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转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究与应用转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究与应用 转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究 与应用 ,1,,2, ,3, 吕福在 王友钊赵殿清 浙江大学 包头钢铁公司 摘要:本文总结了目前转炉下渣检测及挡渣技术的现状及其发展,详细介绍了自动气动挡 渣设备的组成和技术特点,建立了自动下渣检测及气动挡渣的理论模型,并进行了计算仿 真。最后给出了在包钢现场的使用和实验结论。结果表明:杭州浙大精益公司开发的自动 气动挡渣设备挡渣成功率达98%以上,运行可靠,可大幅降低炼钢成本消耗,值得在国内 外推广和应用。 关键词:红外下渣...

转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究与应用
转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究与应用 转炉下渣检测及气动自动挡渣技术的研究 与应用 ,1,,2, ,3, 吕福在 王友钊赵殿清 浙江大学 包头钢铁公司 摘要:本文总结了目前转炉下渣检测及挡渣技术的现状及其发展,详细介绍了自动气动挡 渣设备的组成和技术特点,建立了自动下渣检测及气动挡渣的理论模型,并进行了计算仿 真。最后给出了在包钢现场的使用和实验结论。结果 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:杭州浙大精益公司开发的自动 气动挡渣设备挡渣成功率达98%以上,运行可靠,可大幅降低炼钢成本消耗,值得在国内 外推广和应用。 关键词:红外下渣检测 炼钢 气动挡渣 Abstract: This thesis summarized the current situation and development of BOF slag detecting and blocking technologies, detailed the composition and technical features of the Automatic Pneumatic Slag Blocking Equipment, established the theoretical model of automatic slag detecting and pneumatic slag blocking technology, proceeded the computational simulation analysis and introduced its application and experimental conclusion at Baotou Iron & Steel (Group) Co., Ltd. The research findings show that the Automatic Pneumatic Slag Blocking Equipment, developed by Hangzhou Zheda Jingyi, works stably and achieves 98% in success ratio of slag blocking, and that it helps to reduce the cost in steel-making substantially. Therefore, it is worthwhile to promote and apply the pneumatic slag blocking technology at home and abroad. Key word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 s: infrared slag detecting, steel-making, pneumatic slag blocking 1前言 在转炉出钢时进行有效的挡渣操作,是改善钢水质量的一个重要手段,它可以减少钢 水回磷、回硫,提高合金的收得率,减少钢中夹杂物,提高钢水清洁度,还可为精炼钢水提 供良好的条件。