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(图)济钢210t国产RH精炼炉装备的设计创新与应用

日期:2012-05-07 15:02:15  点击:

刁承民  张海民     刘建伟   

(济钢集团有限公司炼钢厂  250101)

  要:介绍了济钢炼钢厂210t国产RH精炼炉设备的主要工艺参数和设备组成,对其低能耗真空系统、三槽五工位布局设计、自动测温取样定氧装置和采用先进的自动化控制系统及冶金模型等创新设计进行了分析。

关键词:RH 真空精炼设计创新
 

1  引言

   1957年西德鲁尔钢铁公司(Ruhrstahl)和赫拉欧斯公司﹙Hereaeus﹚共同设计开发的一种钢液炉外精炼方法,并于1959年建造了第一台RH装置。随着对RH各项技术的不断研究、完善和发展,其精炼功能不断得以提高,主要表现在精炼功能强、处理能力大、处理周期短、处理后钢水洁净度高等特点,成为世界上最重要的炉外精炼装备之一。经过多年的发展,国产RH精炼炉装备的设计与应用突飞猛进,并实现国外RH精炼炉所具备的冶金功能。

2  210t国产RH精炼炉主要技术经济指标

2.1  济钢210t RH精炼炉设备年处理能力

    处理能力  最大240t/每炉

              最小210t/每炉

平均225t/每炉

平均处理周期:40min

年处理能力估算  

P=η1*η2*η3=188.2699t

 

式中,P为年处理能力;H为平均处理能力,225tT为平均处理周期,40minη1BOF-LF-RH-CCM的配合率,80%η2RH作业率,80%η3RH处理钢水合格率,99.5%

本套RH设备估算年处理能力为188.2699t,满足钢厂年处理能力。


2.2  济钢210t RH主要技术参数

1 济钢210t RH主要技术指标

项目

内容

备注

真空处理装置座数/

1

 

真空处理装置型式

35工位,双槽横移,钢包升降

顶枪、预热枪吹氧、焦炉煤气,

分体式真空槽

最大出钢量/t

240

平均处理钢水量/t/包)

225

 

真空处理周期/min

1535

 

钢包运载方式

钢包台车

 

钢包升降方式

液压顶升

 

真空泵型式

五级蒸汽喷射泵

 

钢水最大循环速度/t/min

174

 

真空槽待机位加热方式

旋转式预热枪

 

真空泵能力/kg/h

850

67Pa20


3  210t RH精炼炉设备组成与设计创新

3.1  设备组成

3.1.1 合金加料系统。本系统由手动闸门、变频马达振动给料机、称量料斗、水平皮带机、过跨提升皮带机、配仓皮带机、真空料斗、合金溜槽等设备组成,共设有20个高位料仓,是RH合金系统的重要组成部分。

3.1.2 钢包运输系统。钢包运输系统由钢包运输车及一套钢包位置定位系统组成,将钢水由接收跨的承接位置输送到真空槽下处理工位进行真空处理,真空处理后再送往喂丝、保温剂投入工位,最后到钢包吊运位置。

3.1.3 钢包升降系统。钢包升降设备是钢包升降的专用设备,它将钢包托盘和盛有钢水的钢包顶升到浸渍管插入钢水一定深度为止;处理结束后钢包和钢包托盘降落到钢包台车上。升降设备安装在真空槽下方的地坑内。升降框架由液压缸驱动沿导轨上下运动。

3.1.4 真空槽、热弯管及真空槽运输系统。真空槽、热弯管是连接处理钢水和真空系统的关键设备,真空槽槽体为上、下分体式,上部槽与热弯管连接,下部槽与浸渍管连接。热弯管与真空槽同时安装在真空槽运输车上。

3.1.5 真空系统。真空泵系统由五级真空泵组成,带有两台中间冷凝器和一台末级冷凝器及一套真空压力调节装置。冷凝器的作用是将前级喷射泵排出的蒸汽冷凝成水,以提高后级喷射泵的效率。

3.1.6 真空槽烘烤系统。真空槽烘烤系统主要由待机位预热枪和在线顶枪组成。待机位预热枪系统设有自动点火和火焰检测装置;顶枪系统主要由顶枪升降装置、枪体、介质阀站、润滑等组成,具有对钢水吹氧脱碳和对真空槽耐材喷吹燃气加热等功能。

3.1.7 电气设备。电气设备主要包括低压电气设备、仪表设备和自动化设备。低压电气设备主要包括低压开关柜、控制台、现场控制开关、TV摄像机、UPS系统、电缆和安装材料;仪表设备包括仪表柜、控制回路和现场仪表、电子称量系统;自动化设备包括自动化(L1)系统、操作和监视系统(OMS)、通讯总线(CB)、可编程控制单元(L2)、冶金模型。

3.2  济钢210t RH精炼炉设备的设计创新

济钢210t RH精炼炉设备系统以立足国内为主,引进国外少量关键设备和配套件,使这套真空脱气设备达到并具备国际先进的高效能精炼技术水平,其基本的真空脱气精炼能力为:

-最低碳含量:   [C]15ppm

-最低氢含量:   [H]1.5ppm

-最大加热速度: ≥4/min

RH设备的技术功能特征主要表现为:

