副槍系統(tǒng)介紹

副

槍

在

轉(zhuǎn)

爐

煉

鋼

中

的

應

用副槍的起源和發(fā)展副槍硬件技術(shù)訣竅源于日本新日鐵公司，其首次在1980年應用于荷蘭康利斯公司2號轉(zhuǎn)爐車間的2、3號轉(zhuǎn)爐上。迄今為止，達涅利·康利斯公司包括其分公司(英國或荷蘭)，總共設計制造了42套副槍系統(tǒng)正服務于世界各地客戶的工廠內(nèi)，其中包括法國的Sollac、美國的InlandSteel、西班牙Ensidesa、巴西的Acominas、中國武漢武鋼、中國本溪本鋼、中國梅山梅鋼和中國濟南濟鋼等。公司在42套副槍項目的執(zhí)行過程中不斷的進行開發(fā)，同時結(jié)合了DIRC系統(tǒng)使此項技術(shù)不斷提高，并最終成為達涅利·康利斯公司(Danieli

Corus)的專有技術(shù)?？道构鹃_發(fā)了SDM模型。副槍的功能副槍設備是轉(zhuǎn)爐在垂直狀態(tài)不間斷吹煉的情況下對鋼水進行測溫取樣的有效工具?，F(xiàn)代煉鋼技術(shù)依靠副槍的測量來調(diào)節(jié)吹氧量和轉(zhuǎn)爐原料的添加量。副槍系統(tǒng)具備以下主要功能：

·在測量前自動選擇探頭并連接到副槍探頭的夾持器上；

·用TSO探頭可測量冶煉終點溫度、氧活度(僅在吹煉終點時測量)、取樣，同時可測量吹煉后的熔池液位；

·用TSC探頭可測量冶煉過程溫度、定碳、取樣；

·將傳感器信號傳給信號處理器，再經(jīng)PLC傳給過程計算機，實現(xiàn)自動控制；

·在轉(zhuǎn)爐控制室的工作站上可直接顯示結(jié)果和質(zhì)量代碼；

·從副槍上可自動取下探頭；使用副槍的優(yōu)點：減少出鋼時間 （減少8分鐘／爐） 降低鐵耗 （降低10公斤／噸鋼） 增加廢鋼消耗 （增加10公斤／噸鋼） 減少氧氣消耗 （減少1.0立方米／噸鋼，動靜態(tài)模型下）節(jié)省能源 （相當于20℃） 減少耐材損耗 （減少20％） 改善工作環(huán)境 副槍工作的描述轉(zhuǎn)爐上有一煙罩系統(tǒng)。在接近吹煉終點碳含量約為3000ppm時，副槍將穿過活動煙罩進入轉(zhuǎn)爐進行過程檢測，測量結(jié)果經(jīng)處理后傳到過程計算機中來計算吹氧量及冷卻劑的添加量并具體實施，以滿足鋼水終點碳含量和溫度的要求。同時試樣被回收并分析以判斷終點的鋼水成份。在修正后的吹煉結(jié)束時，副槍可再次進入轉(zhuǎn)爐取樣并獲得其它信號以確定終點碳含量，溫度和氧含量。如果需要補吹，也可進行三、四次甚至更多次的測量。在回收試樣時，副槍設備可自行取下探頭放入直通操作平臺的探頭收集槽。試樣被從探頭上自動分離出來并送到化驗室進行分析。上述操構(gòu)成一爐冶煉的周期。當探頭自動安裝裝置裝上一個新探頭時，系統(tǒng)開始準備下一爐冶煉周期。對吹煉過程或吹煉終點的測量在半自動或計算機控制模式下都可實現(xiàn)。副槍基本結(jié)構(gòu)（一）卷揚平臺副槍槍體密封帽，副槍入口（測量位）探頭自動安裝裝置（連接／維護位）探頭收集槽主氧槍浸入熔池中的副槍旋轉(zhuǎn)框架和旋轉(zhuǎn)設備

氣動刮渣器副槍的基本結(jié)構(gòu)（二）信號電纜槍體冷卻水導管副槍提升驅(qū)動系統(tǒng)副槍槍體探頭存儲箱副槍導向輥主氧槍孔副槍升降速度表副

槍

的

基

本

結(jié)

構(gòu)

（三）

│

探頭

自動

安裝

裝置探頭拆卸裝置探頭存儲箱氣動馬達驅(qū)動的鏈式輸送機探頭翻轉(zhuǎn)臂探頭喂裝部分探頭安裝平臺支撐框架副槍的自動控制過程－探頭連接過程a）探頭連接過程探頭連接過程開始后，將按如下步驟自動進行：