此外,还可减少脱氧剂及合金的消耗,延长钢包的使用寿命,起到了降低钢 水成本的作用。 为了减少转炉出钢的下渣量,提高转炉出钢的挡渣效果,国内外发明了多种挡渣方法, 如,挡渣球法、挡渣塞、采用挡渣料挡渣、气动挡渣法、挡渣棒法、渣罐挡渣法、出钢口吹 气干扰涡流法、均流出钢口挡渣法等。 从挡渣趋势的发展看,由于使用挡渣球等有形挡渣物挡渣,材料消耗高,挡渣效果不理想。国外正逐步从有形挡渣法向无形挡渣法发展,采用无形挡渣法并配有下渣检测装置,实行自动挡渣,如气动挡渣法、电磁干扰法等。这些挡渣方法主要优点是,自动化程度高、挡渣费用低、钢水收得率高,因此具有一定的优势。据调研国内90%以上的转炉采用挡渣球或挡渣塞挡渣,因投入的准确性及投入时机难以保证,造成挡渣效果不太稳定。 2国内外挡渣技术发展及现状 2.1 挡渣球挡渣 3 挡渣球挡渣方法是,利用挡渣球密度介于渣钢之间(一般为4.2,4.5g/cm),在出钢结束时堵住出钢口,以阻断转炉渣进入钢包内。其优点是操作简单、成本低廉、挡渣命中率较高。考虑到出钢口使用后期变大问题,挡渣球的直径比出钢口大些。但是,由于原材料条件不一样,冶炼的钢种也经常变化,导致钢渣的粘度大小不一。因挡渣球在转炉内是以随波逐流的方式运动到出钢口,当钢渣粘度大时,挡渣球有时达不到出钢口,不能有效地在钢水将流尽时堵住出钢口。此外,挡渣球在挡渣时,如完全落到出钢口上方,在钢水还未流尽时会过早地封堵出钢口,降低了钢水收得率。因此,采该法挡渣已逐渐被新技术所取代。 2.2 挡渣料挡渣 挡渣料法挡渣,是以改变转炉渣的流动性的方法来实现挡渣,也就是在转炉吹炼结束时向炉渣喷射一种固态混合物,以提高炉渣的稠度,使炉渣局部或全部凝固,或在出钢口上部渣面上投入粒状耐火材料,形成块状堵塞物,防止炉渣流出,该方法对出钢挡渣有一定的效果,但材料消耗大,而且不利于溅渣护炉。 2.3 挡渣棒法挡渣 挡渣棒法挡渣,是挡渣棒吊在支臂上可在转炉内自由移动,在出钢即将结束时,从转炉内部将出钢口堵住,以挡住炉渣,因该装置操作与维护较为复杂,需专人操作使用,使用成本较高。 2.4 滑板挡渣 滑板法挡渣,是滑板在滑道内自动移动,在出钢即将结束时,从出钢口堵住,以挡住炉渣,该装置挡渣效率高,但因该装置操作与维护较为复杂,需专人操作使用,使用成本较高。 2.5 气动挡渣 气动挡渣法挡渣,采用了远红外检测装置,由发送和接收信号的元件以及信号处理器件构成,通过计算机精确计算,可准确地控制挡渣时间。挡渣时运用挡渣塞头进行机械封闭,塞头端部喷射高压气体防止炉渣流出。此法在迅速性、可靠性和费用等方面存在明显优势,是适合当前转炉出钢的主流技术。 2.6 气动挡渣与其它挡渣方法效果比较 序号 比较项目 气动挡渣 挡渣塞挡渣 滑板挡渣 1 使用成本(吨钢) 0.1元 1元 1.4元 2 备件更换 5000炉以上 约7炉 3 30-50 30-90 30-50 渣层厚度 4 挡渣成功率 95%以上 85%以上 95%以上 2.7 下渣检测方法比较 下渣检测是挡渣操作的重要环节。由于目前大多采用目测,检测的准确度受操作工的状 态影响很大,国内外陆续开发了一些下渣检测系统,见下表。 DM7400型(红外)DM7403型(红外)(德DM7405型(红外)探测线圈(奥产品功能 目测 (浙大开发) 国AMIBA开发) (国内其它厂家开发) 钢联) 高速高分辨率非制非制冷 热释电 探测器类型 涡流检测 目 冷焦平面探测器 焦平面探测器 远红外探测器 热响应时间 快 一般 慢 快 慢 帧率(FPS) 50 25 20 无 分辨率 高 中 低 低 低 出钢段实时钢渣可实现无级连续监只支持有级实时监只支持有级实可实现无级连续监测 无 含量显示 测 测 时监测 抬炉控制(需选非常适用 不适用 不适用 不适用 不适用 配控制单元) 检测精度(误差) 1% 5% 15%以上 5% 15%以上 从以上两表格可以看出,采用DM7400型红外下渣检测仪器与气动挡渣设备结合,可 以有效的实现自动气动挡渣。 3气动挡渣及下渣检测原理 3.1 气动挡渣原理 气动挡渣工作原理示意图如1所示。 图1 系统工作示意图 由于该问题计算包括了钢水(液)、压缩氮气(气)和空气等不同性质的流体的流动过程,是一个复杂的多相流问题,而且不相同直接的物理特性相差非常大。