炉外精炼的吉布斯工艺过程自动化控制系统

1、冶金工艺创新所冶金工艺创新所特米托里.阿力克山特洛维奇.巴那马林可总经理GIBBS热力动力学模型基础上的控制系统构建的主要原则构建的主要原则: 各炼钢设备工艺过程自动化控制系统的共同装备 热力动力学模型 采用各种模型的效果控制系统控制系统: 电弧炼钢炉 转炉 炉外精炼部分 生产链工艺师自动化工作台工艺师自动化工作台技术咨询服务技术咨询服务推介内容推介内容各炼钢设备工艺过程自动化控制系统的共同装备各炼钢设备工艺过程自动化控制系统的共同装备信息跟踪信息跟踪一级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的

2、信息各种报告收集数据切换手动控制/自动控制形成各种工艺解决措施按各标准制度控制按各标准制度控制信息跟踪信息跟踪一级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的信息各种报告收集数据切换手动控制/自动控制收集各标准制度收集各标准制度过程数据样板图案板马斯基模范操作专家系统冶金模型加热模型合金化模型真空处理模型变性处理模型金属金属渣渣气气质量(金属、渣、气)化学成分(金属、渣、气)温度(金属、渣、气)结果结果原始数据原始数据热力动力学模型热力动力学模型+考虑到动力学考虑到动力学+ 热能模型热能模型质量化学

3、成分温度压力模拟的原则模拟的原则机组的数学模型机组的数学模型机组的数学模型机组的数学模型直接任务直接任务结果：知道任何时间的金属和渣的化学成分当时的数值，也能预报到冶炼终结时的数值变化监察和预报监察和预报质量(金属、渣、气)化学成分(金属、渣、气)温度(金属、渣、气)质量化学成分温度压力结果结果原始数据原始数据机组的数学模型机组的数学模型反向任务，最佳化反向任务，最佳化结果：计算所有合理的制度和操作-从冶炼开始(或者从适时)到冶炼过程的终点编制工艺解决措施编制工艺解决措施质量(金属、渣、气)化学成分(金属、渣、气)温度(金属、渣、气)加料的数量和时间加料的数量和时间进行冶炼的工艺制度进行冶炼的

4、工艺制度直接任务直接任务结果：知道任何时间的金属和渣的化学成分当时的数值，也能预报到冶炼终结时的数值变化质量化学成分温度压力结果结果原始数据原始数据机组的数学模型机组的数学模型模型的万能牲模型的万能牲质量(金属、渣、气)化学成分(金属、渣、气)温度(金属、渣、气)加料的数量和时间加料的数量和时间进行冶炼的工艺制度进行冶炼的工艺制度 反向任务，最佳化反向任务，最佳化结果：计算所有合理的制度和操作-从冶炼开始(或者从适时)到冶炼过程的终点机组的数学模型机组的数学模型不是用钢种，而是用化学成分不是用钢种，而是用化学成分 采用任何物料 冶炼任何钢种质量(金属、渣、气)化学成分化学成分(金属、渣、气金属

5、、渣、气)温度(金属、渣、气)模型的万能牲模型的万能牲质量化学成分化学成分温度压力采用热力动力学模型的优点采用热力动力学模型的优点 冶炼任何钢种 采用任何物料 在整个冶炼过程中可以实现最佳化的操作 在任何情况下，包括意外情况，都具有工作能力 其中其中-可靠性可靠性 不仃的对金属和渣的适时状况进行监察 监察非金属夹杂物对金属的污染 可以模拟任何的炼钢过程 可以适应任何具体的机组信息跟踪信息跟踪一级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的信息各种报告收集数据切换手动控制/自动控制吉布斯工艺过程自动化

6、控制系统过程数据冶炼方案按冶炼进程编制工艺解决措施按冶炼进程编制工艺解决措施吉布斯控制系统吉布斯控制系统1. 工艺过程控制工艺过程控制冶炼工艺过程的设计按照冶炼进程计算所有必须的和相关的操作，这是为了保证在现有条件下，在冶炼终止时刻能得到金属所需要的化学成分和温度对冶炼过程的跟踪监察从一级工艺过程自动化控制系统得到和分析数据情况修正根据实际累计的情况进行冶炼操作方案的重新计算控制所有的装备在冶炼方案的基础上形成指令和发布指令给控制基站2. 信息跟踪信息跟踪收集和保存冶炼和所炼金属的所有数据标准参考信息形象化编制报告和其他文件确保和所有相邻控制系统的通信和数据贮存吉布斯控制系统吉布斯控制系统主要

7、功能主要功能冶炼开始冶炼开始(在得到冶炼任务后在得到冶炼任务后)： 首次计算冶炼方案首次计算冶炼方案: 计算炉料废钢、生铁(铁水/铁块)、球团矿、热压铁块(HBI) 和其它 计算输入功率曲线 计算工作枪的图表 (所有枪共同的或按每枝单独的) 计算氧气吹炼制度 计算每炉钢所要加的造渣料和其他物料的数量，以及它们的给料制度 预先计算在出钢时往钢包加的脱氧剂，合金料和造渣料的数量 操作冶炼方案的重新计算：当实际冶炼炉料数据得到时操作冶炼方案的重新计算：当实际冶炼炉料数据得到时由于铁水兑少或兑多了，由于铁水兑少或兑多了，废钢加少了或加多了，以及化学成分，铁水温度和其他等废钢加少了或加多了，以及化学成分