·從選定的探頭存儲室中取出探頭

·將探頭送至探頭翻轉(zhuǎn)臂

·用探頭夾夾取探頭

·探頭翻轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到垂直位置

·關(guān)閉導向漏斗

·低速降槍直至探測到探頭連接

·打開導向漏斗和探頭夾

·探頭翻轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到水平位置

·按設定高度提升副槍，直到有足夠空間移到測量位置為止b）測量過程測量過程開始時，將按如下步驟自動進行：

·移至測量位置

·高速氮氣吹掃副槍入口

·打開密封帽

·等待來自過程計算機的連鎖信號確定吹氧速度和底吹速度都以降低（僅對于吹煉中測量）

·按照速度圖表中的速度降槍

·將副槍停在設定點上<浸入深度約為70cm)·進行測量

·開始復位過程副槍的自動控制過程－測量過程復位過程測量完成后，復位過程自動激活，開始如下步驟：

·按照速度圖表中的速度提槍

·發(fā)出信號給過程計算機，確定吹氧速度和底吹速度可提高到正常速度（僅對于吹煉中測量）

·在副槍預設定高度關(guān)閉并打開刮渣器

·關(guān)閉密封帽并停止氮氣高速吹掃

·移至探頭連接位置

·降槍直至抬頭拆卸位

·關(guān)閉探頭拆卸裝置

·提槍至預設定高度，即副槍探頭夾持器頭正好與導向漏斗對中（開始位置）

·打開探頭拆卸裝置將探頭送至探頭收集槽

復位過程開始后，不管在什么位置或在什么步驟中，所有副槍設備將回到初始位置。這就意味著副槍將移至探頭拆卸位置，卸下探頭，此項探頭拆卸功能不管探頭是否連接到副槍上都將執(zhí)行。副槍將被提升并等在探頭連接過程的起始位置，等待下一周期的開始。副槍的自動控制過程－復位過程機械設備電氣設備旋轉(zhuǎn)框架和旋轉(zhuǎn)設備配電柜副槍提升驅(qū)動系統(tǒng)帶3套VVVF變頻裝置的驅(qū)動柜副槍小車導軌和加強梁PLC控制柜副槍小車220伏UPS電池控制柜副槍導向裝置380伏緊急電源副槍槍體，旋轉(zhuǎn)型式人機接口系統(tǒng)探頭自動安裝裝置PLC編程設備（筆記本電腦）探頭拆卸裝置PLC編程設備（工業(yè)用機）探頭收集槽（L1級UPS）見2．2．4刮渣器APC加熱器副槍入口密封帽設在現(xiàn)場的操作箱：副槍入口B操作控制箱：APC定位板C操作控制箱：旋轉(zhuǎn)平臺平衡器D操作控制箱：冷卻水閥站探頭中間存儲箱設備接線盒上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸現(xiàn)場接線盒支撐構(gòu)件卷揚平臺和APC電纜提升吊具探頭存儲箱加熱系統(tǒng)儲存架普通內(nèi)部電纜維護平臺和梯子特別電纜風動送樣系統(tǒng)操作臺上的事故控制裝置其它注：旋轉(zhuǎn)副槍槍身專用的手動工具將會提供。副