钢水的密度比氮气压大一千倍以上,粘性和可压缩性也相差非常大,因而精确的计算非常困难。在此需进行一定的简化,在确保能模拟该问题的真实物理本质的前提下,简化如下: 1) 实际的问题是一个三维的问题,但是为轴对称,因而可以将其简化为一个二维的轴 对称的模拟问题。简化后的仿真模型如下图所示。 钢水 大气高压氮气大气 图2 仿真计算模型简图 2) 计算过程中只需要包含钢水流出的流道,即图2中的钢水和氮气区域,而无需包含整个钢包。钢包内的钢水对流动过程的影响可以通过在计算区域的顶部施加一个压力边界条件来实现。由于钢包中钢水的液面有变化,因而压力值取为最大的可能值(即最大的钢水高 度),模拟最劣的工况条件。 3)此 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中只给出了当出钢口为210mm 是的计算结果,因为模拟结果显示此时钢水还是能被全部吹回钢包中,因为无需给出出钢口更小的情况。 3.1.1计算模型 钢水、压缩氮气相互作用下的流动为两相流。物理现象非常复杂,钢水的流动本身可以看做是一个牛顿流体的向下的射流问题。而氮气的喷射则是一个可压缩气体的射流问题。实际上相当于两个嵌套的,方向相反的耦合的射流问题。 我们初步认定流动肯定会是湍流流动,因此在此采用的方法是直接求解以雷诺应力为变量的输运方程,即采用雷诺应力模型。气体三维湍流N-S 方程组为: ,,,,,,(V),0,t dV1,(,,,,,P),dt de1,,q,,,,(,V),dt,, 式中:ρ,V,,,π,e 与q 分别表示密度、速度、粘性应力张量、应力张量、广义内能与传热率。 雷诺应力方程模化后可用如下表达式给出: 2,,dK'''',,,(uu),f,uu,K,ij1ij,,,dt,, dK,,''''uTfuuuT('),,,',,2iijidt,,, 湍动能方程和湍流耗散率方程: ,,d,k,,,,(k),f,3,,dt,xj,, 2,,,,,d,,,(),,,f,,4,,dt,xkkj,, 式中:i,j=1~3 从只有单一动量、连续性方程组的单相流模型转变到多相流模型,需要引入额外的 守恒方程组。与此同时,原来的方程组必须进行相应的修改。其中就包括为多相引入体积分率a、a。相 q (q=1,2)的 体 积V定义为: 12q V,adVqq,V n aq,i,1其中 相a的连续性方程: q n,,(a,),,,(a,v),mqqqqqpq,,t,1p ,mvpqq其中是相q的速度,定义了由第p个相岛第q个相的质量传递。从质量守恒可得 ,,m,mpqqp= 相q的动量守恒方程为: ,,(a,v),,,(a,vv),,a,p,,,,a,g,(R,mv),a,(F,F,F)pqqlift,qvm,qqqqpqqqqqpqqpqqq,,t ,其中是第q相压力—张力张量 将以上的方程整理后,利用FLUENT软件进行计算,计算区域示意图如下图所示: 图3 计算区域示意图 入口处采用速度入口边界条件,在整个入口截面上认为速度为均匀分布。根据最大喷气流量为30立方米每分钟,可以算出其入口的平均流速约为170米每秒,即v=0.5马赫;inlet右端出口处为所计算的出钢流道的顶部,与钢包相连,采用压力出口边界条件,压力值为p= 5.5x9.81x1.8x1000。这一压力值是根据钢包内的钢水的高度为1.8米计算的。上图左端out 的压力出口处的压力为零,为自由出口。其他边界条件如图中所注。计算结果如以下各图所示。 图4 炉内气流流场分布图 图5 炉内气流压力场分布图 图6 炉内氮气分布图 根据计算结果,尤其是图6中的钢水和氮气的分布图,可以看出,在计算出来的两相分布中,已经没有钢水了。全部为氮气。也就是说,所有的钢水都被吹回到钢包中了。 结论:按照目前的模型可以得出,压力只要达到p= 5.5x9.81x1.8x1000,即1MPA以上out 就可以满足将钢水倒吹回去的要求。 3.2钢渣红外识别原理 红外法转炉下渣检测是基于在特定波长范围内,钢水和钢渣的红外辐射特性具有较大差异这一特点来设计的。下图是钢渣和钢水的辐射系数。从图中可以看到在波长从8-14微米范围内,两者差异很大,因此通过红外成像和图像分析处理,就可以获得钢渣的出现时间和钢渣在钢流中的含量。 