转炉出钢下渣检测系统在济钢的应用

红外下渣检测系统在4号转炉的应用摘要：红外下渣检测系统采用图象处理方法对像素进行处理，并且用伪彩颜色代表不同的温度，纯净的钢流显示为橙色，渣显示为绿色。

这样，出钢结束时，根据钢水和钢渣像素的不同就很容易识别。

如果绝大部分的钢水流呈绿色，说明下渣量较大。

在探测到钢水中有渣时，系统就会发出报警，挡渣装置可以自动关闭。

关键词：机械手；流程图;模型1前言随着高等级特钢冶炼大大增加，降低钢水磷含量问题成为目前转炉炼钢的一个主要课题。

为此引入了下渣检测系统。

该系统使用红外线摄像头，在现场监视器上可以显示实时钢流图像。

当出钢期间下渣时，通过画面色彩明显改变及声光报警。

提示出钢操作工钢流中存在夹渣或下渣。

从而既能够保证钢水最大限度的出尽，又能最大限度的减少下渣量，减少钢水回磷，避免磷超标准的事故发生。

与此同时亦可减少耐材消耗，相应提高转炉出钢口耐火材料的使用寿命，还可为钢水精炼提供良好的条件。

2系统概述在炼钢生产中，从钢包中流出过量的熔渣对钢的质量有不良的影响。

过多的熔渣会降低钢的纯度，加速耐材的侵蚀，减少设备的使用寿命。

为了提高钢水的质量，在转炉倒钢水的过程中，操作人员需要一直观察着钢水的变化情况，当倒出的钢水亮度增加时，证明已出现钢渣。

采用不同的炼钢工艺，周围的环境状况也不一样，除了熔化的钢水之外，还会产生大量的悬浮灰尘和烟气。

在这种情况下，人的肉眼就很难准确根据钢水亮度的变化,判断钢渣的出现，即使是在清洁的环境下，也只有少数有经验的操作人员才能准确地将钢水和钢渣的亮度区分开来。

因此，这个过程在很大程度上决定于操作人员的技能和经验。

3系统组成及原理分析3.1系统组成如图1示为转炉红外钢渣探测控制系统结构原理图，整个系统主要由红外CCD、冷却保护系统、图象信号预处理系统、图象传输设备、钢渣模式识别计算机处理系统、控制柜以及报警指示灯，系统控制软件等组成。

图1 系统组成原理图3.2设备范围1)红外钢渣探测器。

2)冷却空气（油、水）过滤设备一台。

转炉炼钢声纳化渣原理及应用转炉炼钢反应速度快、冶炼周期短，冶炼过程中的化渣效果直接影响到钢的质量与炼钢效率。

本文通过介绍声纳化渣系统原理，系统构成，系统功能，实际效果，展示了在计算机指导下的声纳化渣系统在炼钢过程降低了钢铁料的消耗、减少了废品、缩短了吹炼时间、提高产量等方面起到的作用。

[关键词声纳化渣炼钢一、前言化渣效果是转炉炼钢的重要指标。

必须快速成渣，才能满足冶炼周期的要求，同时化渣过程对减少喷溅、降低金属损失和提高炉衬使用周期都有直接影响。

本文运用声纳技术，在转炉烟道中拾取噪声，并经过电子设备处理，对氧气转炉的造渣过程的噪声进行检测、处理，监控炉渣的变化情况，为炉前操作人员提供直观醒目的科学指导和管理信息，大大提高了转炉冶炼水平，具有很大的经济效益和社会效益。

二、系统原理1.物理根据。

氧枪喷嘴处氧气膨胀产生的声音为主要噪声源。

在吹炼初期，转炉渣面很低，造成噪声强度很高，随着冶炼过程的进行，渣面逐渐提高，噪声等级逐步下降。

如果操作人员操作不当，极易产生喷溅，导致大量渣子从转炉喷出，增加钢铁料的消耗。

同时，噪声等级在冶炼后期会出现增大的情况，意味着炉内渣子的减少，也就是反干现象。

如果不采取适当的操作方法，极易造成钢水的成分最终出格。

2.氧气转炉吹炼过程中噪声的来源。

分析氧气转炉吹炼情况，可知有三种噪声与吹炼有关：①超音速氧气流股的气体动力学噪声及其冲击铁液、渣液和固相颗粒时的噪声；②一氧化碳气泡破裂和溢出的气流噪声；③金属熔池和渣液与炉壁摩擦的噪声。

