转炉副枪技术附件(最终版)

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

湖南华菱钢铁集团有限公司

转炉副枪及动静态模型

第 2004XG/DC-01 合同

技 术 附 件

荷兰·艾默伊登

达涅利康利斯欧洲公司 文件编号： X0051-TP 修订本：C

日期：2003年12月

第1页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

目 录

1． 工艺描述······································ 4

1．1 介 绍·············································· 1．2 转炉车间所生产的钢种(待定) ························ 1．3 基本设计··········································· 1．4 副枪工艺描述······································· 1．5 二级工艺控制系统···································

4 5 6 11 17

2． 设备的技术要求································ 26

2．1 副枪机械设备······································· 2．2 副枪电气、仪表和计算机设备（EIC）··················· 2．3 副枪仪表设备······································· 2．4 副枪管道及公辅设施································· 2．5 二级系统硬件和软件································· 2．6 介质消耗和交接点···································

26 32 37 39 41 45

3． 买卖双方供货范围和分工························ 48

48 50 51 51 52 58

3．1 设计范围··········································· 3．2 软件供货条件······································· 3．3 技术手册··········································· 3．4 格式和数量········································· 3．5 副枪买卖双方供货范围······························· 3．6 除外责任···········································

4． 买卖双方资料交付时间表························ 59

4．1 副枪的基本资料和基本设计资料交付···················· 59 4．2 参考文件···········································

61

5． 买卖双方人员派遣计划·························· 62

5．1 卖方人员派遣的服务范围和条件··························62 5．2 买方（培训）人员的派遣计划·························

65

第2页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

5．3 设计审查和设计联络································· 5．4 PLC联合编程 ······································ 5．5 出厂检验···········································

66 67 67

6． 7．

专利和技术诀窍································ 68 性能保证值和性能测试·························· 69

7．1 7．2 SDM7．3 7．4 7．5 8． 9．

9．1 9．2 9．3 9．4 9．5 10． 11． 11．1 12． 13．

副枪的性能保证值··································· 69 的性能保证值··································· 70

测试副枪性能保证值的条件··························· 71 测试SDM性能保证值的条件··························· 72 测试方法···········································

74

设备布置和总的平面图··························76 设备制造和装船前的测试标准····················86

概 述·············································· 86 设备制造监督和验收································· 86 出厂检验··········································· 87 开箱检验··········································· 90 预先的检验程序·····································

90

联合制造······································ 91 备件和消耗件清单······························92

副枪系统的备件·····································

92

分项报价和支付条款····························98 总时间进度表··································99

第3页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1． 工艺描述

1．1 介绍

荷兰艾默伊登(IJmuiden)达涅利康利斯公司(Danieli Corus)应中国湖南华

菱钢铁集团有限公司要求提供以下项目的设计、制造、供货及相关技术援助的投 标书，包括：两套(2)副枪系统，每座转炉一套；一套(1)静态动态转炉控制系统，两座转炉共用。

达涅利康利斯欧洲公司在投入使用的转炉炼钢厂副枪系统的项目中积累了极其丰富的知识和经验，并得到了广泛的认可。卖方所提供的副枪系统在过去呈现出不断增长的趋势，并且越来越多的显示出其维护量小、易于保养且操作简便的特点。

本文本的技术部分详细描述了安装和服务；商务条件包含在商务部分中，进一步的文件及项目的初步资料将附于本书的附件中。

第4页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．2 转炉车间生产的钢种

1．2．1 圆坯代表性钢种（略）

1．2．2 方坯代表性钢种（略）

1．2．3 板坯代表性钢种 序钢 种 代表性钢种 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 碳素结构钢 优质碳素结构钢 低合金高强度结构钢 造船钢板 管线钢 锅炉钢板 压力容器钢板 桥梁及耐候钢板 机械用钢板 汽车大梁钢板 抗层状撕裂钢板 Q195, Q235 08, 20, 45 Q295, Q345, Q390, Q420 A, B, D, E, A32, A36, D32, D36, E32, E36 X42~X80 SB410, 16Mng SPV355, 16 MnR Q235g, Q345g, Q370g, SM570 A681, StE460 16MnL, 09E460 Z15, Z25, Z35 技术标准 GB3274-1986 GB711-1988 GB3274-1986 GB712-2000 API5L GB713-1997 GB6654-1996 GB714-2000 ASTM, DIN17102 GB3273-1989 GB5313-1985 年产量 (吨/年) 230,772 153,846 153,847 246,154 215,384 123,077 123,077 107,690 123,077 61,538 0 1,538,462 总计钢板产量 1．2．4 买方功能需求

卖方所提供的副枪系统应满足如下功能： 测量钢水温度

测量钢水中的碳含量 测量钢水中的氧含量 测量熔池液位高度 取样分析

卖方所提供的静动态模型应满足如下功能： 满足买方在询价书中规定的需求

达到典型钢种出钢前的碳—温目标值

第5页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．3 基本设计资料

副枪系统的基本设计资料如下，但需在订购生效前予以确定：

1．3．1 转炉炼钢厂设计条件

转炉车间：

每日出钢量： 9000吨 年工作日： 300天

一期年出钢量： 922,000吨 二期年出钢量： 1,559,000吨 两期合计年出钢量： 2,481,000吨 铁水预处理： 预处理设备型式： 脱硫站 预处理设备数量： 2套 铁水包容量（最大）： 135吨 铁水包容量（平均）： 125吨

每座铁水处理站年处理能力： 1,250,000吨 处理周期： 38分钟

二次精炼：

120吨钢包炉： 2座 真空脱气装置： 1座

转 炉： 工 艺：

类 型： 顶底复吹 额定容量： 120吨 数 量： 二(2)座 运行方式： 二吹二 平均出钢量： 125吨/炉 最大出钢量： 135吨/炉 出钢→出钢周期： 平均38分钟 每日平均冶炼炉数： 72炉