钢渣和钢水的辐射系数 钢渣 钢水 波长 图7 钢水和钢渣辐射系数图 选择合适的监视设备,是本项目的一个重要问题,从上图可知明确的监视光谱的范围为8-14微米,而且监视光谱范围的选择,不仅仅关系到摄像机的选择,其最终会关系到监 视目标在图像中的成像效果,从而影响图像处理的结果。 3.3转炉智能抬炉系统基本原理 一般的下渣检测系统的报警所反映的仅仅是钢流中的含渣量达到设定值,如果依赖这种报警来抬炉就会出现意外,如:在出钢末期发生卷渣时也会发出含渣量超限,但这时在炉中还留有很多钢水,这时如果抬炉必然会引起炉内流钢,所以这种单纯只依赖钢流中的含渣量来报警只是反映钢流中渣量超限,不能完全反映炉内钢水基本出尽。 DM7401是由浙大研制的智能抬炉控制系统,专为DM7400转炉下渣在线检测系统提供配套,实现转炉抬炉过程的智能化,实现了转炉的抬炉预测。系统主要分析了当前含渣量、钢水的流速、涡流渣的出现概率等因素,采用神经网络算法,最终由决策器提供正确的抬炉报警信号,指导摇炉工正确摇炉。 下图为下渣检测及控制系统界面图。 图8下渣检测及控制系统界面图 近时间段T内渣含量分 布概率 近时间段τ内渣含量分布概率 挡渣抬炉控制信号到目前为止出钢时间T 钢水液面高度h 瞬时渣含量 设定渣含量界限U1 =1 X1>X2U1 = 0 其它x1 u1报警信号x2 B 图9分析判断的网络结构 4设备组成及功能特点 整套挡渣装置包含:1)一套基于红外技术的下渣检测系统;2)一套智能抬炉控制单元;3)一套氮气增压站;4)一套20立方米的储气系统;5)一套气体调压站;6)一套气动控制柜;7)一套4立方米的储气系统;8)一套气动挡渣装置;9)一套挡渣安装支架;10)一套防粘渣系统;11)一套防热框架; 12)一套冷却系统;13)一套电气控制系统。 系统可实现如下功能: 1)现场下渣过程图像实时浏览;2)红外光谱图;3)钢渣含量棒图;4)钢渣含量超 标报警(陪备DM7401时将提供抬炉报警);5)现场控制信号输出;6)下渣时间历程动态显示;7)出钢操作过程的数据库记录分析功能;8)控制参数设定;9)操作员管理功能;10)调压功能;11)快速挡渣功能; 系统特点如下: 1)触检测,检测设备不受高温区影响;2)结果不依懒操作工的操作情况,非常客观;3)用户可以无级设定含渣量门限值;4)下渣检测过程无需称重系统配合;5)含渣量以钢流中百分比形式显示;6)系统实时性好,操作简单;7)气动挡渣实现最小渣量进入钢包 ;8)采用高速、高分辨率焦平面成像系统,图像清晰,有利于定量分析,避免了热释电型远红外探测器图像质量差,不利于量化分析的不足。9)具备出钢操作过程的数据库记录分析功能 系统达到的主要技术指标如下: 1)抬炉报警准确率大于98%;2)目标温度范围:1500度-----1800度;3)安装距离:10m--40m(特殊要求可以定做红外镜头);4)信号制式:Pal 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 复合视频信号;5)显示模式:彩色/黑白用户可选;6)探测器内腔长期工作环境温度:-10度-----50度;7)长期工作环境温度<70度(气幕条件下);8)短时最高环境温度:200度(20秒);10)含渣量检测显示: DM7400无级连续百分比输出;11)现场屏幕:可以连接任意大小的监视器;12)探测器类型:非制冷焦平面;13)热像分辨率高;14)帧频DM7400 50FPS(分析区域内);15)操作过程下渣数据库记录:保留至少1个月的下渣数据记录;16)挡渣时间小于1秒;17)获得钢流中钢水钢渣的比例精度为1%。 与国外同类设备的技术参数比较 序号 比较项目 浙大精益 奥钢联 1 挡渣头重量 1.1.吨 3.93吨 2 安装尺寸要求 1.2米 2.6米 3 备件(挡渣头)更换 5000炉以上 70炉 4 挡渣响应时间 0.5-0.8秒 2秒 5 冷却方式 水气双冷特制气缸 气冷 6 气缸寿命 1年 1年 7 防粘渣 有涂层材料 无涂层材料 8 喷吹压力流量曲线 优化 一般 9 出钢口寿命 约200炉 约150炉 10 自我标定系统 有 无 11 挡渣抬炉自学习功能 有 无 12 挡渣成功率 98% 86% 5气动挡渣设备产生经济效益的简单分析 以包钢炼钢厂6,7,转炉举例说明: 7,炉气动挡渣系统从2009年8月13日投入运行以来设备运行正常,目前已使用13000多炉;6,炉设备投入时间是2009年8月22日,累计使用12000多炉,设备目前运转良好。 