Consteel电炉废钢预热通道动态混风系统的设计与控制

７０ｔＣｏｎｓｔｅｅｌ电炉冶炼工艺实践王辉韦则洪（鄂城钢铁集团有限公司）摘要：Ｃｏｎｓｔｅｅｌ电炉炼钢技术正越来越多地受到各电炉炼钢厂的注意，其快的生产节奏和低的生产成本也逐渐被重视。

本文总结了鄂城钢铁集团有限公司电炉炼钢ｆ一７０ｔ超高功率Ｃｏｎｓｔｅｅ［电炉的冶炼工艺实践，对泡沫渣产生的机理进行了探讨．并指出了今后努力的方向。

关键词：Ｃｏｎｓｔｅｅｌ电炉泡沫渣冶金质量１引言４主要设备技术参数鄂钢集团电炉炼钢厂７０ｔＣｏｎｓｔｅｅｌ电炉工程于２００２年９月１３日正式建成投产，它采用“７０ｔ超高功率ＥＡＦ＋７０ｔＬＦ炉＋Ｒ１０ｍ四机四流高效合金钢连铸机”短流程生产工艺。

其电炉应用了Ｃｏｎｓｔｅｅｌ加料、废钢预热、水冷炉壁和炉盖、电极喷淋、导电横臂、水冷超音速氧枪及相应的碳枪、供电曲线自动控制、ＥＢＴ出钢等当代电弧炉冶炼先进技术，自投产以来，已累计生产钢９５９炉，包括２０ＣｒＭｎＴｉ、２０ＣｒＭｏ、４２ＣｒＭｏ、２０Ｃｒ、４０Ｃｒ、６０Ｓｉ２Ｍｎ等２１个钢号，６５１９０ｔ合格连铸坯。

目前，电炉冶炼工艺较稳定，各项指标正在不断提高。

２工艺流程废钢（生铁）一装料输送机一预热段一Ｃｏｎｓｔｅｅｌ进料一送电熔化一吹氧喷碳一自动流渣，泡沫渣下脱磷脱碳＋取样（＿ｒ＞１５４０℃）一升温一ＥＢＴ出钢一炉外合金化，终脱氧，渣化一填充ＥＢＴ。

３设备特点及相关技术设备特点及相关技术包括：（１）废钢预热系统：废钢进电炉之前，由天车不断地往运输机上料段加料，随着运输机的周期性运动，将废钢（生铁）等置于预热室，并不断加入炉中，炉中产生的烟气不断预热废钢，可将废钢等预热到６００℃左右。

（２）偏心炉底出钢系统（ＥＢＴ）：可实现无渣出钢。

（３）水冷炉壁和炉盖：水冷面积可分别达到７０％和８０％。

炉盖在第５孔连续加料，可向炉内加入各种渣料。

（４）高速可控富氧操作、喷碳操作及关键性的泡沫渣技术：能有效地脱磷，提高炉衬寿命，降低生产成本。

（５）电极喷淋系统：可以有效地降低电极消耗。

毕业设计（论文）题目：基于PLC的加热炉温控制系统设计学院：电子信息学院专业班级：06自动化（2）指导教师：康涛职称：讲师学生姓名：雷颖倩学号：40604010225摘要在现代工业生产过程中，一些温度等作为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高，若采用单回路控制系统，其控制质量无法满足生产要求。

本文针对锅炉的结构特点以及船机控制能够有效的改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等，提出了锅炉温度串级控制的解决方案。

本系统以电加热锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为福被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；完成了系统的硬件设计和PLC程序设计。

经过调试，PLC程序实现了数据采集、A/D转换、PID运算和D/A转换等，达到了设计要求。

关键词：锅炉，温度，串级控制，PLC，PIDABSTRACTIn modern industrial production,some course's capacity often lags behind relatively largely,control also expect relatively much regarding temperature,etc,if adopt the controlsystem of single circuit,its quality of control is unable to meet the production requirement.Because the bunches of control can improve the dynamic characteristic of the course effectively,improve operating frequency,reducing the time constant of the equivalent course and accelerating the response speed,etc.This text have proposed one bunch of solutions of control of boiler temperature.This system leaves target of accusing of on boiler with electricity,export water temperature.With boiler for accuse of parameter mainly,regard the burner hearth water temperature as one pair of parameters of accusing of,regard voltage of resistance wire of the heating furnace as the control parameter,regard PLC as the controller, form one bunch of control systems of boiler temperature;Finish the designing of systematic hardware and the program with PLC.Through debugging,PLC procedure has realized the data gathering,A/D changing,PID operation and D/A changing,etc,has reached the designing requirement.KEYWORDS：boiler，temperature，bunches of control,plc,pid前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。