顶 吹：

3

顶吹供氧强度： 3.7～4.0Nm／min·ton 顶吹供氧压力： 1.0～1.2Mpa

炉内直径：

新衬炉口直径： 3000mm 炉内有效高度（新）： 8.365米 炉内有效高度（旧）： 8.568米 转炉熔池直径（新）： 5.110米 转炉熔池直径（旧）： 6.210米

第6页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

转炉熔池深度（新）： 1.405米 转炉熔池深度（旧）： 1.153米 转炉炉口标高： +15.590米 熔池液位最高点标高（新衬）：+8.630米 熔池液位最低点标高（旧衬）：+8.178米

炉衬维修方式： 采用上修方式

1．3．2 气象条件

年平均温度 历年最高平均温度 历年最低高平均温度 最热月份平均温度 最冷月份平均温度 年平均相对湿度 年平均风速 最高平均风速 年主要风向 夏季主要风向 冬季主要风向 年平均降雨量 地震强度

1．3．3 供电条件 主电网电压 控制电路电压 交流电源波动范围 1．3．4 冷却水水质 序号 项目 1 PH 2 硬度( CaCO3) 3 悬浮物 4 悬浮物最大尺寸 5 硫酸盐 6 氯化物 7 硅酸盐 8 总碱度（盐） 9 总含铁量 10 油脂 17～18℃ 40.4℃ -8.5℃ 40℃ -8.5℃ 81% 2.9m/s 17.2～20.7m/s 西北 南 北 1315.4mm 6级 3相，4线，380/220V AC，50Hz AC220V， DC220V，DC24V Volt：±10%，频率±1Hz 单位 Mg/L Mg/L Mg/L mm Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L 第7页，共100页

值 7～9 ≤200 ≤20 0.2 ≤200 ≤150 ≤40 ≤700 0.5～3 ≤5 湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．3．5 气体介质 气体 纯度 氧气 ＞99.6% 氮气 ＞99.99% 氩气 ＞99.99% 低压氮气 ＞99.99% 压缩空气 脱油，脱水

1．3．6 关键尺寸 最低熔池液位标高（旧衬） 副枪入口处标高 副枪设备顶部不得高于标高 转炉炉口无粘渣直径 转炉炉口粘渣时直径不小于 探头长度 探头形状

1．3．7 入炉原材料

1．3．7．1 铁水

预处理前的铁水 C Si Mn P S 温度 温度 室温 室温 室温 室温 室温 压力值 ≥1.5Mpa ≥1.5Mpa ≥1.5Mpa 0.4～0.7Mpa 0.4～0.6Mpa +8.178米 +26.15米 +55.24米 3000mm 2600mm 2000mm 无肩圆柱形 3.8～4.5% 0.3～0.6% 0.3～0.5% ≤0.12% 0.02～0.05% ＞1280℃ 脱硫后的铁水硫含量和温度 S≤0.005 0.005＜S≤0.01 温度 占处理后整罐的40% 占处理后整罐的60% ≥1250℃

第8页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．3．7．2 废钢 尺寸 单重

长度 ≤1400mm ≤1.0吨 涂料 ≤0.005 % 土和沙 ≤0.5 % 宽度 ≤500mm 厚度 ≤300mm 油脂 ≤0.002 % 木 ≤1 % 水份 ＜3 % S ≤0.08 % P ≤0.08 % 必须分类集中堆放（分割并打包），不得混有易爆物、密闭容器、非金属材料及有毒物质。

1．3．7．3 硅铁（FeSi 75） Si Al Ca Mn Cr P S C 尺寸 72～80% ≤0.5% 1. 0% ≤0.5% ≤0.5% ≤0.04% ≤0.02% ≤2% 10～50mm 1．3．7．4 高碳锰铁 Mn Si C P S 尺寸 ＞60.0% ＜3.0% ≤7. 0% ≤0.38% ≤0.03% 10～50mm 1．3．7．5 活性石灰 CaO SiO2 P S MgO 过烧率 水份 活性度 尺寸 灰分 烧损 ≥90% ≤2.5% ≤0.02% ≤0.10% ≤5% ≤10% 1.0% 250～320ml/4N-HCL 10～50mm ≤5% ≤5%

第9页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．3．7．6 轻烧白云石 MgO SiO2 苛性碱 湿度 尺寸 ≥30% ≤6% 13～18% ≤0.5% 10～50mm

1．3．7．7 萤石 CaF2 SiO2 S 灰分 尺寸 ≥80% ≤5.0% ≤0.2% ≤5% 5～50mm

第10页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．4 副枪工艺描述

卖方在副枪系统应用于转炉炼钢的实践上富有经验。迄今为止卖方已提供并安装了42套副枪系统，其中8套在新工厂，34套在现有老厂。并且在实施过程中对老厂的生产没有显著的影响。

卖方自1979年以来就与康利斯公司进行密切合作，并致力于副枪系统的改进和发展。

在康利斯－艾默伊登(前述霍高文)公司，下列效益已经实践证实：

出钢—出钢周期 减少8分钟／炉

铁耗 降低10公斤／吨钢 废钢消耗 降低10公斤／吨钢

氧气消耗 减少1.0立方米／吨钢（动静态模型下） 铝消耗量 减少24公斤／炉 锰铁消耗 减少60公斤／炉 节省能源 相当于20℃ 耐材损耗 减少20%

人机控制 改善了工作条件

其中一项主要的开发即DIRC微处理器，系专为此项应用而研制。其最新一代为DIRC-5，与以往的系统相比更快、更准确，并且结果有更强的再现性。

应用于副枪系统的DIRC-5的主要优势如下：

速度：

在副枪进入熔池约4秒钟后，熔池温度等结果将显示在转炉控制操作台上。

精度：

显示结果同时给出一个“质量编码”告诉操作工其测量精度，例如：1，1525就表示凝固温度为1525℃，前面的1为质量代码，表示精确到1.25℃，这样便于精确的测量碳含量。