槍

的

主

要

機

械

電

氣

設

備

及

描

述副槍與其他系統(tǒng)的聯(lián)鎖輸入到副槍系統(tǒng)：

·轉(zhuǎn)爐垂直（精度±1度），允許降副槍

·煙罩在轉(zhuǎn)爐上方正確位置

·檢修車在正確位置

·主氧槍平臺/在吹煉集結(jié)/停止位置

·吹氧流量設定值（Nm3/hr）

·吹氧流量實際值（Nm3/hr）

·吹氧流量減少到標定值的70%·底攪弱攪方式

·吹氧量設定值（Nm3）

·吹氧量實際值（Nm3）副槍系統(tǒng)的輸出信號：

·允許移動煙罩（副槍不在測量位置）

·允許移動維修車、

·允許以最大吹氧量吹氧

·允許轉(zhuǎn)爐傾動（副槍在轉(zhuǎn)爐之上）

·底攪以低強度攪拌（副槍測量期間）副槍的DIRC-5系統(tǒng)與SDM控制模型最新一代的DIRC-5微處理器系專為副槍系統(tǒng)的應用而研制。與以往的系統(tǒng)相比更快、更準確，并且結(jié)果有更強的再現(xiàn)性。速度：在副槍進入熔池約4秒鐘后，熔池溫度等結(jié)果將顯示在轉(zhuǎn)爐控制操作臺上。精度：顯示結(jié)果同時給出一個“質(zhì)量編碼”告訴操作工其測量精度，例如：1，1525就表示凝固溫度為1525℃，前面的1為質(zhì)量代碼，表示精確到1.25℃，這樣便于精確的測量碳含量。再現(xiàn)性：測量結(jié)果的再現(xiàn)性高度表現(xiàn)在使用了改進后的測量與結(jié)果分析技術(shù)，并結(jié)合了最新設計的探頭和良好的操作實踐經(jīng)驗。SDM控制模型SDM即靜態(tài)和動態(tài)過程控制模型，它可進行原材料配比（包含熔劑）和吹氧量的計算，以及逸出轉(zhuǎn)爐的碳和氧的計算。使用SDM的目的是為了提高終點溫度和碳含量控制的效率和精度。使用SDM有以下優(yōu)點：

·提高了工藝效率

·終點溫度控制精度高

·終點碳含量控制精度高

·減少補吹次數(shù)

·降低渣中的Fe含量

·提高了轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯的壽命

·優(yōu)化廢鋼冶煉效率SDM模型建立在熱力學和冶金學原理的基礎上，不依賴有無如下裝備運行：

·副槍

·底吹攪拌系統(tǒng)

·廢氣分析系統(tǒng)SDM模型支持所有方式的吹煉控制操作：

·一吹到底冶煉操作

·中途停吹操作

-

使用副槍

-

人工取樣

·短暫停吹操作，使用副槍

·過程吹煉，使用副槍

·雙渣法操作

SDM模型支持所有方式的出鋼操作：

·傳統(tǒng)的出鋼方式：依據(jù)吹煉終點的溫度測量和取樣分析的結(jié)果來出鋼。

·快速出鋼：依據(jù)吹煉終點的溫度測量和定碳的結(jié)果以及吹煉中取樣分析的結(jié)果來出鋼。

·直接出鋼：依據(jù)吹煉中的溫度測量和定碳以及取樣分析的結(jié)果來出鋼，而后吹的影響一并考慮。SDM集成到一組計算模塊中，可完成以下功能：

·工藝目標計算

·脫硫計算

·加料計算(包括熔劑)·吹煉計算

·動態(tài)控制計算

·廢氣分析計算

·二次吹煉計算

·吹煉終點確認

·鋼包合金化計算

·爐次冶煉終點計算

·模型反饋計算

·爐次冶煉終點Mn、P、S成份預報靜態(tài)模型包括建立熱平衡、氧平衡、鐵平衡和渣平衡。

為了建立熱平衡，需計算以下參數(shù)：

·反應熱量

·鐵水熱量(顯熱)·轉(zhuǎn)爐等待過程中的熱量損失

·用于加熱和熔化添加劑的熱量

·用于加熱和熔化廢鋼的熱量

·鋼包中的熱量損失，依據(jù)鋼包的記錄

對于氧平衡：

·吹煉氧氣

·來自添加劑的氧

·用于反應的氧

·在鋼水中的溶解氧

對于Fe平衡

·來自含F(xiàn)e原料帶入的Fe，如鐵水、廢鋼、鐵礦石、球團等等

·煙塵中的Fe損失

·渣中帶走的Fe·出鋼過程中Fe損失

·鐵合金帶入的Fe

對于渣平衡：

·來自添加劑、鐵水渣、前一爐的留渣及耐材內(nèi)襯中的氧化物

·反應生成的氧化物SDM模型還包括：一系列的冶金反應，用于預測Mn、P和S的成份，渣中的全鐵含量和渣堿度的計算，以及等待過程中的溫度損失、氧槍高度的計算，還可以預測爐內(nèi)產(chǎn)生的廢氣中CO2的平均百分比。對于脫磷、錳的回收和脫硫等工藝過程的監(jiān)測，模型會計算出每一爐的P、Mn、S和Fe的標準值。這些值是將實際爐次與所謂的標準爐次進行比較而計算出的。當實際爐次的大量參數(shù)與標準爐次相等時，則可以計算出其相應的Mn、P、S和Fe的含量。當它們的Mn、P、S和Fe這些參數(shù)存在差異時，其影響將被計算進去然后會得出上面所提到的標準值。由于這些值可以在不同的爐次間進行比較，這個標準值已成為了監(jiān)測工藝操作的一個強有力的工具。其它冶金關(guān)系用于預測脫碳率和含氧化鐵的冷卻劑的還原率與鋼水中碳含量的關(guān)系。另外還可計算出改變吹煉速度和（或）氧槍高度所產(chǎn)生的影響以及操作過程中兩者的響應時間。冶金關(guān)系還可與鋼包合金化模型結(jié)合計算出在出鋼過程中Mn和C的損失，脫氧劑(Al和／或C)用量，以及類似鋁、硅、碳和各種其它合金料與渣該質(zhì)劑的加入所帶來的溫度影響。為了反饋計算，在進行鋼包分析時，合金料的合金收得率被計算并儲存起來。此模型還包括鋼包熱損失計算的冶金關(guān)系，它是根據(jù)鋼包內(nèi)襯的類型、鋼包記錄、鋼包的烘烤和加蓋情況來計算的。SDM應用于工藝過程的模型計算