基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计1 绪论1.1锅炉燃烧控制项目的背景改革开放以来，我国经济社会快速发展，生产力水平不断提高，在生产中，锅炉起着十分重要的作用，尤其是在火力发电中发挥重要作用的工业锅炉，是提供能源动力的主要设备之一。

锅炉产生的蒸汽可以作为蒸馏，干燥，反应，加热等各过程的热源，另外也可以作为动力源驱动动力设备。

工业过程中对于锅炉燃烧控制系统的要求是非常高的，要求锅炉燃烧控制系统必须满足控制精度高，响应速度快[1]。

作为一个非常复杂的设备，锅炉同时具有了数十个包括了扰动、测量、控制在内的参数，参数之间有着复杂的关系，并且相互关联[2]。

而锅炉燃烧过程中的效率问题、安全问题一直是大众关注的重要方面。

1.2锅炉燃烧控制的发展历史对于锅炉燃烧的控制，已经经历了四个阶段[3~5](1）手动控制阶段因为20世纪60年代以前，电力电子技术和自动化技术还没有得到完全发展，技术尚不成熟，因此，这个时期工业人员的自动化意识不强，锅炉燃烧的控制方式一般多采用纯手动的方法。

这种控制方法，要求进行控制的操作工人依靠他们的经验决定送风量，引风量，给煤量的多少，然后利用手动的操作工具等操控锅炉，该方法控制的程度完全取决于操作工人的经验。

因此，要求操作工人必须具有非常丰富的经验，这样无疑大大提高了操作工人的劳动强度，由十人的主观意识，所以事故率非常大，同时，也不能保证锅炉高效稳定的运行。

（2）仪器继电器控制阶段随着科技的不断进步，自动化技术以及电力电子技术快速提高，国内外以继电器为基础的自动化仪表工业锅炉控制系统也得到发展，并且广泛应用于实际生产过程。

在上个世纪60年代前期，我国锅炉的控制系统开始得到迅速发展;到了60年代的中后期，我国引进了国外全自动的燃油锅炉的控制系统；到了上个世纪的70年代末，我国逐渐自主研发了一些工业锅炉的自动化仪器，同时，在工业锅炉的控制系统方面也在逐步推广应用自动化技术。

在仪表继电器控制阶段，锅炉的热效率得到了提高，并且大幅度的降低了锅炉的事故率。

Consteel电炉发展由于具有丰富的钢铁生产原料资源、低廉的劳动力成本和现代钢铁生产技术，巴西逐渐成为全球主要产钢国之一。

为了满足日益增长的需求，巴西正投资数十亿美元以增加粗钢产能。

2004年曾预计，在之后4年中巴西粗钢产量将增长30%，但由于缺乏投资，3年后粗钢产量实际只增加了2.7%。

然而，目前的投资形势已经大为改观。

2007年巴西的粗钢产量增长了9.3%。

为鼓励投资和促进基础产业的发展，巴西联邦政府制定了财政预算达1250亿美元的新生产发展计划（PDP）。

2007年巴西生产粗钢3300万t；到2012年钢产量还将增加1500万t。

根据巴西总统卢拉5月12日公布的PDP计划，其主要目标是使巴西公司在相应领域进入世界前5名，特别是矿业和钢铁行业。

最近在钢铁业的投资项目是由Vallourec公司和日本住友金属工业公司合资的Vallourec & Sumitomo Tubos do Brasil (VSB)公司新建钢管产能，该项目的供货合同给予了Tenova公司。