再现性：

测量结果的再现性高度表现在使用了改进后的测量与结果分析技术，并结合了最新设计的探头和良好的操作实践经验。

第11页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

熔池液位测量：

熔池的液位是通过测量和分析钢水和渣中的氧含量差和温度差来确定的。它的测量所使用的探头即吹炼终点所用的TSO探头。因此每一炉的熔池液位都可测量而不需要另外的探头。对熔池液位精确可靠的测量可用于：

· 副枪在同一浸入深度的测量 · 耐材消耗的监测

· 对主氧枪的吹炼高度进行有效控制

正确控制吹炼高度可减少铁损和耐材消耗，总之会带来更好更经济的吹炼效果。

数据记录：

数据存储在外接PC机中，以便进行进一步分析。记录数据的典型样例可参见附页。

副枪系统通常设有一维护位置，以便副枪枪体可以降到操作平台上来更换探头夹或做一些简单维护。

此副枪系统还具有其它许多专属于卖方设计的特点，这是多年来在许多副枪的安装上取得经验的积累。

1．4．1 功能描述

副枪设备的设计坚固可靠，是转炉在垂直状态不间断吹炼的情况下对钢水进行测温取样的有效工具。

我们开发的特殊的副枪探头已经付诸实用。

副枪设备可从带烘烤的探头存放箱中自动选定探头，连接到副枪枪头，并移到转炉炉口上方。然后打开烟罩上方一专用入口，将探头降低插入熔池中。根据所用探头的类型，热电偶和氧电池产生信号。几秒种后，探头自动提升并离开炉口，在转炉平台上自动将探头取下送化验室分析。所发出的信号经处理后，作为重要数据提供给操作工。副枪可使用各种探头，如：TSC探头(用于测温、取样、定碳)；TSO探头(用于测温，取样，定氧)以及T探头(仅用于测温)。TSC探头用于吹炼中的测量，TSO探头用于吹炼终点的测量；而T型探头仅用于当操作工只需要温度参数的情况，如：当钢水不能直接出钢需泡炉一段时间时。

现代炼钢技术依靠副枪的测量来调节吹氧量和转炉原料的添加量。动态控制模型和精确的副枪数据使“快速出钢”的冶炼模式得以实现；而这种冶炼模式的成功与否完全取决于“吹炼过程检测”所取得数据的可靠度。采用“快速出钢”意味着转炉将会在吹炼终点测量结果出来之前出钢。

第12页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．4．2 副枪功能

设计中的副枪将按如下描述操作：

转炉上有一烟罩系统。在接近吹炼终点碳含量约为3000ppm时，副枪将穿过活动烟罩进入转炉进行过程检测，测量结果经处理后传到过程计算机中来计算吹氧量及冷却剂的添加量并具体实施，以满足钢水终点碳含量和温度的要求。同时试样被回收并分析以判断终点的钢水成份。

在修正后的吹炼结束时，副枪可再次进入转炉取样并获得其它信号以确定终点碳含量，温度和氧含量。

如果需要补吹，也可进行三、四次甚至更多次的测量。

在回收试样时，副枪设备可自行取下探头放入直通操作平台的探头收集槽。试样被从探头上自动分离出来并送到化验室进行分析。

上述操构成一炉冶炼的周期。当探头自动安装装置装上一个新探头时，系统开始准备下一炉冶炼周期。对吹炼过程或吹炼终点的测量在半自动或计算机控制模式下都可实现。

副枪系统具备以下主要功能：

· 在测量前自动选择探头并连接到副枪探头的夹持器上； · 降低探头进入转炉到指定高度；

· 从钢水中取样，并用多功能副枪探头测量钢水温度和钢水凝固温度； · 用TSO探头可同时测量吹炼后的熔池液位； · 测量活度氧含量(仅在吹炼终点时测量)；

· 将传感器信号传给信号处理器，再经PLC传给过程计算机； · 在转炉控制室的工作站上显示结果和质量代码； · 从副枪上取下探头；

· 通常尽可能低的将副枪降至操作平台(在机旁方式下及在维护／试车位)

以便更换探头夹或做其他简单的维护；

· 为了确保副枪、氧枪或修炉塔能安全的通过氧枪通廊，还设计了一个停

放位置。

第13页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．4．3 控制功能

在正常操作情况下，副枪由PLC来控制，PLC能确保各种设备能正确的联锁并安全的运行。

有以下三种操作模式可以确认： · 机旁控制 · 半自动控制

· 计算机控制

在非正常情况下，可直接通过操作台对副枪进行控制而不通过PLC。

· 事故控制

机旁控制

在机旁控制方式下，每种独立的功能和/或动作都能通过机旁操作箱来控制。由机旁操作箱来控制的功能应根据维护的需要和设备的可视范围加以选择。

半自动控制

在半自动控制下，操作工可通过操作控制室内的人机对话系统来启动如

1．4．3．1节中所述的自动控制过程。操作工只需选定探头类型，启动探头的连接和测量步骤即可。

这种方式下，计算出的当前炉次的熔池液位(用来确定测量高度的设定值)可由操作工来调节。其结果将同时提交给操作工和计算机。

让算机控制

在计算机控制下，由计算机启动自动控制过程。包括探头的选择和熔池液位的计算都由计算机来完成。其结果将同时提交给操作工和计算机。

事故控制方式

当副枪降入转炉中时，一旦发生电源或驱动系统失灵的情况，就必须有紧急电源或UPS电源。此时非常重要的是副枪能够提出转炉，否则转炉将无法倾动。在事故控制方式下，副枪将能够借助紧急电源或UPS系统提出转炉。无其它动作可以运行。

