炼钢厂生产过程数据综合分析系统的设计与实现

宝钢特钢有限公司炼钢厂已投运1套“炼钢生产过程数据综合分析系统”,用于对多条炼钢产线的生产进行全过程数据采集处理,系统24h自动跟踪记录信息,关键数据长期保存。该系统属于离线过程数据质量分析系统,可提高炼钢厂过程数据的自动化数据采集能力和过程监控水平,为过程质量监控管理提供数据支持,为每一炉钢的冶炼、浇铸提供完整的过程质量数据。系统主要数据来自炼钢厂各L2生产过程控制系统。系统将采集来的过程数据通过重组和处理形成一个理想的数据分析平台,利用该平台质量管理人员可以追溯、管理需要的炼钢过程信息。     

电弧炉炼钢流程的能量状况

阐述了电弧炉炼钢的基本功能以及提高能量转换的3个工程问题--增加能量供应、增加输入功率、提高能量的利用效率,详细论述了现今电弧炉炼钢在整个钢铁制造流程中衔接上下工序匹配的重要作用.根据2003和2004年国内4个大型电弧炉炼钢流程的生产实绩说明我国大型电弧炉炼钢生产率已接近国际先进水平,其生产速率已达到国际领先水平,电能消耗已降到200～400 kW·h/t的国际先进水平,但实际能量-物质转化效率的水平仍然不高,电弧炉炼钢节能工作仍有待进一步提高.     

电炉降低冶炼电耗的实践

结合安龙钢铁公司的生产实际,通过对安龙电弧炉炼钢过程的能量平衡进行分析,找出了冶炼电耗高的原因和影响因素。就安龙的现状进行了设备技术改造和炼钢工艺改进,达到了预期的目的。     

近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

 中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO₂-Ar动态底吹脱氮、熔池内O₂-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。     

电弧炉炼钢过程的系统工程思考

随着系统科学体系的逐步完善，钢铁生产方式由于科技创新和发展也经历了从经验模式转变为科学生产模式，对具有过程系统特征的钢铁工业，可以应用系统工程的方法整体进行思考和分析，借助系统科学的技术手段对复杂的电弧炉炼钢过程进行抽象描述，将复杂的涉及多物态多能态的电弧炉炼钢过程抽象为以物质和能量转化为约束的单元系统，全面理解电弧炉炼钢生产中能量和物质转化过程，对约束条件附加过程时序因素，可以建立过程模型对生产过程进行模拟，针对实际工况下电弧炉冶炼过程的系统解析和抽象，能够建立以工艺操作为控制因素的过程控制模型，对实际生产炉料结构产生的问题，准确分析影响技术经济指标的关键工艺因素，解决了目标温度和碳含量“同步”问题，取得了将单炉冶炼周期缩短2 min的生产效果。     

电弧炉炼钢过程的跨尺度能量集成理论研究

研究分析了电弧炉炼钢过程的冶金学特征,指出供应能量对电弧炉炼钢的物质转化过程起到了决定性的作用.观察、认识到在炼钢过程中存在着微观、介观、单元操作级和工位级等尺度级的时空多尺度结构.在工位级按能量将供氧、供电两项功率单元进行跨尺度集成,形成了工位级跨尺度能量集成的一般方法,并用数学公式进行了描述.工业试验和工业生产表明:跨尺度集成的理念和方法与炼钢生产相结合可取得较好的生产效果,平均冶炼电耗为271.1kW.h.t-1,氧气消耗为40.4m3.t-1,冶炼周期为52.9min.     

基于MES的数据采集系统升级改造

针对传统的棒材生产线在生产过程中存在的生产数据记录滞后,实时监控和数据统计困难,数据的可靠性差,利用率低等问题,天钢棒材厂采用了基于MES的棒材生产线数据采集系统加以解决。对MES系统的应用背景、工作流程、数据采集点、采集过程、采集方式进行了论述。对升级改造中遇到的问题提出并实施了解决方案,搭设了天钢棒材厂生产控制系统与生产管理系统之间的信息桥梁。数据采集系统实现了各生产环节的分散控制,生产数据的集中管理。     

炼钢过程中能量的回收与利用

结合热力学第一定律和第二定律分析了炼钢过程中主要能量的转化和利用方法,探讨了转炉炼钢的热力学过程,以实例阐述了氧气转炉炼钢生产过程中能量的消耗,转移和合理利用以及节能途径。     