8、，铁水温度和其他等按冶炼进程：按冶炼进程： 监察冶炼过程所有的参数监察冶炼过程所有的参数 计算现在的和要预报的金属和渣的温度和成分的数值计算现在的和要预报的金属和渣的温度和成分的数值 根据冶炼进程发生的偏离情况，重新计算冶炼方案根据冶炼进程发生的偏离情况，重新计算冶炼方案在出钢前，出钢时：在出钢前，出钢时： 在出钢前，精准计算在出钢时往钢包里加的所有物料，这个计算是在知道出钢前在出钢前，精准计算在出钢时往钢包里加的所有物料，这个计算是在知道出钢前金属的温度，氧化性和化学成分的基础上进行的金属的温度，氧化性和化学成分的基础上进行的吉布斯控制系统吉布斯控制系统电弧炼钢炉工作顺序信息跟踪信息跟踪一级

9、工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的信息各种报告收集数据吉布斯工艺过程自动化控制系统过程数据冶炼方案吉布斯控制系统吉布斯控制系统氧气转炉氧气转炉炉号C,%,%,oCT,oC103080实例0.038-0.0041617-7计算0.0341610103081实例0.048-0.0071626-4计算0.0411622103082实例0.048-0.0131655-17计算0.0351638103083实例0.047-0.0121631-13计算0.0351618203120实例0.047-0.

10、005158612计算0.0421598203121实例0.0260.0131596-9计算0.0391587203123实例0.061-0.0171632-3计算0.0441629303275实例0.043-0.0091674-40 *计算0.0391634303276实例0.0420.00116263计算0.0431629303277实例0.0510.0021632-6计算0.0531626偏差平均0.00838,22最大0.01717* 测量误差吉布斯控制系统吉布斯控制系统氧气转炉氧气转炉仿真计算仿真计算冶炼开始冶炼开始(在得到冶炼任务后在得到冶炼任务后)： 首次计算冶炼方案：首次计算冶

11、炼方案： -炉料计算铁水(并考虑铁水温度和成分) 和废钢数量 计算一炉钢所需要的氧气量 计算一炉钢所需要的造渣料和其他物料 计算冶炼时加散装料和吹氧强度间相适应的图表 预先计算在出钢时往钢包加的各种脱氧剂，合金料和造渣料的数量 修正所有计算：当实际冶炼炉料数据得到时修正所有计算：当实际冶炼炉料数据得到时由于铁水兑少或兑多了，废钢加少了由于铁水兑少或兑多了，废钢加少了或加多了，以及铁水化学成分，铁水温度和其他等或加多了，以及铁水化学成分，铁水温度和其他等按冶炼进程：按冶炼进程： 检查冶炼过程的所有参数检查冶炼过程的所有参数 计算现时的和要预报的金属和渣的温度和成分的数值计算现时的和要预报的金属和

12、渣的温度和成分的数值 在收集到炉气成分的基础上，计算冶炼和金属温度的平衡在收集到炉气成分的基础上，计算冶炼和金属温度的平衡 在发生某些偏离时要重新计算冶炼方案在发生某些偏离时要重新计算冶炼方案在出钢前，出钢时在出钢前，出钢时 精准计算在出钢前往钢包里加的所有物料，这个计算是在知道出钢前金属的温度，精准计算在出钢前往钢包里加的所有物料，这个计算是在知道出钢前金属的温度，氧化性和化学成分的基础上进行的氧化性和化学成分的基础上进行的吉布斯控制系统吉布斯控制系统氧气转炉氧气转炉工作顺序工作顺序信息跟踪信息跟踪一级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报

13、告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的信息各种报告收集数据吉布斯工艺过程自动化控制系统过程数据处理方案炉外精炼的吉布斯工艺过程自动化控制系统炉外精炼的吉布斯工艺过程自动化控制系统系统要解决以下任务准确地执行钢水炉外精炼现行的工艺制度把连铸前的钢水化学成分和温度命中在狭窄的规定的范畴内。并稳定一炉接一炉的钢水质量。最低的物料消耗-这是由于炉外精炼时对所需的合金料和其他需要的物料进行精准计算的结果监察钢水中的非金属夹杂物的成份和含量操作统计所有发生的偏离-操作统计实际生产条件下累计发生的所有偏离和相应修正钢水的精炼操作制度操作过程运行的稳步性-钢水精炼在非稳定的原始条件下进行(进站处理