1．4．3．1 自动控制过程

如下所述的自动控制过程将编入PLC： · 探头连接过程 · 测量过程 · 复位过程

· 维护／测试过程

第14页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

a） 探头连接过程

探头连接过程开始后，将按如下步骤自动进行： · 从选定的探头存储室中取出探头 · 将探头送至探头翻转臂 · 用探头夹夹取探头

· 探头翻转臂转到垂直位置 · 关闭导向漏斗

· 低速降枪直至探测到探头连接 · 打开导向漏斗和探头夹 · 探头翻转臂转到水平位置

· 按设定高度提升副枪，直到有足够空间移到测量位置为止

b） 测量过程

测量过程开始时，将按如下步骤自动进行： · 移至测量位置

· 高速氮气吹扫副枪入口 · 打开密封帽

· 等待来自过程计算机的联锁信号确定吹氧流量和底吹流量都已降低（仅

对于吹炼中测量）

· 按照速度图表中的速度降枪

· 将副枪停在设定点上（浸入深度约为70cm） · 进行测量

· 开始复位过程

c） 复位过程

测量完成后，复位过程自动激活，开始如下步骤： · 按照速度图表中的速度提枪

· 发出信号给过程计算机，确定吹氧流量和底吹流量可提高到正常水平

（仅对于吹炼中测量）

· 在副枪预设定高度关闭并打开刮渣器 · 关闭密封帽并停止氮气高速吹扫 · 移至探头连接位置 · 降枪直至抬头拆卸位 · 关闭探头拆卸装置

· 提枪至预设定高度，即副枪探头夹持器头正好与导向漏斗对中（开始位

置）

· 打开探头拆卸装置将探头送至探头收集槽

复位过程开始后，不管在什么位置或在什么步骤中，所有副枪设备将回到初始位置。这就意味着副枪将移至探头拆卸位置，卸下探头，此项探头拆卸功能不管探头是否连接到副枪上都将执行。副枪将被提升并等在探头连接过程的起始位置，等待下一周期的开始。

第15页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

d） 维护／测试过程

维护／测试过程的主要目的是将副枪自动送至维护位置，并降枪进行探头夹持器或接触块的维护；之后副枪自动返回至新的连接或测量过程开始的位置。

1．4．3．2 副枪的定位

副枪使用两台脉冲发生器进行数字式垂直定位，一台安装在卷扬筒上进行实际测量，另一台安在提升马达的轴上，用来校验第一台脉冲发生器。两台脉冲发生器的脉冲信号均被送往各自独立的PLC计数模块中。

在测量前，通过计算出的熔池液位得出理想测量位置的设定值，由操作工工作站或过程计算机发送给PLC。

当副枪在最高位置时，PLC的计数模块中将设置一预设值。开始降枪时，脉冲从这个设定值开始计数。PLC控制副枪的速度曲线，以便最终位置的设定点能达到±1cm的精度。

1．4．4 周期时间

如前所述，自动化状况下，各独立过程的周期时间为：

从“开始连接”命令到下一个“开始连接”命令所需的总的周期时间：

探头连接过程： 32秒 测量过程： 37秒 复位过程： 46秒 总周期时间包括探头连接直到为下一个115秒 探头连接过程做好准备

从“开始测量”命令的下达到试样送至操作平台上所需总的周期时间。

测量过程： 37秒 复位过程—7秒升至最高并到达连接位置 39秒 从“开始测量”到探头送至操作平台所用76秒 时间

准确的时间将在详细设计时确定。

第16页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．5 二级工艺控制系统

为了良好高效的进行炼钢操作控制，还需要有二级工艺控制模型。在此项目中卖方的供货范围包括工艺模型。

1．5．1 概述

使用SDM的目的是为了提高终点温度和碳含量控制的效率和精度。在正常的工艺控制中使用SDM有以下优点： · 提高了工艺效率

· 终点温度控制精度高 · 终点碳含量控制精度高 · 减少补吹次数

· 降低渣中的Fe含量

· 提高了转炉内衬的寿命

· 优化废钢冶炼效率

SDM模型建立在热力学和冶金学原理的基础上，不依赖有无如下装备运行： · 副枪

· 底吹搅拌系统

· 废气分析系统

SDM模型支持所有方式的吹炼控制操作： · 一吹到底冶炼操作

· 中途停吹操作

- 使用副枪 - 人工取样

· 短暂停吹操作，使用副枪

· 过程吹炼，使用副枪 · 双渣法操作

SDM模型支持所有方式的出钢操作：

· 传统的出钢方式：

依据吹炼终点的温度测量和取样分析的结果来出钢。 · 快速出钢：

依据吹炼终点的温度测量和定碳的结果以及吹炼中取样分析的结果来出

钢。

· 直接出钢：

依据吹炼中的温度测量和定碳以及取样分析的结果来出钢，而后吹的影

响一并考虑。

静态和动态控制模型可进行原材料配比（包含熔剂）和吹氧量的计算，以及逸出转炉的碳和氧的计算。在静态计算中，静态控制模型生成了一个中途测量点的时刻。

第17页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

二次吹炼计算和动态控制模型分别以中途点测量值(熔池温度和碳含量)作为辅助输入数据，进而对炼钢的操作进行控制以达到吹炼末期碳含量及钢水温度的目标值。

注：如果在吹炼过程中使用了副枪或炉气分析控制，则这种计算通常被认为是动态控制模型。

其特性为：

· 模型是建立在冶金关系的基础上，如离子渣的Flood_Grjotheim理论，并

可以适应特定工厂的转炉生产实践

· 模型计算规则可根据特定用户的要求调整 · 模型可接受操作工预设值来修正模型计算

· 模型的加料计算程序与工厂中的操作步骤保持一致 · 可使用特殊的转炉添加剂

· 各种入炉材料可赋予一个平衡计算的输入值，操作工可根据工厂的实际

情况来灵活掌握。举例来说：废钢已准备好，其重量应被输入模型，并由模型计算出实际的铁水量。再举例来说：如有一罐装满铁水的铁包不得不从一座转炉转到另一座，这种情况下由于铁水不再兑进第一座转炉，因此模型将不再进行后道工序的加料计算，此时模型将接受现成的铁水重量作为输入值，并针对此铁水量计算出最佳的废钢和熔剂的添加量。

