LF炉二级模型控制系统的研究与开发

关于精炼LF炉常见故障与处理的研究发表时间：2018-09-10T17:21:16.657Z 来源：《基层建设》2018年第19期作者：蔡志恒[导读]河钢承钢线材事业部河北承德 067002前言：LF钢包精炼炉，用于对钢水进行加热升温、成份调整、脱硫、脱氧、去夹杂、均匀钢水成份和温度，以满足板材对钢水的质量要求，扩大产品品种；能调节转炉和连铸机之间的生产节奏，保证连铸机能多炉连浇。

LF炉钢包精炼炉如果出现故障，直接影响炼钢的生产节奏，造成较大经济损失，和严重的安全事故。

下面对LF炉钢包精炼炉的几种常见故障分析与处理进行探讨。

一、电极升降油缸是柱塞式油缸，在使用中油缸密封容易产生漏油故障。

LF精炼炉电极升降油缸是精炼电极升降机构的主要设备。

电极升降机构由电极升降油缸、升降立柱、电极横臂、电极夹紧放松装置、电极等组成。

采用在线更换油缸密封的方法。

首先，工器具准备：带新密封的接头、支撑架、假轴、4根M20丝杠（带母）、吊环等部件组成。

新接头要提前安装所有的密封元件；支撑架的高度能准确支撑电极油缸立柱的底部。

假轴直径为160mm，高为220mm。

M20丝杠长为1200mm,通长螺纹。

操作工序：油缸利用液压系统的高压油把电极升降机构的所有部件支起，这时把支架安放在立柱下方并固定。

然后拆除液压锁以及阀块，同时清除废油；此时在油缸活塞杆头不参与工作的部分安装吊环，利用导链把活塞杆向上提起300mm左右，把假轴安放在活塞缸正下方，同时落下导链，活塞缸靠假轴支撑，拆除吊环。

接着拆除油缸密封接头的紧固螺栓，把渗漏的接头落到油缸的底座上。

然后在安装吊环，利用导链拉起活塞杆，使之与假轴分离，向外移出假轴和密封接头。

安装新接头，把新接头和假轴安放在油缸底座，放松导链使活塞杆降落到假轴上方，拆除吊环。

然后把4根丝杠安装到油缸部分的法兰内螺纹孔。

接着将接头托起使丝杠穿过接头的法兰螺栓孔，之后旋合螺母。

这时接头刚好在活塞杆轴径变化的过渡区域；接下来的工作就是旋紧螺母，随着不断旋紧螺母，接头平滑且受力均匀的通过过渡段，之后不断旋合，接头的法兰与油缸部分法兰贴合，剩余的4个螺栓孔安装紧固螺栓，此后拆卸丝杠，安装其余螺栓。

钢包精炼炉，是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。

钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。

钢包精炼炉主要功能：1、使钢液升温和保温功能。

钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。

而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利干铸坯质量的提高。

2、氩气搅拌功能。

氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛，钢液获得一定的搅拌功能。

3、真空脱气功能。

通过钢包吊入真空罐后，采用蒸汽喷射泵进行真空脱气，同时通过包底吹入氩气搅动钢液，可以去除钢液中的氢含量和氮含量，并进一步降低氧含量和硫含量，最终获得较高纯净度的钢液和性能优越的材质。

钢包精炼炉的应用对整个企业来看，至少可增加如下得益：加快生产节奏，提高整个冶金生产效率。

应用领域：钢包精炼炉被广泛用于工业、钢铁、冶金等行业。

LF炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。

它的主要任务是：①脱硫②温度调节③精确的成分微调④改善钢水纯净度⑤造渣在LF炉生产中建立过程控制计算机系统，主要用来解决以下问题：①实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。

②按照炉次对LF炉生产进行实时的数据跟踪。

③通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。

④向下工序提供LF炉作业数据。

⑤向工艺人员提供生产数据的历史追溯.LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。

实际就是电弧炉的一种特殊形式。

电弧炉electric arc furnace利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。

气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。

对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。

电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。

安徽工业大学科技成果——钢包精炼炉（LF炉）电极
智能控制与优化
成果简介本项目面向钢包精炼炉（LF炉）电极系统，开发出一种神经网络建模、解耦及控制的智能控制系统。

包括开发出一种含有智能控制算法、SIEMENS Win AC软件、工业以太网、现场总线等多种软硬件技术的系统集成平台，从而实现LF炉三相电极电流的实时在线解耦与控制。

成熟程度和所需建设条件本项目先后成功应用于马钢和湖北新冶钢，结果表明节能减排效果显著，经济和社会效益明显。

本系统可以和原系统兼容，只需要添加一台工控机。

LF炉电极智能控制柜
技术指标LF炉电耗95.66kwh/t，电极1.07kg/t。

市场分析和应用前景可以应用于超大功率电弧炉电极控制。

社会经济效益分析体现在电耗和电极消耗的减少。

调试和监视界面
知识产权及成果获奖情况
成果“钢包精炼炉电极控制系统智能建模及控制技术的研究与开发”获得安徽省科技进步二等奖。

发明专利：ZL200510123198.3基于模型参考自适应控制的多变量系统神经网络解耦的简捷方法；ZL200510123197.9基于神经网络逆辨识与逆控制的多变量系统的间接解耦方法
合作方式合作开发、受托开发。