从09年9月11日到9月14日,在现场对6、7#转炉送往南精练的钢包内渣厚情况进行了为期四天的连续跟踪测试,一共测得数据89炉,有效数据68炉,无效数据21炉。 无效数据的认定标准如下:1)挡渣器未及时清理造成挡渣故障的炉次;2)氧管未垂直插入或未熔断得到的渣厚数据;3)未进行实际测量,仅凭目测得到的渣厚数据。 在有效数据68炉中的渣厚分布图如下: 其中渣厚小于40mm的炉次有24炉,占总数的35%;渣厚40到50mm的炉次有25炉,占总数的37%;渣厚大于50mm的炉次有19炉,占总数的28%。有效炉次渣厚平均值为49.04mm。 通过对气动挡渣设备调试使用前后,统计7月份(649炉)和9月份(179炉)冶炼图表记录Q235B和20#钢种数据分析,可以看出精炼就位成分的变化。 表1 统计全月Q235B钢种精炼就位成分变化(%) ?Si ?Mn ?P ?Al ?脱硫 0.150 0.295 0.0046 0.034 0.0191 7月 0.168 0.296 0.0035 0.039 0.0220 9月 0.018 0.001 -0.001 0.005 0.0029 比较 在使用气动挡渣时,由于下渣量的减少,可以提高合金的收得率,降低回磷量,提高精炼渣碱度,从精炼就位取样分析看,回磷减少1‰,硅增加1.8‰,铝增加5‰,锰提高0. 1‰,脱硫提高2.9‰,全年按照220万吨产量计算。 1)合金计算 每吨钢水增加1‰硅费用为0.70元/吨,增加1‰锰费用为1.00元/吨,所以节省合金的费用为: (0.70×1.8+1.00×0.1)×220=299.2万元/年 2)精炼去硫费用 由于转炉和精炼都没有进行脱氧合金化和渣系调整,所以由于精炼就位铝含量提高5‰,脱硫数量增加2.9‰,相应渣碱度等的变化,所以相应的效益现在是估算。精炼炉去硫成本按照1‰硫费用为1.0元/吨,所以全年可节省材料费用为: 1.0×2.9×220=638万元/年。 3)气动挡渣运行费用 33该设备运行消耗为氮气30m/炉,氮气价格0.12元/ m,电耗为1KW/h,电价0.43元/ KW,35炉/天,喷头使用3000炉/个,100吨/炉,挡渣头1万元/个。每吨钢运行费用为: 30×0.12/100+1×0.43×24/35/100+10000/3000/100=0.08元/吨 同比我厂使用的挡渣球费用0.39元/吨,和挡渣塞0.85元/吨,是很低的。对比挡渣塞节省费用为: (0.85-0.08)×220=169万元/年 4) 其他效益 由于转炉下渣量的减少,在钢水精炼过程中,减少回硅和回磷的数量,可以提高低硅钢以及一些低磷的钢种的炼成率,具体效益无法估算;能够节省耐材,延长钢包寿命,但高速气流会损坏出钢口,降低出钢口的使用寿命,由于气动挡渣设备运行时间短,还不能够统计出钢包使用的寿命比较,现在还不能计算出具体的效益; 从包钢一年的使用情况看,系统运行稳定可靠,也给企业带来了可观的经济效益。该设备为完全自主知识产权,获得发明专利一项,实用新型专利一项(专利号为200810120265.X 和ZL200820162830.4)。 参 考 文 献 1高希哲;钢铁厂一氧化碳的利用[J];冶金能源;1983年06期 2刘金谋;;氧气转炉出钢口气流挡渣器[J];重型机械;1984年10期 3白丙中;;氧气炼钢转炉用气体挡渣器[J];鞍钢技术;1988年10期 4权晋阳;转炉气动挡渣器[J];冶金设备;1992年05期 5白丙中;;复吹转炉的气动挡渣出钢技术[J];鞍钢技术;1989年12期 6王世栋;采用新型挡渣系统改善钢质量[N];世界金属导报;2001年 7张春 挡渣镖挡渣 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 在鞍钢的应用 [期刊论文] -鞍钢技术2007(2) 8宋依新.张玉柱.高永平 带导向杆挡渣出钢技术的应用 [期刊论文] -河北冶金2006(4) 9李建新 张德福;气动挡渣技术在鞍钢的应用及存在的问题[期刊论文] -鞍钢技术2005(3)
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