· 钢包加料的计算可根据工艺操作和铁合金使用中的最佳方案来实施

· 出钢和运输过程中的温度损失可根据钢包的温降规律来进行计算

· SDM能处理回炉钢，并提供回炉钢水的重量、成份和有效温度，SDM还能

进行热平衡计算，使回炉钢与铁水和废钢以合适的配比入炉。

1．5．2 功能概述

过程控制系统中的功能主要分为以下两大块： 1． 静态和动态过程控制模型

2． 系统环境平台，便于SDM的运行

静态和动态过程控制模型包括用于转炉车间炼钢工艺准备和控制的各种功能，具体如下：

· 静态加料和吹炼模型

· 在工艺过程中的一个中途点上的二次吹炼计算或“动态控制模型”，可

用其中任意一种。

· 带人工取样和测温的中途停吹操作 · 用副枪测量的中途停吹操作 · 吹炼中副枪测量操作 · 补吹模型

· 出钢模型包括钢水合金化的参考建议，以及所带来的温度影响

第18页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

系统环境平台可支持SDM实现以下功能： · 确定熔炼进度

· 管理操作数据

· 计划转炉吹炼方案

· 铁水、废钢的称量与跟踪 · 转炉工艺数据的交换 · 同其他二级系统的通讯 · 炉次的记录报告 · 人机通讯

上述两种功能集成在一个逻辑系统中，形成了完整的炼钢工艺控制。

1．5．3 静态和动态控制模型

SDM在荷兰康利斯(Corus)的两个转炉上开发出来并应用之后，又用到了其它的炼钢厂中。不断的开发使当前版本的SDM具有了通用性，从而更容易适应其它钢 厂的特殊要求。

SDM集成到一组计算模块中，可完成以下功能： · 工艺目标计算 · 脱硫计算

· 加料计算(包括熔剂) · 吹炼计算

· 动态控制计算 · 废气分析计算 · 二次吹炼计算 · 吹炼终点确认 · 钢包合金化计算 · 炉次冶炼终点计算

· 模型反馈计算

· 炉次冶炼终点Mn、P、S成份预报

模型运行和工厂操作及流程图之间的关系如后面附图所示。静态模型包括建立热平衡、氧平衡、铁平衡和渣平衡。

为了建立热平衡，需计算以下参数： · 反应热量

· 铁水热量(显热)

· 转炉等待过程中的热量损失 · 用于加热和熔化添加剂的热量 · 用于加热和熔化废钢的热量

· 钢包中的热量损失，依据钢包的记录

对于氧平衡： · 吹炼氧气

· 来自添加剂的氧

第19页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

· 用于反应的氧

· 在钢水中的溶解氧

对于Fe平衡

· 来自含Fe原料带入的Fe，如铁水、废钢、铁矿石、球团等等 · 烟尘中的Fe损失 · 渣中带走的Fe

· 出钢过程中Fe损失 · 铁合金带入的Fe

对于渣平衡：

· 来自添加剂、铁水渣、前一炉的留渣及耐材内衬中的氧化物

· 反应生成的氧化物

模型还包含一系列的冶金反应，用于预测Mn、P和S的成份，渣中的全铁含量和渣碱度的计算，以及等待过程中的温度损失、氧枪高度的计算，还可以预测炉内产生的废气中CO2的平均百分比。

对于脱磷、锰的回收和脱硫等工艺过程的监测，模型会计算出每一炉的P、Mn、S和Fe的标准值。这些值是将实际炉次与所谓的标准炉次进行比较而计算出的。当实际炉次的大量参数与标准炉次相等时，则可以计算出其相应的Mn、P、S和Fe的含量。当它们的Mn、P、S和Fe这些参数存在差异时，其影响将被计算进去然后会得出上面所提到的标准值。由于这些值可以在不同的炉次间进行比较，这个标准值已成为了监测工艺操作的一个强有力的工具。

其它冶金关系用于预测脱碳率和含氧化铁的冷却剂的还原率与钢水中碳含量的关系。

另外还可计算出改变吹炼速度和（或）氧枪高度所产生的影响以及操作过程中两者的响应时间。

冶金关系还可与钢包合金化模型结合计算出在出钢过程中Mn和C的损失，脱氧剂(Al和／或C)用量，以及类似铝、硅、碳和各种其它合金料与渣改质剂的加入所带来的温度影响。