14、的半成品成份和要用的合金料和其他料的成份不稳定) ，或者过去从未用过的物料 以及在意外情况时吉布斯控制系统吉布斯控制系统炉外精炼部分炉外精炼部分信息跟踪信息跟踪一级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统二级工艺过程自动化控制系统数据库编制各种报告执行机构指令手动控制冶炼任务,原料数据操作过程的信息各种报告收集数据吉布斯工艺过程自动化控制系统过程数据处理方案炉外精炼的吉布斯工艺过程自动化控制系统调度职能调度职能关于浇铸的数据关于浇铸的数据关干冶炼半成品的数据关干冶炼半成品的数据调度系统调度系统车间车间车间生产计划车间生产计划调度系统ERP, MES工艺数据库工艺过程自动化控制系统二次冶

15、金连铸机工艺过程自动化控制系统工艺过程自动化控制系统电弧炼钢炉/转炉+ 计划计划生产作业管理生产作业管理吉布斯控制系统吉布斯控制系统效果效果耒源耒源 经常检测机组中金属的现况 能预报操作过程的发展和预先告知问题 精准计算所有工序的操作 在整个冶炼过程中寻找最佳的解决方法 消除炼钢工的错误操作主要的：主要的：吉布斯控制系统允许冶炼过程在最高度的自动化操吉布斯控制系统允许冶炼过程在最高度的自动化操作制度下进行冶炼作制度下进行冶炼这保证：这保证： 在出钢前能可靠地命中金属的化学成份和温度，在出钢前能可靠地命中金属的化学成份和温度，稳定从一炉到一炉的金属质量稳定从一炉到一炉的金属质量 金属中炭含量金属

16、中炭含量-达到达到0.01, 磷含量磷含量-不高于规定的含量不高于规定的含量, 温度温度10度度 降低炼钢消耗降低炼钢消耗 降低助熔剂消耗降低助熔剂消耗5-20, 降低电耗降低电耗2-5, 降低天然气消耗降低天然气消耗-达达10, 降低氧气耗量降低氧气耗量-达达10, 增加金属所得增加金属所得0.5-3; 缩短平均冶炼时间和提高生产率缩短平均冶炼时间和提高生产率 缩短冶炼时间缩短冶炼时间2-5分钟分钟 提高机组生产率提高机组生产率2-5效果效果电弧炼钢炉电弧炼钢炉 提高和稳定一炉到一炉半成品的质量提高和稳定一炉到一炉半成品的质量 金属中炭含量金属中炭含量-到到0.01, 磷含量磷含量-不高于规

17、定的含量不高于规定的含量, 温度温度15度度 消耗最低化消耗最低化 减少熔剂消耗减少熔剂消耗5-10, 减少氧气消耗减少氧气消耗2-5, 减少金属烧损减少金属烧损(增加金属回收增加金属回收)0.5-3, 减少脱氧剂消耗减少脱氧剂消耗5-15, 在降低渣中在降低渣中FeO从而降低炉衬消耗从而降低炉衬消耗, 由于工艺链各设备组合协调从而降低消耗由于工艺链各设备组合协调从而降低消耗 缩短平均冶炼时间和提高生产率缩短平均冶炼时间和提高生产率 缩短平均冶炼时间缩短平均冶炼时间2-4分钟分钟 提高机组生产率提高机组生产率, 增加生产量增加生产量.效果效果氧气转炉氧气转炉 降低钢生产消耗降低钢生产消耗 降低

18、物料消耗降低物料消耗3-5, 降低电能消耗降低电能消耗35%, 降低电极消耗降低电极消耗35% 减少钢包耐火衬消耗减少钢包耐火衬消耗35% 提高供给连铸钢水的质量提高供给连铸钢水的质量 减少减少(消除消除)水口结瘤现象水口结瘤现象, 提高浇铸能力提高浇铸能力-达达3, 降低金属退废降低金属退废, 降低工艺切损降低工艺切损; 提高二次冶金部分的生产率提高二次冶金部分的生产率 减少取样和测温次数减少取样和测温次数, 减少在钢包炉上的金属精炼时间减少在钢包炉上的金属精炼时间 提高金属成品质量提高金属成品质量效果效果钢水精炼部分钢水精炼部分(二次冶金二次冶金)工艺师自动化工作台工艺师自动化工作台模拟电

19、弧炼钢炉模拟电弧炼钢炉+钢包炉钢包炉工艺师自动化工作台工艺师自动化工作台模拟转炉冶炼模拟转炉冶炼技术咨询服务技术咨询服务开发和完善炼钢工艺开发和完善炼钢工艺 提高现有设备的生产力提高现有设备的生产力 降低能源和物料的消耗降低能源和物料的消耗 适应适应(调整调整)生产情况发生变化时相应的工艺制度生产情况发生变化时相应的工艺制度(所采用的物料改变，所采用的物料改变，品种变化，设备特点改变等品种变化，设备特点改变等) 评估这些或那些工艺现代化改造的效果评估这些或那些工艺现代化改造的效果 评估采用各种新物料的可行性，并从中选出最合理的物料评估采用各种新物料的可行性，并从中选出最合理的物料 开发提高钢水可