吹煉前

a）工藝目標計算：此項計算的目的是計算出鋼操作之前，吹煉結(jié)束時轉(zhuǎn)爐的目標溫度和碳含量。輸入：

·出鋼后鋼水目標溫度

·出鋼后鋼水目標成份

·出鋼后鋼水目標重量

·鋼包信息(爐次記載)·特殊出鋼要求輸出：

·出鋼前目標溫度

·出鋼前目標碳含量

·出鋼前目標鋼水重量

·合金添加劑的情況

b）脫硫計算：僅在鐵水要脫硫時才進行計算。鐵包中目標硫含量可直接輸入，也可以根據(jù)吹煉終點鋼水硫含量的目標值計算得出。輸入：

·鐵水重量

·所供鐵水中的硫含量

·鐵水目標硫含量，或：吹煉末期鋼水的目標硫含量輸出：

·脫硫劑用量

吹煉前

c）加料計算：實際的加料計算步驟與鋼廠中的操作步驟保持一致加廢鋼的指令可下達到廢鋼區(qū)，或在程序調(diào)整后調(diào)用預裝好的廢鋼槽中的廢鋼。加廢鋼的結(jié)果可用于調(diào)整鐵水裝入量，反之亦然。輸入：

·鐵水的成份和溫度

·預分類廢鋼的重量(如果強制使用)·終點目標溫度和碳含量

·目標鋼水重量

·吹煉操作參數(shù)輸出：

·廢鋼的裝入量

·鐵水的裝入量

·轉(zhuǎn)爐加料的情況

·出鋼前目標鋼水成份

d）吹煉計算：根據(jù)轉(zhuǎn)爐實際加料的數(shù)據(jù)，計算出一次吹煉期的耗氧量。這是根據(jù)選定的吹煉操作模式算出的。另外，也將計算出備用的吹煉模式的耗氧量，以備事故狀態(tài)下進行切換。輸入：

·所入爐鐵水的實際重量

·所入爐廢鋼的實際重量輸出：

·耗氧量

·轉(zhuǎn)爐添加劑的重量

·終點時鋼水目標重量

·出鋼前鋼水目標成份

·出鋼前渣的目標成份

·副槍浸入深度

·氧槍高度吹煉過程，各種SDM計算如下：

a）動態(tài)控制計算：如果吹煉中的測量使用了副槍，則在中途測量點時調(diào)用動態(tài)模型。輸入：

·由副槍測量系統(tǒng)確定熔池溫度和碳含量輸出：

·副槍測量點之后的吹氧量

·加入冷卻劑的重量

·氧槍高度

b）二次吹煉計算：如遇中途停吹，將執(zhí)行二次吹煉計算。在中途停吹期間進行測溫、定碳并取樣。另外也可以選擇等待取樣分析結(jié)果。輸入：

·在中途停吹測量中確定熔池溫度和碳含量

·可選項：取樣分析結(jié)果輸出：

·中斷后吹氧量；

·加入冷卻劑的重量；

·氧槍高度吹煉后，將進行以下計算：

a）吹煉結(jié)束確認：根據(jù)所得到的結(jié)果確認是否達到了目標。如果需要的話還會給出補吹建議。為確認結(jié)果的有效性將采取以下操作：

·“傳統(tǒng)”操作：吹煉結(jié)束的確認是根據(jù)：

·吹煉結(jié)束時實際溫度和碳含量

·吹煉結(jié)束時取樣分析結(jié)果

·“快速出鋼”操作：吹煉結(jié)束的確認是根據(jù)：

-吹煉結(jié)束時實際溫度和碳含量

-前一個測量點的取樣分析結(jié)果(結(jié)合二次吹煉結(jié)果)·“直接出鋼”操作吹煉結(jié)束的確認是根據(jù)：

-僅用前一個測量點取樣分析結(jié)果(結(jié)合二次吹煉結(jié)果)