为了反馈计算，在进行钢包分析时，合金料的合金收得率被计算并储存起来。

此模型还包括钢包热损失计算的冶金关系，它是根据钢包内衬的类型、钢包记录、钢包的烘烤和加盖情况来计算的。

前面提到的功能所进行的计算在以后的段落中还有进一步的描述。每种功能的输入和输出的清单显然是不完整的，但是它表述了这种功能中最主要和最典型的数据。

第20页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．5．3．1 吹炼前

作为准备条件，吹炼前将进行以下计算：

a） 工艺目标计算：

此项计算的目的是计算出钢操作之前，吹炼结束时转炉的目标温度和碳含量。

输入：

· 出钢后钢水目标温度 · 出钢后钢水目标成份 · 出钢后钢水目标重量 · 钢包信息(炉次记载) · 特殊出钢要求

输出：

· 出钢前目标温度 · 出钢前目标碳含量 · 出钢前目标钢水重量

· 合金添加剂的情况

b） 脱硫计算：

仅在铁水要脱硫时才进行计算。铁包中目标硫含量可直接输入，也可以根据吹炼终点钢水硫含量的目标值计算得出。

输入：

· 铁水重量

· 所供铁水中的硫含量

· 铁水目标硫含量，或：吹炼末期钢水的目标硫含量

输出：

· 脱硫剂用量

c） 加料计算：

实际的加料计算步骤与钢厂中的操作步骤保持一致

加废钢的指令可下达到废钢区，或在程序调整后调用预装好的废钢槽中的废钢。

加废钢的结果可用于调整铁水装入量，反之亦然。

输入：

· 铁水的成份和温度

· 预分类废钢的重量(如果强制使用) · 终点目标温度和碳含量 · 目标钢水重量 · 吹炼操作参数

输出：

· 废钢的装入量 · 铁水的装入量 · 转炉加料的情况

· 出钢前目标钢水成份

第21页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

d） 吹炼计算：

根据转炉实际加料的数据，计算出一次吹炼期的耗氧量。这是根据选定的吹炼操作模式算出的。另外，也将计算出备用的吹炼模式的耗氧量，以备事故状态下进行切换。

输入：

· 所入炉铁水的实际重量 · 所入炉废钢的实际重量

输出：

· 耗氧量

· 转炉添加剂的重量 · 终点时钢水目标重量 · 出钢前钢水目标成份 · 出钢前渣的目标成份 · 副枪浸入深度

· 氧枪高度

1．5．3．2 吹炼过程

系统环境软件是在操作工发出“开始”命令时，氧枪高度和氧气流量根据设定点自动进行控制的软件，并且还能确定所需冷却剂的用量。

各种SDM计算如下：

a） 动态控制计算：

如果吹炼中的测量使用了副枪，则在中途测量点时调用动态模型。

输入：

· 由副枪测量系统确定熔池温度和碳含量

输出：

· 副枪测量点之后的吹氧量 · 加入冷却剂的重量

· 氧枪高度

b） 二次吹炼计算：

如遇中途停吹，将执行二次吹炼计算。在中途停吹期间进行测温、定碳并取

样。另外也可以选择等待取样分析结果。 输入：

· 在中途停吹测量中确定熔池温度和碳含量 · 可选项：取样分析结果

输出：

· 中断后吹氧量；

· 加入冷却剂的重量；

· 氧枪高度

第22页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．5．3．3 吹炼后

吹炼之后，将进行以下计算：

a） 吹炼结束确认：

根据所得到的结果确认是否达到了目标。如果需要的话还会给出补吹建议。 为确认结果的有效性将采取以下操作： · “传统”操作：

吹炼结束的确认是根据：

· 吹炼结束时实际温度和碳含量 · 吹炼结束时取样分析结果 · “快速出钢”操作：

吹炼结束的确认是根据：

- 吹炼结束时实际温度和碳含量

- 前一个测量点的取样分析结果(结合二次吹炼结果) · “直接出钢”操作

吹炼结束的确认是根据：

- 仅用前一个测量点取样分析结果(结合二次吹炼结果)

输入：

· 见上述描述

输出：

· 补吹建议(如果需要)

· 如采用“快速出钢”或“直接出钢”，则计算当前钢水成份

b） 钢包合金化计算：

SDM模型也可支持出钢过程中钢包合金化工艺，在形成钢包合金化模型时，还

会将合金化对温度的影响也考虑进去。

根据如下出钢操作(即：传统或快速出钢／直接出钢)，将使用实际或是计算

出的钢水温度和成份来计算。 输入：

· 实际或是计算出的钢水成份 · 实际或是计算出的钢水温度 · 钢水目标成份

输出：

· 加入钢包的合金重量

· 需补充的冷却剂重量

1．5．3．4 冶炼终点计算

出钢后进行炉次冶炼终点计算。其目的是评估冶炼炉次并计算冶炼终点数据做报表。

输入：

· 出钢前钢水成份 · 出钢后钢水成份

第23页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

输出：

· 出钢后计算出的钢水重量

· 每种元素的合金收得率

1．5．3．5 模型反馈计算

除大部分是上述计算外，还要进行所谓的“由结果追溯到原因”的计算(关闭项)。其目的是校正各种工艺参数以用于下一炉。这一特性体现了SDM具有的自学习功能。

此反馈计算将用于对静-动态模型的一些所谓“关闭项”的数值进行修正。 根据冶炼炉次的目标和实际结果，每个炉次都会产生修正系数。修正后的值在下一炉由一反馈过滤进程进行处理。