该项目位于巴西米纳斯吉拉斯州Jeceaba 市，年产100万t无缝钢管，采用140t Consteel?电炉炼钢。

新建电炉将是全球第一座使用创新型金属原料配比的电炉，其原材料包括：废钢、铁水和生铁。

灵活的原料构成据称，Tenova钢铁公司提供的Consteel电炉是世界第一座已证明可灵活使用金属原料的电炉，这对于世界最大的铁矿石生产国之一、一般新建钢厂主要以高炉生产铁水为主的巴西而言具有非常重要的意义。

电炉使用铁水有助于提高电炉生产率、缩短出钢到出钢时间。

另外，由于铁水温度高达1300℃甚至更高，可提供电炉炼钢所需的大部分能源，1t 1430℃的铁水能够提供大约250kWh的热能。

过去，电炉炼钢对所用铁水量有一定限制，随着电炉的不断改进和工艺技术的发展，铁水在电炉内可以高速脱碳，且不会影响电炉的生产效率或是造成废气处理系统过载。

废钢预热形式与节能分析冶金075班 06 李运明摘要：电炉炼钢节能降耗是电炉企业的一项重要工作。

废钢在装炉前预热，其潜在的优点首先是降低电弧炉的总能耗，其次是提高生产率和减少电极消耗。

本文就废钢预热的几种形式和预热效果进行简单的分析，通过对预热系统的简单描述，然后以数据说明废钢预热的好处。

关键词：电炉炼钢;节能降耗;废钢预热Preheat Scrap form and energy analysisAbstract: energy conservation and consumption reduction is an important work for steel industries. Scrap for the warm, the potential of the advantages of the first is the total energy consumption reduction in an electric arc, the increase productivity and reduce the consumption.The scrap is so warm in the form and warm effect a simple analysis,by a brief description of preheating system, and then to scrap the benefits of preheating data shows。

Key words : Steel smelted in electric furnace；Energy conservation ；Waste steel preheat 前言：电炉炼钢与转炉炼钢相比，具有投资省、建设周期短、生产调度灵活、优特钢冶炼比例高等优点。

但电炉钢生产以废钢为主要原料、以电力为主要能源，其工序能耗和生产成本要高于转炉炼钢。

Consteel电弧炉冶炼工艺是一种电炉冶炼新工艺,是20世纪90年代发展起来的一种新型电弧炉, 近几年在国内已有多条设备在运行.其主要设备有EBT超高功率电弧炉,Consteel废钢预热系统和除尘系统.其思想是将废钢有效预热,达到节能降耗以及缩短冶炼周期的作用. Consteel电弧炉通过特殊的输送设备将废钢及辅助原料连续输送至电炉炉内,在冶炼同时对炉料预热,它的烟尘排放量和噪音较小,改善环境.特殊的输送设备连续把金属料送到炉内,进入预热段的炉料和电炉烟气相遇,烟气的显热和CO的二次燃烧共同连续预热了废钢,预热后的废钢加入炉内冶炼,可使废钢的入炉温度达到600℃左右.连续加料工艺的特点为废钢被一直留在炉内的钢水直接熔化,电能用来加热钢液而不像传统的顶装料工艺用电弧直接熔化废钢.由于这一独特的冶炼特点, Consteel电弧炉冶炼平稳,极大减少了顶装料工艺中存在的电压波动和闪烁.交流电炉配连续加料系统比交流电炉采用顶装料工艺的电压波动小,维护费用低得多.1、C onsteel电弧炉1）与采用传统技术和其他技术的电炉相比，Consteel电弧炉生产率高，冶炼周期在60min以内，易于和连铸机匹配。

2）电能消耗：与传统的电炉相比，连续加料节能来源于废钢预热.另外,电炉炉盖开启少,减少熔池暴露造成的热辐射损失.采用80%废钢,20%生铁或采用100%废钢炉料配比的连续加料交流电炉,能耗340～/380kW·h/t.。