LF炉与RH炉共轨冶炼装置研发摘要：根据某钢厂宽厚板精炼车间现有LF炉与RH炉现状，针对其存在的问题。

研发了一套LF炉与RH炉共轨冶炼装置，适用于狭小空间内LF炉与RH炉共轨冶炼。

通过对实际运行情况及工作效率的测试，证明了本装置能有效提高钢水精炼效率。

关键词：LF炉、RH炉、共轨冶炼、冶炼效率0、引言LF炉即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。

主要作用是对钢水脱硫、调节温度、精确调整钢水成份、改善钢水纯净度、造渣等。

RH炉是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。

具有真空吹氧脱碳、二次燃烧、吹煤气加热、微调钢水成份、喂丝吹氩等功能。

经过LF+RH双联处理的钢水，可使钢中的总氧含量达到1×10-5。

LF炉精炼法和RH炉精炼法是两种常用的钢水精炼工艺，根据钢种类型有的单独采用一种精炼工艺，有的需两种工艺联合处理。

目前多数炼钢厂LF炉和RH炉大多采用独立布置方式，两个工序之间转运钢水一般采用行车吊运钢水罐实现。

存在行车作业率高，精炼炉等待时间长等问题，影响钢水精炼效率。

本文根据某钢厂宽厚板精炼车间现有LF炉与RH炉现状，分析其存在的问题，研发了一套LF炉与RH炉共轨冶炼装置。

适用于狭小空间内LF炉与RH炉共轨冶炼，并能有效提高钢水精炼效率。

1、现状分析某钢厂宽厚板精炼车间RH炉与3#LF炉在同一跨厂房内，成垂直方向布置在厂房端部。

3#LF炉为一字形双侧轨道各布置一台钢水罐车的双工位结构，RH炉为单侧轨道一台钢水罐车单工位结构。

现有布置详见图1。

进出两个精炼炉的钢水均采用行车吊运钢水罐转运。

因RH炉为一侧轨道一台钢包车，RH炉冶炼完钢水后用1、RH炉冶炼工位2、RH炉钢水罐车3、LF炉1#钢水罐车4、LF炉冶炼工位5、LF炉2#钢水罐车6、钢水罐图1 现有RH炉与3#LF炉布置图行车将钢水转至连铸机钢水罐回转平台，然后用行车从转炉或LF炉转运来一罐新的钢水送入RH炉冶炼。

上述钢水转运过程在15分钟左右，此时RH炉处于等待状态，影响RH炉冶炼效率。

加热炉二级优化控制系统的应用【摘要】介绍加热炉二级优化控制系统在唐钢不锈钢公司加热炉中的应用，简单介绍二级过程控制系统的组成、控制原理和系统构架。

【关键词】加热炉；物料跟踪；数学模型优化前言唐钢不锈钢公司1580mm热轧生产线加热炉二级优化控制系统借助先进的信息管理技术、计算机技术和网络通讯技术，实现加热炉生产全过程的自动跟踪、统一物流与信息流、热工过程全自动控制。

1加热炉二级控制系统的目标及描述1.1 加热炉计算机控制的目标（1）生产效率高：在保证质量的前提下，钢坯的加热速度越快越好，这样可以提高加热炉的生产率，减少炉子座数或缩小炉子尺寸。

快速加热还能降低钢坯的烧损和单位燃料消耗，节约维护费用；（2）加热质量好：钢坯的轧制质量与钢坯的加热质量有密切的关系。

加热时钢坯的出炉温度应符合工艺要求，断面上温度分布均匀，钢坯的烧损率低，防止过烧和表层的脱碳现象；（3）燃料消耗低：轧钢厂能量消耗的10-15%用于加热炉上，节省燃料对降低成本和节约能源都有重大意义。

1.2 加热炉二级优化控制二级优化控制系统是在直接数字控制系统（DDC）的基础上，增加一套二级计算机作为监控机，通过工业以太网与基础燃烧控制工控机及生产管理计算机进行通讯而组成的控制系统。

各生产设备上的DDC将生产控制参数传输给上位二级监控机，由二级控制系统对加热炉内传热过程进行数值计算，得到钢坯的整体温度及其分布；根据优化算法，动态地确定加热炉最佳的热工操作方案，实现各生产参数的实时动态显示和在线优化控制。

二级控制系统起到了集中监督管理的作用，达到了提高加热质量、降低炉子消耗和满足产量需求的最终目的。

1.3 加热炉数学模型概述加热炉的二级控制系统成功实施的关键是建立准确、可靠的加热炉数学模型。

加热炉内的热过程包括流体流动、传热传质、燃料燃烧等复杂的物理化学过程，建立的模型包括加热炉内炉膛的辐射传热模型、钢坯的导热模型、钢坯的氧化模型以及黑印模型等。

LF炉精炼工艺机理优化研究与生产实践摘要：本文针对昆钢lf炉精炼工艺投入使用初期，出现精炼过程质量控制不理想、精炼效果不佳，限制着精炼冶金功能的发挥，钢水质量受到较大影响的突出问题，通过对lf炉精炼原理及冶金功能进行研究分析，对昆钢lf炉精炼工艺控制过程进行了优化，达到理顺精炼生产工艺，改善了钢水洁净度的冶金功能，实现品种钢铸坯实物质量改善和经济技术指标的提升。