3.2.1  采用带有辅泵、低能耗五级蒸汽真空泵系统。真空泵系统是RH精炼设备中的核心设备,其抽气量主要根据生产厂要求RH钢水环流速度确定,从而设计合理、正确的真空泵系统。

根据济钢210t RH精炼生产大纲、铸机浇铸周期和转炉出钢量, RH钢水环流速计算如下:

环流速度: W114×Go ×D lnPo/P

式中: W:环流速度        t/min

       Go:环流气体流量    Nm3/min

       D:浸渍管内径       m

      PoP分别为大气压及真空槽内残余压力

设计值为:D=720mmGo=1.8Nm3/min,当真空槽内残余压力为67Pa时,环流速度W=174t/ min,占钢包内钢水量(225t)的77.3%。由于产品为热轧钢种,没有超低碳钢,RH冶炼不需要深脱碳处理,经过数模试验,每分钟的环流量占平均处理量的77.3%是比较合适的。

3.2.2 三槽五工位布局设计。济钢210t RH精炼炉设计为三槽五工位布局,三槽可以横移,下动式(液压顶升)双处理工位。系统设有AB两个处理工位,处理工位之间和两边分别增加预热枪烘烤位。新砌筑的真空槽直接吊至烘烤位用预热枪烘烤,需要更换时依次移动槽车,将需要下线真空槽移出,烘烤好的真空槽移至处理位,整个移槽时间约30min。三槽五工位布局设计合理,操作方便,能完全保证双处理工位组织生产。


    

1三槽五工位布局设计

3.2.3  自动测温取样定氧装置。测温枪(定氧枪)、取样枪、破渣枪是处理过程中对钢液的温度测量、取样分析和测量氧的专用装置,该装置通过PLC控制,自动操作。该装置能实现测温、定氧操作的自定控制,测量数据准确,成功率达到98.6%,大大减轻职工劳动强度;同时,所测量数据通过PLC传至L2系统,为实现RH一键式炼钢提供条件。

2自动测温取样定氧装置

2 测温取样定氧设备参数

名称

参数

备注

探头枪行程

2.8 m

 

探头枪速度

30 m/min

 

   

链条和电机驱动装置

 

探头枪定位精度

± 50 mm

 

倾动驱动

电液推杆

 

   

20°

可以调整,约±5°

3.2.4 采用先进的自动化控制系统及冶金模型

3.2.4.1 先进的自动化控制系统

先进的自动化控制技术有利于获得高效、稳定的生产工艺。济钢210t RH真空设备的控制系统包括基础自动化、过程自动化和管理自动化三级。基础自动化利用PLC完成对RH本体及合金加料系统操作、监控和数据采集,并按工艺设备流程实现一体化控制;过程自动化负责各工序过程的监控与优化,包括各种冶金模型和数据处理等;管理自动化通常称之为三级控制系统,包括前后工序的数据通讯和协调处理、统计报表等。

3 数据结构流程示意图

3.2.4.2  冶金模型

RH模型结构是一体化的模型,即模型包括模型算法本身、模型画面、模型历史记录、报警等一系列内容。模型与外部提供标准的数据库或文件系统接口。RH的数学模型由5个模型和若干工具软件组成,其中模型5个,软件工具3个。5个子模型如下:

1)静态推定碳模型

包括自然脱碳进程中的钢水含碳量推定计算和在强制脱碳进程当中的钢水含碳量推定计算。该模块可根据起钢水中初始碳和氧浓度,依据钢水温度、真空度和吹氧条件下,钢水中的碳和氧浓度的平衡关系,推算出当前的钢水碳含量。

2)动态推定碳模型

该模型由动态推定碳模型和参数自校正模型组成。根据初始钢水的碳浓度,利用实时采集的废气分析成份(COCO2O2、废气流量及压力,该模型即可适用质谱仪系统也可适用于红外废气分析仪系统)等数据,计算出从钢水中脱去的碳量,实时推定出当前的钢水含碳量。

3)合金计算模型

根据当前钢水成份及目标钢水成份,计算出在各种限制条件下符合钢种元素要求又是最低成本的各类合金添加量。本模型的核心是线性规划算法和智能性推理算法,模型还考虑了添加的合金重量对于原钢水重量的影响。模型对收得率的处理和计算属于技术诀窍。

4)成分预报模型

根据原始钢水成份、添加的合金量等因素,推定出当前的钢水成份。用于操作工自行决定合金投入量时的验算和指导。

5)温度预报模型

最近研制的RH智能性实时模型,根据原始钢水的温度、氧浓度、吹氧量,铝添加量及各种合金的添加量,推算出当前的钢水温度。

4 结束语

目前,国内通过对引进设备和工艺的消化与生产实践,积累了大量经验,已具备RH成套设备的设计和制造能力,其生产工艺技术也趋于稳定,国产RH在国内有很广阔的发展前景。

参考文献:

[1] 张鉴.RH循环真空除气法的新技术(J.炼钢,1996,(2:31-35.

[2] 马竹梧.炼铁生产自动化技术[M].北京:冶金工业出版社,2005.


 

作者信息:

张海民 生于1980.9.202004年毕业于重庆大学冶金专业,工程师,手机13953194510,办公电话0531-88847345