炼钢区域网络传输系统的开发与应用

通过建立分析数据实时传输系统,将炼钢区域炉前分析数据及时准确地传输到各生产现场,实现了在线数据采集、分析、查询等管理手段的智能化。     

IFIX软件在连铸机漩流池系统中的应用

以炼钢漩流池系统为背景,介绍了IFIX数据采集与过程监控软件,以及它在漩流池系统中的应用。IFIX软件实现了对生产过程数据实时显示、采集、报警。     

衡钢电弧炉炼钢流程能量的多尺度研究

摘要： 在建立不同铁水比例下的能量平衡与物料平衡的基础上,利用多尺度方法分析研究衡阳华菱钢管有限公司电弧炉炼钢跨尺度全流程能量的状况,主要包括工位级节能技术研究、余热利用技术、工位级间相互的关系与电弧炉炼钢流程集成技术。实现了跨尺度全流程能量的集成,得出最优能耗的冶炼生产模式。     

电弧炉炼钢高效化的能耗状况分析

 研究了国内现代电弧炉炼钢高效化的电能消耗和能量消耗的状况。研究中选取了3家有代表性的特钢生产企业,2个对比年度的电弧炉炼钢及其前后步5个工序的原料和介质消耗数据约12000个,计算烧结、高炉炼铁、直接还原铁、炼钢、轧钢5个工序的电耗和能耗值,还定义了这5个工序的电耗、能耗加权值为全流程的电耗、能耗值。结果表明,近年来国内电弧炉炼钢炉料结构增加热铁水后,虽然生产效率提高,并且炼钢工序吨坯电耗、能耗和全流程吨坯电耗均有明显降低,但全流程吨坯能耗却大幅度上升。     

电弧炉炼钢发展循环经济的研究

介绍了电弧炉炼钢的发展概况,通过电弧炉炼钢流程的资源和能源特征,得出该流程是资源节约型和环境友好型的流程。最后,列举出电弧炉炼钢中符合循环经济"3R原则"的各项指标及其对应的节能降耗技术,说明短流程钢铁企业发展循环经济大有文章可做。     

现代炼钢流程冶炼工序的共性问题

论述了现代炼钢流程冶炼工序即转炉冶炼和电炉冶炼的共性问题;指出了二者在功能演变、原料结构、能源结构、终点控制、底吹氮、经济性评价及对生产钢种的适应性等方面存在共性;讨论了二者之间共性对中国钢生产发展的影响.并强调电炉流程与转炉流程在一相当长的时间内会共存,转炉钢与电炉钢的比例会有所变化,电炉钢的比例虽比不上世界电炉钢比的水平,但会逐步增加.     

西宁特钢70t转炉炼钢成本控制模型的研究

基于西宁特殊钢股份有限公司70t转炉炼钢实际生产数据建立转炉炼钢成本控制模型。实时动态采集转炉冶炼过程中的各项冶炼数据,实现全程冶炼监控和完整数据存储。模型以成本消耗为关键因素,精确计算冶炼各项成本的消耗。采用当前炉次与历史最佳冶炼炉次数据以及与当前理论计算模型数据进行比较的方法,提高炉前操作人员的成本控制意识,降低冶炼成本。     

现代电弧炉冶炼能量结构模型

建立了基于能量平衡描述冶炼周期、电耗与操作工艺参数之间关系的电弧炉冶炼能量结构模型。根据电弧炉冶炼周期综合控制理论,指出现代电弧炉能量结构优化的核心是缩短冶炼周期和降低电耗。对于安钢100t竖炉电弧炉,通过该模型计算出最佳的工艺参数为热装31％铁水、吹氧量5500m^3／h、供电平均有功功率55MW、采用轻型废钢进行预热。铁水不足的条件下,应添加生铁或改性生铁作为补充,同时应根据冶炼周期最短的原则对吹氧制度和供电制度进行综合控制,保证冶炼过程中合适的吹氧量和提高供电的综合热效率。     

电弧炉炼钢技术进展

回顾了电弧炉炼钢发展的概况,讨论了中国电弧炉炼钢发展面临的主要问题和机遇,重点分析了电弧炉炼钢的工艺改进和高效化技术发展,并从高效率、高质量、低能耗、低排放、可持续发展的角度出发对电弧炉炼钢流程的工艺装备和技术发展给出了新总结,并提出了发展前瞻性建议。