另外，由于Consteel电弧炉连续操作,供电曲线平稳,至少可减少3%～5%的电费.3）耐材消耗:由于Consteel电弧炉连续在熔融状态下工作,电弧一直被泡沫覆盖,电弧到熔池的热传导效率高,降低了电弧炉耐衬,炉盖和水冷壁的损失.4）电极消耗:连续加料电极消耗的降低来自于: (1)由于炉内还原气氛,减少了电极表面的消耗. (2)无电极折断. (3)交流Consteel电弧炉的变压器功率低.5）废钢一钢水收得率:连续加料冶炼操作降低了渣中的FeO含量以及扒渣的金属损失,一般提高金属收得率o.5%～1%.连续加料操作中,熔池连续处于熔融状态,熔池和渣之间强烈和连续的反应维持了低的FeO的含量,由于熔池中C的作用FeO接近平衡.常规电炉操作中,熔池的精炼期不超过10 min,没有足够的时间允许渣中的FeO 含量降到连续加料的水平.另外,烟气烟尘沉积在预热段的废钢中,所以提高了金属收得率.增加的收得率相当于减少了外购废钢.6）烟尘处理量降低:如前所述,因为烟气在预热段流速低,烟尘沉积到废钢中,吨钢烟尘量少.7）氧气和碳:连续加料操作中,氧和碳喷人熔池下产生所需要的足够CO量来维持一定的泡沫渣高度, 实现埋弧操作.同时,碳粉喷入熔池,得到好的收得率.8）除尘室电耗低:因为加料不需打开炉盖,连续加料工艺的布袋除尘系统和传统的或其他方式加料的电炉相比显著降低.因此,风机功率小.9）其他投资节省: (1) Consteel电弧炉变压器比超高功率交流电弧变压器小,变电所设备(变压器,断路器等)相应减小, 节省了投资. Consteel电弧炉一直处于平熔池冶炼状态, 避免了穿井时的电弧不稳定,对上级电网的闪变冲击较小,与顶装料相比,约可以减少60%～70%,对无功功率补偿的电气设备要求较低,根据上级电网的短路容量, 一般不需要动态补偿设施. (2)电炉连续精炼周期内,噪音限制在90 dB,因此电炉不需设大烟罩(狗窝).不仅意味着明显的投资节约,也避免了复杂的操作.10）连续加料其他益处: (1)传送设备加料期间炉盖关闭,整套预热一冶炼系统保持负压,环境清洁. (2)电弧一直在平熔池冶炼工作并被泡沫渣覆盖,噪音低. (3)可得到低的磷,硫含量.11）造渣材料:造渣材料在预热段前加到连续加料系统上.设置专门的加料设施,熔剂加料系统配有石灰, 白云石,萤石等.这些材料连续送到连续加料传送带上. 要加的造渣材料数量的设定值由EAF/连续加料过程计算机确定,再传送到加料系统的PLC. 12）除尘系统的操作数据: (1)电炉内负压约一13Pa.(2)连续加料预热段烟气出口处的温度最大800℃. (3)烟气在二次燃烧室的停留时间为2 S.13）电炉在整个冶炼周期内几乎一直由超音速氧枪吹入氧气,产生高度氧化气氛. 吹人炉内的氧气也和碳发生反应(碳氧枪/或来自炉料中生铁的含碳,产生两个作用: (1)形成泡沫渣. (2)进行放热反应C+O2——CO2为炉内提供能量。

炼钢电弧炉技术与PHU MY钢厂电炉炉型选择1. 概述近年来，炼钢电弧炉技术有了长足的进步，直流电弧炉、高阻抗电弧炉、带废钢预热的竖式电弧炉及连续炼钢电弧炉等由于其独特的技术和良好的操作得到了不同程度的推广和使用。

开发和使用新炉型的根本出发点都是基于下列三种目的：最大限度地节能降耗；提高电炉设备的生产能力；减少并控制电炉生产对环境的影响。

（1）为最大限度地节能降耗，可采取如下技术措施：交流电炉改为直流电炉，降低电极消耗和电能损失；利用高温烟气对废钢进行预热，可最大程度地利用化学热和炉气显热预热废钢，节能降耗。

具有代表性的炉型有竖式交/直流电弧炉，Consteel炉等。

电炉采用喷吹助熔及二次燃烧技术，装备碳氧烧嘴、碳氧枪设备来强化冶炼，可充分利用化学能以达到节电和降低总能耗的目的。

代表性炉型有Danarc炉等。

（2）提高设备生产能力现代电炉钢厂基本采用“三位一体”或“四位一体”短流程工艺，因此，要求电炉必须和精炼炉、连铸机及后部轧机系统协调一致，以保证整条生产线的连续性，实现多炉连浇。