在实际检测过程中，超音速氧气流股是产生吹炼噪声的最主要的噪声源。

3.吹炼噪声强度与炉渣状态的关系。

通过以上分析，氧气流股是最主要的噪声源，炉内产生的噪声的强度与泡沫渣的状态有非常紧密的关系。

以下将从5方面介绍炉渣状态：①开吹阶段：氧气流直接冲击铁水液面和固体造渣物；②喷溅阶段：泡沫渣从转炉炉口冒出或喷出；③炉渣偏干阶段：泡沫渣的液面极低，但是仍能没过氧气流；④炉渣返干阶段：炉渣熔点偏高，很多高熔点的固体物质析出，氧气流在炉膛空间暴露；⑤化渣良好阶段：虽然泡沫渣渣层有点厚，但不会有溢渣或喷渣产生。

远红外线转炉下渣检测技术应用摘要:介绍新钢第一炼钢厂远红外线下渣检测系统的工作原理和应用效果。

关键词:顶底复吹转炉;远红外线下渣检测技术;挡渣新钢第一炼钢厂有3座100t顶底复吹转炉，传统的转炉冶炼出钢是由工人根据钢水和炉渣的颜色来判断是否已经下渣，这就要求操作人员具有一定的工作经验。

这种判断方法有很大的主观性，因为炉渣在出钢口刚出现时很难仅凭视觉判断出来，即使是对有一定工作经验的操作工来说，也只有当钢流夹渣量达到15%～20%时才能发现。

出渣时机判断延后会导致下渣量比较大，钢水回磷，钢中夹杂物增多，不仅影响钢水质量，还会使出钢口和钢包耐材的寿命缩短，钢包粘渣现象增多。

为此，2022年5月新钢第一炼钢厂在3座转炉上采用了远红外线下渣检测装置来进行挡渣出钢操作，该装置具有钢渣检测灵敏度高、下渣判断及时、自动化程度高等优点。

1系统工作原理转炉远红外线下渣检测技术是利用熔炼温度下钢水与钢渣的发射率不同，计算机系统根据远红外线探测器采集实时出钢过程的钢流图像，辨别其中钢渣含量并给出报警控制信号。

与人眼识别相比，该技术具有灵敏度高、长期工作稳定、不受个体能力差异影响的优点。

应用该技术能提高转炉下渣检测的准确性和及时性，有效控制下渣量，从而提高钢水的洁净度和合金收得率，并延长钢包使用寿命。

系统的基本工作原理见图1。

传统的下渣检测系统是识别出钢流中的钢渣并计算出钢渣含量的比例，如果钢渣含量大于所设定的阈值(如10%)，系统即给出报警信号，提示操作人员进行挡渣抬炉操作。

由于该报警信号仅能反映下渣瞬间钢流内钢渣含量的比例情况，因此使用此类系统时，依然需要依赖相应的人工辅助判断。

传统下渣检测系统的报警判断逻辑图见图2。

远红外下渣检测系统在传统下渣检测系统报警判断逻辑的基础上，引进了智能挡渣抬炉控制单元，将瞬时钢渣含量比例作为一个重要参数进行应用，并引入卷渣状态、出钢时间、烟雾影响和历史数据等参考因素进行综合判断，可以给出相当精确的挡渣抬炉报警信号。

转炉炉气分析与“投弹”检测相结合在自动化炼钢技术中的应用转炉炼钢的目的是对兑入转炉的铁水和废钢等原料，采用通过氧枪连续吹氧和加入渣料造渣的方式，不断氧化[Si]、[Mn]和去除[P]、[S]等杂质，并降低熔池中的碳含量和提升熔池温度的过程。

能否实现直接出钢的主要条件为冶炼终点时钢水成分和温度是否满足目标要求；因此，冶炼终点钢水成分和温度命中率高的炼钢控制技术能减少补吹和倒炉取样的次数，可有效地缩短冶炼时间，提高转炉产量，降低生产成本，是转炉炼钢的关键技术。

目前，国内中小转炉占70％以上，大部分都是依靠人工经验来判断转炉终点的方法，即通过观看炼钢过程中火花的颜色来判断钢水成分和温度。

国内大转炉一般采用副枪矫正模型炼钢，在冶炼后期使用副枪探头检测反馈信号，进行终点动态矫正。

炉气分析是利用安装在转炉烟道上的气体分析仪实时分析转炉烟气成分，提高过程监控能力和预报钢水成分的一种自动化炼钢技术。

国外转炉一般使用质谱仪炉气分析模型系统进行终点预报和过程控制，主要目标为降低副枪探头消耗和判断炉况；国内有些中小转炉引进了国外的质谱仪炉气分析系统，在应用中存在设备昂贵、维护复杂和消耗高，以及国外模型与国内拉碳工艺差别较大的一些问题。