输入：

· 每个工艺步骤的实际结果

输出：

· 修正后的模型参数，如： · 氧平衡和热平衡的关闭项

· 精炼参数

1．5．4 系统环境

系统环境有助于SDM实现其功能。通常它是提供人机通讯、数据管理、数据采集和生成报表的工具。

特别是，它还具有如下特性：

1．5．4．1 冶炼计划

当生产计划通过人工输入或是数据传输下达时，计划冶炼炉次指令会保存在生产控制系统（3级）中，并在不同的工作站上显示。

1．5．4．2 实际操作数据

进行输入、存储和管理以下相关的标准信息： · 钢种

· 转炉添加剂的成份 · 废钢类型

这些数据将应用于SDM并传送至网络。

1．5．4．3 转炉画面

进行输入、存储和管理转炉画面： · 转炉添加剂的画面 · 吹炼画面 · 副枪画面 · 底吹画面

· 出钢添加剂的画面

买方的冶金专家能方便的进入转炉画面进行增、删和修改。

第24页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

1．5．4．4 铁水和废钢称重及跟踪

铁水：

在铁水站，SDM向一台监测器发出兑铁水指令。

SDM将接收铁水的实际重量和温度信息；另外化验室的分析结果也传至SDM。这些数据将用于SDM的计算以及生成报表。

废钢：

在废钢转运站上，SDM将向一台监测器发出加废钢指令，并显示废钢分类和重量。

SDM将接收每类废钢的实际重量及温度信息。

铁水和废钢加料由SDM来计算。实际的加入量将返给SDM使用。

1．5．4．5 转炉过程信息交换

SDM可通过现场的通讯网络与一级网进行通讯。用这种方法，SDM可传输氧气和氧枪操作情况的预设定值。

PLC将记录实际流量、消耗、时间、炉内事件、副枪测量结果和氧枪高度等过程数据并传送给SDM。

PLC还将底吹搅拌的气体消耗信息传给SDM作为生成报表之用。

另外，SDM可将钢包加料预设定值传给PLC，并接收其实际消耗的信息。

1．5．4．6 与其他二级系统的通讯

数据将在SDM模型间进行交换，例如铁水脱硫站、LF/VD、连铸机、化验室和L3三级计算机。

1．5．4．7 冶炼炉次记录报表

系统可以保留炉次的相关冶炼记录，并可以适当的报表形式打印出来，如：炉次报表、班报、日报、月报等。最低存储量为6个月。

1．5．4．8 人机通信

在执行上述各种功能时，SDM可与转炉车间的各岗位操作工联系：如：转炉主控室、铁水倒罐站、废钢库、生产调度、工艺控制管理员等等。人机通信功能还具有如下安全措施：

· 权限控制，即：严格限制每个操作工只能使用其授权的设备，而且只有

指定的用户才能修改和更新某些数据。

· 用户友好界面，即：全部采用菜单式结构，简单明了。

· 原始输入检测，即：直接检测每个输入数据，如超出“合理”界限，将

予以提示或加以限制。

· 状态控制，即：检测所激活的功能是否满足该炉次的实际情况

第25页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

2． 设备的技术要求

2．1 副枪机械设备

副枪设备的设计和供货均按照技术规格作如下规定：

2．2．1 旋转框架和旋转设备

2．1．1．1 旋转框架

旋转框架为钢结构架，支撑加强梁和卷扬平台。整个副枪系统都能通过两个转轴转动，即：上转轴和下转轴。下转轴连接着旋转框架和钢结构；上转轴支撑卷扬平台。卷扬平台上安装着所有用于副枪操作的机械和电气设备。

2．1．1．2 旋转设备

旋转设备包括一个3千瓦带制动器的三相鼠笼式感应马达，作为与齿轮箱／驱动装置、嵌入式脉冲发生器/测速发生器的组合体的一个完整部分。在钢结构上，装有两个接近开关，每个表示一个固定的旋转位置。此外，作为旋转驱动装置的一部分，机械过行程极限开关为内嵌式。过行程开关与旋转驱动箱为硬接线。旋转驱动由速控变频驱动系统来控制。定位是由脉冲发生器通过PLC来完成，接近开关确定实际位置。过行程极限开关用于处理硬接线停止和联锁。

测量位置：副枪定位于与副枪入口对齐的中心线时，准备降枪至炉内。

连接／维护位置：副枪定位在与探头自动安装装置对齐的中心线上，并在探头拆卸装置的正上方，以便使副枪可下降到探头自动安装装置平台上。在此位置上探头顶端容易更换。

旋转驱动参数 型号 AC马达，可变速 常规速度 2.05 RPM（待定） 定位速度 0.25 RPM（待定） 定位精度 ±3 cm 旋转半径 约3747 mm（待定） 最大旋转角度 104度（待定）

2．1．1．3 维护准备旋转框架和设备

为了更换旋转框架上部的转轴及相关设备以达到维护的目的，需抬高卷扬平台及旋转框架。在这个过程中，要固定框架先要3个拉杆来固定卷扬平台。之后需1个托架来固定旋转框架以便维护下转轴。

第26页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

2．1．2 副枪提升驱动系统

卷扬平台

副枪卷扬平台包括一台提升卷扬机。

提升卷扬机可通过速控AC马达和连接抱闸、齿轮箱及卷扬筒来升降副枪小车及其附带的副枪枪体、软管等。保护盖安装在运行部分上。两根钢丝绳其中一端固定在卷扬筒上，另一端固定在副枪小车的平衡器上，钢丝绳穿过滑轮从卷扬筒运行至副枪小车。

提升驱动参数： 型号 AC马达，可变速 高速 2.5m／秒 中速／事故速度 0.6m／秒 低速 0.2m／秒 定位速度 0.1m／秒 定位精度 ±1 cm 最大行程 约20.5 m（待定）

卷扬平台上装有一现场操作箱，其目的是： · 提升装置的维护 · 旋转装置的维护 · 旋转定位的调节 · 更换钢丝绳

冷却水的供水和回水管及氮气管道安装在卷扬平台的适当支架上。

提升设备

提升设备位于卷扬平台上，包括一台55千瓦的AC马达、直流瓦式摩擦抱闸、齿轮箱、卷扬筒、用于速度控制的测速发生器和两个用于高度测量的脉冲发生器(第二个脉冲发生器是出于安全角度考虑安装的)。一旦脉冲发生器之间出现不允许的误差，则只能以低速进行停止降枪和提枪操作。

事故方式下，副枪可以借助于紧急电源／UPS从转炉中提出。除此之外，不会进行其它任何动作。

2．1．3 副枪小车导轨和加强梁

副枪小车导轨是由两根工字梁焊接而成，形成带上下挡板的有法兰边的箱形断面结构。

第27页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

小车导轨上方安装了4个钢丝绳滑轮。其中一个配有压头，一旦副枪小车在垂直运动中受到阻碍，压头可探测到绳索过松或过紧，以便停止提升马达的动作。装有滚轴的滑轮可通过就近的卷扬平台上的手动中心润滑系统润滑。

钢结构小车导轨装有4个开关：

· 接近开关：副枪上极限(正常情况)

· 接近开关：副枪上极限(事故／UPS运行) · 撞杆式限位开关：上过行程极限开关 · 撞杆式限位开关：下过行程极限开关

2．1．4 副枪小车

副枪小车和枪体及其辅助设备通过提升卷扬驱动，并在副枪小车导轨上做上下运动。副枪小车在总计共12个导向辊上运行，以保证高精度对中。副枪枪体固定于小车的一个支架上，并由一夹具夹紧。副枪小车配有一楔形安全抱闸。一旦钢丝绳松弛或断裂，会有一盘绕的弹簧（在正常操作时，此弹簧被副枪枪身的重量压缩）将弹开并驱动小车和小车导轨间的两个楔形抱闸。事故操作后，安全抱闸在提升副枪小车之后会自动松开。