所以电炉的冶炼时间一般缩短在1小时左右，电炉的生产能力可得到极大的提高从而获得最佳的经济规模，取得最大的经济效益。

提高变压器的功率水平，采用废钢预热、喷吹碳－氧进行强化冶炼及双炉壳电炉技术都有利于缩短冶炼时间，提高电炉的生产能力。

（3）减少和控制电炉生产对环境的影响电炉生产对环境的影响主要集中在以下三个方面：烟气及有毒气体对空气的污染；电炉的噪音危害；电炉冶炼对电网冲击造成的闪烁。

Consteel电炉和竖式电炉由于废钢预热的温度比较高，一般在600～700℃，废气中的有害气体基本上可以得到较完全地燃烧而不裂解为有害气体污染周围环境。

直流电弧炉要求的电网容量一般为变压器容量的40倍，小于传统交流电弧炉80倍的要求，因此在同样电炉容量情况下，直流炉的“闪烁”值仅为交流炉的45~50％。

此外，直流炉电弧稳定，噪音也比交流炉低15~20dB.高阻抗电弧炉由于串入电抗器，减少了电流波动，减轻了闪烁和谐波对电网的干扰。

塑！篁拦堡主堑墨生鲎堡堡苎茎王盟些墼茎丝塑篓型墨竺竺堡生圈４矗燃烧炉溢度控制系统糖辑窗口圈４－３Ｅ隶属函数编辑嚣界面图４－４ＥＣ隶属函数稿辑器界面圈４－５ｕＱ隶属函数编辑器界面第四章燃烧过程的模期控制系统的设计图４－６ＩＪＲ隶属函数编辑器界面隶属函数编辑窗口设定以上一节内容的隶属函数赋值表为依据的。

４．４．２模糊控制规则的设定田”镁糊规删辅辑器在如图４．７所示的模糊规则编辑器中提供了一个文本编辑窗口，用于规则的输入和修改。

模糊规则编辑器的菜单功能与前两种编辑器基本类似，在其视图菜单中能够激活其他的编辑器或窗口。

界面下部还有三个按钮，分别为删除规则、增加规则及修改规则。

在这个界面下编辑模糊规则是十分方便的，系统已经自动地把在ＦＩＳＥｄｉｔ中定义的变量显示在界面的左下部。

在窗口中只需按照上一节中的控制规则输入到编辑器中即可。

４．４．３模糊规则观察器在模糊规则测览器中，以图形形式描述了模糊推理系统的推理过程，其界面如图４－８所示，可以在窗口中改变系统输入的数值来观察模糊逻辑推理系统的输出情况。

河海大学硕士研究生学位论文基于ＰＬＣ的垃圾焚烧炉控制系统的设计翻４－８模糊规则观察嚣４．４．４模糊推理输入输出曲面观察界面翻４＿９模糊推理，Ｉ入输出曲面观察界面模糊推理输入输出曲面观察界面如图４母所示．该窗口以图形的形式显示了模糊推理系统的输入输出的特性曲线，在该窗口内用菜单选项改变相应的参数可以来查看不同性质的图像。

本例中仅以Ｅ和ＥＣ作为输入，ＵＱ作为输出为例。

输出ＱＲ的计算和以上类似就不作详细介绍。

利用ＭＡＴＬＡＢ模糊控制箱，最终计算的出ＵＱ的控制查询表，如表４－６所示。

2021年中级安全工程师-安全生产专业实务（金属冶炼安全）考试题库（含答案）单选题1.下列关于堆取料机安全控制措施的说法，正确的是（）。

A、两辆堆取料机在同一轨道、向同一方向运行时相距不应小于3mB、下班停机要切断堆取料机上总电源开关，并夹紧夹轨器C、开车前，首先送电，确认堆取料机稳定后，松开夹轨器D、堆取作业时，悬臂抬升和回转可以同时进行答案：B解析：堆取料机的行走轨道两端必须设有极限开关和安全装置，两车在同一轨道、向同一方向运行时相距不应小于sm。

