模型很好地反映了投资回报的可行性。↑↑↑↑ ↑

一个具有↑↑3↑↑↑座↑↑300↑↑↑吨转炉的炼钢厂,如果不采用基于副枪系统的过程控制模型,平均每炉钢冶炼时间为↑↑50↑↑min↑↑↑,大约年产钢↑↑600↑↑↑万↑↑t↑↑↑。在此基础上,采用副枪系统,炼钢产能将提高至↑↑640↑↑↑万↑↑t↑↑↑,将对↑↑ROI↑↑↑产生主要贡献。这意味着这↑↑40↑↑↑万↑↑t↑↑↑额外的钢是在没有增加固定成本的情况下生产出来的,按不采用副枪时吨钢固定成本↑↑25↑↑↑欧元计算,这相当于节省大约↑↑1100↑↑↑万欧元。↑↑↑↑ ↑

除了节省成本外,↑↑40↑↑↑万↑↑t↑↑↑钢也将为最终产品的销售带来额外收益。如果以最适度的边际效益↑↑8↑↑↑欧元↑↑/↑↑t↑↑↑计算,则每年销售收入将多增加↑↑330↑↑↑万欧元。此外,助熔材料与耐火材料的消耗降低将节约↑↑350↑↑↑万欧元支出。↑↑↑↑ ↑

当然,副枪系统的运行需要一定费用,要在前期投入资金,并要考虑资金利息、设备折旧、系统维护与副枪探头消耗等费用。根据计算,在系统运行的第一年内发生的相关费用刚刚超过↑↑600↑↑↑万欧元,其中↑↑420↑↑↑万欧元是副枪系统(不带模型)的期初投资。↑↑↑↑ ↑

副枪设备的折旧期为↑↑5↑↑↑年,则↑↑ROI↑↑↑效益达到惊人的↑↑8950↑↑↑万欧元,而期间与副枪投资与运行相关的成本维持在适度的↑↑1400↑↑↑万欧元,由此可以计算出期初投资↑↑420↑↑↑万欧元的副枪系统(无过程控制模型)产生的↑↑ROI↑↑↑达到↑↑542%↑↑↑。↑↑↑↑ ↑

5 ↑↑↑结语↑↑↑↑↑ ↑

由于市场对钢产品的需求不断增加,需要提高钢生产产能,同时,环境要求↑↑变得日益严格,对目前钢水冶炼方式造成压力。↑↑↑↑ ↑

在中国,有↑↑30↑↑↑个炼钢厂采用基于副枪测量的过程控制模型,每年冶炼超过↑↑2↑↑↑亿↑↑t↑↑↑钢,这些钢厂的转炉规模从↑↑120t~300t↑↑↑不等,所有这些厂都从最大化转炉产能、降低助熔剂与耐火材料消耗及减少废气排放中获益。↑↑↑↑ ↑    副枪系统的投资回报期仅为↑↑3↑↑个月,副枪系统预期生命超过↑↑20↑↑年,这对每一个决定安装运行副枪系统的↑↑BOF↑↑厂的业绩而言将产生非常显著的效益。↑↑