关键词：lf炉精炼工艺优化研究生产实践随着我国钢铁工业的快速发展，要求钢材产品向品质优越、多功能、高技术含量和高附加值方向发展，传统的炼钢设备和工艺难于满足要求，因而以lf炉为代表的钢水炉外精炼处理技术在钢铁行业迅速发展[1，2]，精炼工艺成为优钢冶炼的关键控制过程。

近年来根据市场需求，昆钢为开发生产45～70中高碳硬线、ml35冷镦钢、k510l汽车大梁钢、x46～x65管线钢等附加值较高的钢铁产品（以下简称“品种钢”），相继引入了lf炉精炼设备、工艺，如何发挥lf炉精炼冶金功能，保证品种钢冶炼质量，成为lf炉投入使用后重要的研究课题。

1、现状与问题1.1 现状与问题昆钢在lf精炼炉建成投产后，实现了在炼钢系统转炉冶炼和lf 炉精炼配连铸的工艺流程，为高附加值品种钢研发生产奠定了基础。

但经过对在生产初期在lf炉开发生产的60～70钢、ml35钢铸坯低倍组织抽样检验（见表1所示）与开发生产ml35、60、70、k510l 钢铸坯低倍硫印夹杂物抽样检验情况（见表2所示）综合统计、分析来看，lf精炼炉的冶金功能未得到充分有效的发挥，钢水lf炉精炼效果及各项技术经济指标不理想，直接影响了品种钢铸坯质量，因此，对lf炉精炼开展工艺优化研究，提高铸坯质量成为亟待解决的突出问题。

1.2 lf精炼炉主要技术参数炼钢系统lf精炼炉主要技术参数见表3所示。

2、lf炉精炼原理及冶金功能2.1 精炼原理lf炉具有较好的脱气去夹杂效果，当氩气通过底吹透气砖吹入钢水后，形成很多小气泡，在钢水较大的静压力作用下，气泡在上浮过程中钢水中的气体不断向气泡中扩散，最后排除钢水；此外，气泡在上浮中加速了非金属夹杂颗粒相互碰撞长大的几率，提高了非金属夹杂物的上浮速度。

转炉炼钢智能制造关键技术开发与运用研究摘要：文章分析炼钢智能化开发的必要性，重点探讨实际开发运用情况。

根据转炉炼钢过程的关键工艺，例举副枪、精炼及连铸三个环节，借助智能化手段的运用，控制生产成本，提升制造品质及效率。

关键词：转炉炼钢；智能控制；副枪引言：在转炉炼钢加工中，运用智能制造，使得成品质量得以稳定，提高企业的生产水平，落实柔性组织模式，有效压缩制造成本。

利于推动规模化炼钢与定制化生产，增强企业竞争力。

一、炼钢制造工艺智能化开发的必要性炼钢领域中，产品质量及等级要求逐渐提高，当前相关制造企业主体，需借助更优质的工艺与机组，提升自身的制造管控水平，进一步推进生产线朝着规范化、智能化、高稳定性的方向发展，由此适应如今高端产品市场，对于成品质量稳定性的要求。

所以，相关公司主体，应基于转炉、连铸等工艺环节，提高产品制造工艺水平，并尽力开发出高适用性的技术、智能化控制方法，确保炼钢生产有序高效落实，减少人为因素引发的产品低下问题。

二、智能制造关键技术的开发运用分析（一）转炉副枪在追求炼钢自动化的过程中，借助副枪技术，完成熔池探测，以确定炼钢制造期间，熔池中生产条件的波动情况。

通过运用计算机系统，加强对炼钢过程的控制力度，继而把握终点值，降低开展二次吹炼的概率。

基于副枪系统及动静态的系统模型，以达到本地在污染物排放方面的要求标准，同时也为生产工人创造低风险且舒适的环境。

一方面，副枪系统。

模型控制系统基于若干高性能的服务器，各自控制脱硫及转炉炼钢、连铸等诸多生产环节工序。

而针对炼钢过程的控制模型，一般是炼钢二级机。

具体来讲，自动化系统可分成静态模型与动态模型两个部分，前者完成静态控制任务，此模型实际包含出钢温度参数，可细分出目标温度、热平衡及溶剂等多个计算模型。

对于转炉生产技术的控制模型参数，操作人员能借助系统的全过程维护画面，进行监控，适时进行参数调整，确保生产过程有序进行。

同样，动态模型负责动态控制的部分，其按照转炉中，产生的冶炼末期数据，按照计算结果，选择是否添加冷却剂与供氧，并确定各自的用量，对吹炼技术的全过程进行跟踪管理。