本文在邯钢120t转炉上使用自主开发的直插式气体分析仪、投弹检测技术和自动化炼钢模型，进行了中小转炉的全程过程控制自动化炼钢的尝试，并取得了较好的控制效果和经济效益。

一、自动化炼钢主要监控设备（一）直插式炉气分析系统本系统使用直插式炉气分析仪进行炉气成分监控，实现转炉炉况的全程动态监控，该系统与国外引进的质谱仪炉气分析系统不同，不需要取样系统和预处理系统，设备和安装方式简单，直接插入转炉烟道内，可以在室外工况下全天候运行，基本不需要维护。

此外，该系统比质谱仪（分析响应时间约3s)具有更快的分析速度，响应时间小于1s；并且，分析的数据基本没有漂移现象，不需要类似质谱仪的定期矫正和标气标定。

南京理工大学科技成果——转炉炼钢下渣近红外在
线自动监测系统
成果简介：
转炉下渣的检测是转炉炼钢的重要工艺过程。

现行的方法由操作工观察下渣情况，要求判断刚发现下渣时就迅速关闭滑动水口。

否则，关闭水口过早，会降低钢水收得率，关闭太迟，钢渣就会流进直接导致使产品质量降级，甚至报废。

而现行实际操作中，即使是经验丰富的操作者也很难做到。

而我国绝大部分钢厂至今仍然依靠人工操作。

德国蒂森（Thyssen）钢厂从1987年开始使用下渣自动检测技术，减少大包中残余钢水量，提高钢水收得率0.2～0.6％，增加15％产品销售，提高经济效益约550～900万马克／年。

该公司介绍，当其下渣检测系统出现故障时，产品质量就明显下降。

显然，转炉下渣在线自动检测系统对稳定、提高转炉炼钢质量，降低成本、节能减排、效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。

但是此仪器进口价格约200万人民币一台（包括税收）。

同时，由于其技术及处理程序的固化，不能对其进一步改造提升，不能适应生产更多方面的需求。

技术指标：
与进口仪器相比：技术水平与其相当或更高（自行研究相关技术）；检测功能相似或更强（可根据现场具体要求设计，使用更方便）；造价为其现行价格的一半以下；建立我国自主知识产权。