2．1．5 副枪导向装置

副枪导向装置包括一个带导辊的滑车，并在副枪小车导轨的下端有限的行程上运动。安装在滑车上的导辊，使副枪枪体定位在小车导轨的中心，并且这些导辊可防止副枪枪体在升降过程中摆动过大。

2．1．6 副枪枪体，旋转方式

副枪枪体用钢管装配而成，包括一个三层水冷管道连着一个铜头。长度约为22.0m（待定），直径为4吋。连接探头的补偿电缆在内层管中。探头夹持器拧紧到副枪枪体头部。通过把探头夹持器插入到探头的套筒中，来连接探头和探头夹持器。副枪枪体冷却水入口和出口都在副枪枪体的顶端。冷却水连接软管为法兰安装。（卖方正研究是否能快速解除管接头的连接。）为了保持探头夹持器触头的清洁，将氮气吹入副枪枪体并从探头夹持器吹出。在设计中，充分考虑了内管的膨胀差。当副枪在测量过程中由于受热弯曲时，可通过旋转接头人工旋转外管。通常每个班(8小时) 旋转外管180度就可以了。旋转操作可在探头自动安装平台上用卖方提供的特殊工具进行人工操作。经验显示其弯曲的趋势随枪体的老化而降低。

2．1．7 探头自动安装装置

探头自动安装装置的设计以长度为2000mm、直径为80mm的探头为准。总容量可装130支探头。探头自动安装装置可选择探头并连接到副枪的探头夹持器上。

第28页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

探头自动安装装置具有以下功能： · 存储

· 选择和喂装 · 输送 · 连接

· 电气传感和控制装置，如限位开关、电磁阀和倾动马达

带有必要控制设备的气动室做为探头自动安装装置的一个整体，安装并连接在探头自动安装装置的框架上。焊接的管接头连接件用于连接仪表用氮／氩气体输入的管道，并和探头拆卸装置连接。

探头自动安装装置还包括一个用于安装的提升框架。

a） 探头存储箱

存储箱有5间独立的贮藏室，每间可容纳20支多功能探头。存储箱设计有侧门，以便操作工可通过侧门将探头一支支的装进贮藏室中。箱内还有一电加热器以防止探头受潮。

b） 探头选择和喂装部分

喂装部分装配在存储箱的底部，通过开动汽缸使喂装架旋转来选择所需探头。电容接近开关安装在每个贮藏室的底部，提示PLC同时也在主控室内的操作工工作站上显示出贮藏室的空缺情况。

喂装部分容纳30(5×6)支多功能探头。

c） 探头输送部分

探头从选择和喂装部分喂装后，通过空气马达驱动的链式输送机送到探头翻转臂上。

d） 探头翻转臂

探头翻转臂包括框架、导向漏斗、探头夹、自动对中的支撑链接和带转动曲柄和连杆机构的电动AC马达齿轮箱驱动装置。

当翻转臂到达垂直位置，导向漏斗和探头夹可左右前后移动约50mm，使探头定位在副枪中心上。

探头由探头夹夹持并送到翻转臂上，翻转臂带着探头被马达齿轮箱驱动装置移向垂直位置，一旦到达垂直位置后，导向漏斗通过气缸在副枪枪头处关闭。之后副枪被降到关闭的导向漏斗中。待探头夹持器插入探头后，导向漏斗将打开而副枪继续下降直到与探头完全连接。

一旦机械连接完成(会有探测实际连接程度的感应接近开关发出指示信号)，副枪将停止动作，探头夹松开探头。

最后探头翻转臂转回到其水平位置。

第29页，共100页

湘潭钢铁集团有限公司

转炉副枪技术合同

在探头连接过程中，探头和导向漏斗的间隙将用仪表用氮／氩气体吹扫以防止探头的上部沾染灰尘污垢。

2．1．8 探头拆卸装置

探头拆卸装置安装在探头回收槽上方。

测量后，气动的探头拆卸装置夹住探头，副枪提升，与探头分离。当打开探头拆卸装置时，探头将落至探头收集槽内。

探头拆卸装置的气动装置是探头自动安装装置气动室的一部分。

2．1．9 探头收集槽

直径为300mm的探头收集槽位于探头拆卸装置下方。拆下的探头落入收集槽并滑至操作平台上的托盘中。随着与托盘的撞击，试样与用过的探头外壳分离并送至化验室进行分析。收集槽有一安全挡板，与收集槽的门机械联锁，当门打开时挡板关闭。

2．1．10 刮渣器

气动刮渣器设计安装在密封帽之上，用于刮除粘附在副枪枪体上的结渣。

测量完成后，副枪提升至离入口只剩±2m时，刮渣器抱紧副枪枪体，刮除在测量中可能粘附的结渣。焊接的管接头连接件用于连接仪表用氮气管道。

2．1．11 副枪入口密封帽

在转炉烟罩上与主氧枪相邻的副枪入口处有一个用螺栓固定、以气动操作、带氮气吹扫的水冷密封帽。

密封帽配有用于连接冷却水进出软管的法兰连接件，并可滑动。焊接的管接头连接件用于连接仪表用氮气管道。

2．1．12 副枪入口

副枪入口的设计需与主枪入口的设计相似，为水冷并覆有密封帽。副枪入口内径大约为300mm并且与密封帽法兰连接。

2．1．13 定位板

由于要求副枪从水平位置到垂直位置时不会发生弯曲，这就需要一个定位结构。此定位板为方管制成，用来承载副枪枪体从水平到垂直位置时安全移动。反

第30页，共100页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fbs7.html