开车前，首先松开夹轨器，确认无误后送电；下班停机或长时间离开堆取料机时要切断机上总电源开关，并夹紧夹轨器。

堆取作业时悬臂抬升到足够距离后再启动回转。

2.下列关于焦炉烘炉开工安全措施的说法中，正确的是（）。

A、点火前应先打开煤气阀门，再将火把点燃，放在煤气出口前方B、当煤气管道压力低于1000Pa时，要停止加热C、预热油时温度不能过高，一般不超过200℃D、发现烘炉小灶火焰外喷时，要及时查找原因，必要时停止加热答案：D解析：点火前应将火把点燃，放在煤气出口前方，然后再打开煤气阀门，严禁先送煤气后点火。

当煤气管道压力低于500Pa时，应关小烘炉小灶的支管旋塞。

如果煤气压力继续下降，要停止加热。

预热油时温度不能过高，一般不超过90℃，要严防沸腾现象发生。

3.下列关于辊压机安全控制措施的说法，错误的是（）。

A、辊压机运转时，严禁有人靠近，严禁用手或物接触转动中的辊子B、辊压机运转时，严禁打开检查门或外盖，物料可能溅出伤人C、辊压机堵料时，严禁身体探人安全罩内，应在辊压机下方捅料D、液压系统发生泄漏，严禁用手封堵答案：C解析：处理辊压机堵料时应采取长钎子捅料等方式，严禁身体探人安全罩内或在辊压机下方直接捅料。

4.煤粉仓、储煤罐、喷吹罐、仓式泵等设应按规定设置泄爆孔并安装泄爆片，泄爆孔的朝向应不致危害人员及设备。

下列关于泄爆片后面的压力导引管的说法，正确的是（）。

电炉10.1 设备与相关设施10.1.1 电炉的最大出钢量，应不超过平均出钢量的110%。

10.1.2 容量30t 及其以上的电炉，均应采用高架式布置，并采用钢水罐车出钢。

10.1.3 电炉倾动机械应设零位锁定，电极升降应有上限位锁定；电炉炉盖升降与旋转、电极升降与旋转、炉子倾动等动作的机械之间，应设有可靠的安全联锁；电炉液压站，应在断电事故情况下仍能完成一次出钢动作。

10.1.4 根据GB50016 的规定，单台额定容量大于或等于40MVA 的电炉油浸变压器应设置自动灭火系统，且宜采用水喷雾灭火系统。

10.1.5 氧气阀门站至氧燃烧咀和碳氧喷枪的氧气管线，应采用不锈钢制作，并应在软管接头前焊接长1.5m 以上的铜管；氧气阀门站应遵守本规程9.2.12 的规定。

10.1.6 设在密闭室内的氮、氩炉底搅拌阀站，应设氧浓度监测装置，浓度偏低时应有人工或自动联锁排气扇开启的保护措施。

阀站应加强维护，发现泄漏及时处理，并应配备排风设施；人员进入前应排风，氧浓度达标确认安全后方可入内，维修设备时应始终开启门窗与排风设施。

10.1.7 采用煤气烧嘴时，应设置煤气低压报警及与之联锁的快速切断阀等防回火设施，还应设置煤气吹扫与放散设施。

10.1.8 水冷炉壁与炉盖的水冷板、Consteel 炉连接小车水套、竖井水冷件等，应配置出水温度与进出水流量差检测、报警装置。

出水温度超过规定值、进出水流量差报警时，应自动断电并升起电极停止冶炼，操作人员应迅速查明原因，排除故障，然后恢复供电。

10.1.9 竖炉、Plus2000 炉、Consteel 炉的废钢预热段废气出口，应设置废气成分连续分析系统；废气中的氧与一氧化碳超过规定值，燃烧室中的点火烧嘴便应工作，并供入适量空气，使排出废气继续完全燃烧。

10.1.10 电炉直接排烟除尘系统的设计，应遵守GB6222 和GB28664 的规定，系统中应有泄爆措施。

10.1.11 竖炉的竖井移动与停留区域下方空间，不应设置阀站等有火灾危险的建筑物，不应有电缆架或易燃管线穿越，否则应采取可靠的防护措施。