輸入：

·見上述描述輸出：

·補吹建議(如果需要)·如采用“快速出鋼”或“直接出鋼”，則計算當前鋼水成份

b）鋼包合金化計算：

SDM模型也可支持出鋼過程中鋼包合金化工藝，在形成鋼包合金化模型時，還會將合金化對溫度的影響也考慮進去。

根據(jù)如下出鋼操作(即：傳統(tǒng)或快速出鋼／直接出鋼)，將使用實際或是計算出的鋼水溫度和成份來計算。輸入：

·實際或是計算出的鋼水成份

·實際或是計算出的鋼水溫度

·鋼水目標成份輸出：

·加入鋼包的合金重量

·需補充的冷卻劑重量冶煉終點計算出鋼后進行爐次冶煉終點計算。其目的是評估冶煉爐次并計算冶煉終點數(shù)據(jù)做報表。輸入：

·出鋼前鋼水成份

·出鋼后鋼水成份輸出：

·出鋼后計算出的鋼水重量

·每種元素的合金收得率模型反饋計算除大部分是上述計算外，還要進行所謂的“由結(jié)果追溯到原因”的計算(關(guān)閉項)。其目的是校正各種工藝參數(shù)以用于下一爐。這一特性體現(xiàn)了SDM具有的自學習功能。此反饋計算將用于對靜-動態(tài)模型的一些所謂“關(guān)閉項”的數(shù)值進行修正。根據(jù)冶煉爐次的目標和實際結(jié)果，每個爐次都會產(chǎn)生修正系數(shù)。修正后的值在下一爐由一反饋過濾進程進行處理。輸入：

·每個工藝步驟的實際結(jié)果輸出：

·修正后的模型參數(shù)，如：

·氧平衡和熱平衡的關(guān)閉項

·精煉參數(shù)系統(tǒng)環(huán)境

冶煉計劃

實際操作數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)爐畫面鐵水和廢鋼稱重及跟蹤

轉(zhuǎn)爐過程信息交換

與其他二級系統(tǒng)的通訊

冶煉爐次記錄報表

人機通信

二、副槍探頭-總述為提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的效率，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐過程的動態(tài)控制，副槍的運用很廣泛，特別是在100噸以上的大轉(zhuǎn)爐上。通過副槍探頭，可以不倒爐連續(xù)或單獨地測定溫度、碳、氧、液面并取樣，很大程鋼鐵提高轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，梅山鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐采用副槍系統(tǒng)后單爐節(jié)約2分鐘，通過建立模型，可實現(xiàn)全自動煉鋼。副槍探頭分類：T：單測溫探頭，可在后吹后只需測溫時使用，相比其他兩種副槍探頭，可節(jié)約成本。TSC：用于測定冶煉過程溫度、定碳、取樣。采用高精度的定碳盒，通過測定鋼水的凝固溫度，計算出鋼水中的碳含量，以決定后吹的時間及供氧量。同時取出一個雙厚度樣，可做光譜和氣體分析?？捎迷跍囟群吞嫉膭討B(tài)控制。TSO：用于測定冶煉終點溫度、氧活度、取樣。采用氧電池精確測定終點鋼水的氧活度，根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水的碳氧平衡計算鋼水中的碳含量，以決定出鋼時的配碳及脫氧劑和合金的加入量，并可測定溶池的液面高度。同時取出一個雙厚度樣，可做光譜和氣體分析。特點：高精度，定碳精度達到±0.02%,完全可以依靠副槍的數(shù)據(jù)，進行全自動冶煉。副槍探頭的類型及外型尺寸1、探頭類型TSC型——測溫、取樣、定碳TSO型——測溫、取樣、定氧T型———測溫2、探頭的外形尺寸探頭外徑：80mm探頭內(nèi)徑：54.7mm探頭全長：2000mm接插件：1203mm1、副槍探頭的測量范圍、精度項目范圍精度溫度400--1800℃熱電偶精度0--4℃(在1554℃鈀熔點溫度時)碳含量0.04—1.0%液相線測量熱電偶精度±0.5%℃(在1554℃鈀熔點溫度時)氧含量25—1500ppm氧電勢精度2mv試樣S32×60×12／4mm雙厚度鋼水樣，可同時用作光譜和氣體分析2、探頭的適用條件及結(jié)構(gòu)圖1、TSC型探頭吹煉過程用測定冶煉過程熔池的T和C含量和取樣；為調(diào)整終點控制，提供依據(jù)入口入口測熔池溫度的熱電偶保護帽預裝鋼水的管腔脫氧劑用于測鋼水凝固溫度的管腔脫氧劑為光譜分析和燃燒分