在研究相关技术的基础上，还可进一步开发新技术，提升我国钢铁行业整体技术创
新水平。

检查现场
系统显示界面
项目水平：国内领先
成熟程度：样机
合作方式：合作开发、专利许可、技术转让、技术入股。

出钢挡渣随着用户对钢材质量要求的日益提高，需要不断提高钢水质量。

减少转炉出钢时的下渣量是改善钢水质量的一个重要方面。

在转炉出钢过程中进行有效的挡渣操作，不仅可以减少钢水回磷，提高合金收得率，还能减少钢中夹杂物，提高钢水清洁度，并可减少钢包粘渣，延长钢包使用寿命。

与此同时亦可减少耐材消耗，相应提高转炉出钢口耐火材料的使用寿命，还可为钢水精炼提供良好的条件。

转炉吹炼结束向盛钢桶(钢包)内放出钢水而把氧化渣留在炉内的操作。

出钢时使氧化性渣和钢水分离是炉外精炼的要求。

钢包内的二次精炼适于在还原条件下进行。

采用挡渣出钢，避免出钢带渣对提高炉外精炼效果是重要保证。

出钢时，随着钢水面的下降，当钢水深度低于某一临界值时，在出钢口上方会形成漏斗状的汇流旋涡，部分渣子在钢水出完以前就由出钢口流出，这是渣、钢分离不清的根本原因。

另外摇炉过快，有部分渣子由炉口涌出；但这可通过细心操作而避免。

挡渣出钢技术主要是针对汇流旋涡下渣而开发的。

有挡渣球、挡渣塞、高压气挡渣、挡渣阀门、下渣信号检测等各种方法。

挡渣球挡渣球由耐火材料包裹在铁芯外面制成，其密度大于炉渣而小于钢水，因而能浮在渣钢界面处。

出钢时，当钢水已倾出3／4～4／5时，用特定工具伸入炉内将挡渣球放置于出钢口上方。

钢水临近出完时，旋涡将其推向出钢口，将出钢口堵住而阻挡渣子流出。

(图1)为了提高挡渣球的抗急冷急热性能，提高挡渣效率，又研制了石灰质挡渣球。

先在铁芯外包一层耐火纤维，用于起缓冲作用；球的外壳以白云石、石灰等作原料，用合成树脂或沥青等作黏接剂制造。

挡渣球法成功的关键：一是球的密度恰当，即4．3～4．4g／cm3；二是出钢口维护好，保持圆形；三是放置球的位置对准出钢口。

但由于挡渣球的体形，极易随钢流飘浮而离开出钢口，从而失去挡渣作用。

挡渣出钢挡渣塞将挡渣物制成上为倒锥体下为棒状的塞(图2a)。

由于其形状接近于漏斗形，可配合出钢时的钢水流，故比挡渣球效率高。

有的在挡渣塞上部锥体增加小圆槽而下部改为六角锥形(图2b)，以增加抑制旋涡的能力。

（下转第119页）济钢45吨转炉经济炼钢技术应用汤晓辉，邓勇（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照276800）摘要：文章介绍了炼钢厂和铝厂废料的循环利用的新途径，为了降低炼钢工序成本，开发转炉吃赤泥球、除尘球、返回渣等经济料，并针对每种料的使用过程进行跟踪摸索，不但降低了炼钢工序的成本，而且对社会环保做出了重大贡献，形成了循环经济生产模式。

关键词：转炉；经济料炼钢；新技术作者简介：汤晓辉（1980-），男，河南舞阳人，大学本科，工程师，主要从事钢铁冶金、采矿工作。

Metallurgy and materials钢铁冶炼生产过程中产生的含铁元素废弃物主要有连铸污泥、氧化铁皮、钢渣铁渣、除尘灰等，从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物———赤泥，由于废弃物中含有不同比例的铁含量，摸索废弃物的回收利用，通过技术改进与加工，把部分废弃物经过加工处理后用于转炉炼钢，是一项可降本增效的技术应用。

145t 转炉现状（1）600t 混铁炉3座，鱼雷罐倒罐站2座。

（2）铁水喷吹脱硫预处理站2座。

（3）转炉：45吨转炉4座，平均出钢量45t 。

（4）LF 炉2座，4座CAS 站、3台板坯连铸机，2台方坯连铸机。

（5）主要生产品种：普碳钢、低合金结构钢、船板钢、容器钢等。

2含铁废弃料的选择2.1含铁废弃料的选择钢铁冶炼过程主要含铁废弃料：预处理渣、铁渣、钢渣、污泥、二次除尘灰、氧化铁皮。

含铁废弃料主要成分：炼钢污泥：TFe ：45.7、P ：0.215、S ：0.15、SiO 2：3.5、CaO ：13.5；氧化铁皮：TFe ：72、P ：0.030、S ：0.053、SiO 2：18.4、CaO ：23.7；炼钢除尘灰：43.81、P ：0.074、S ：0.2、SiO 2：4.14、CaO ：13.64；转炉前期渣：TFe ：29.28、P ：0.043、S ：0.153、SiO 2：11.34、CaO ：39.74；赤泥：TFe ：23.8、P ：0.16、S ：0.11、SiO 2：17.8、CaO ：2.65。

• 114•不锈钢公司在3#100 t 转炉自主研发和实现了转炉自动出钢功能，按照炉渣、钢水及出钢口情况计算出的控制模型，实现转炉倾动、钢车、滑板挡渣和合金下料设备之间的连锁、联动控制，主要进行了钢车激光精确定位控制、倾动角度的安全可靠检测、倾动自动准确控制改造。

在LOMAS 一键炼钢基础上，转炉手动出钢到自动出钢标志着转炉自动化水平的提升，提高了生产效率，消除了人工失误带来的质量和安全隐患。

根据客户需求和市场情况，公司生产节奏加快，钢坯产量及品种钢比例都有较大提升，需要设备提高自动化水平满足当前生产需求。

不锈钢公司3#转炉实现自动化炼钢，但出钢仍需人工手动现场操作，出钢部分自动化控制水平较低，钢水质量受人为干扰较多。

在2018年底考察了莱钢自动出钢系统运行情况，决定自主研发转炉自动出钢系统。

1 生产及设备现状不锈钢公司具有3座100t 转炉，应用烟气分析动态控制技术与自动化炼钢技术；3座100t LF 精炼炉；1座110t RH 精炼炉；3台直弧形1机1流板坯连铸机，年产能力约为300万t 。

3#100t 转炉出钢系统主要由转炉倾动系统、钢车系统、下渣检测和滑板档渣系统、下料系统组成，如图1。

倾动采用了ACS800一主三从变频器控制，设计在主控室、炉前、炉后三地主令控制，共分为8HZ 、12HZ 、20HZ 、30ZH 、80HZ 共5档速度；钢车采用ACS800变频器控制；下渣检测为杭州海城红外图像分析系统，配置了液压滑板档渣系统。

转炉控制采用西门子s7-400PLC系统。

图1 转炉出钢系统组成转炉工艺流程如图2所示，包括装铁、吹炼、出钢过程，其中手动出钢包括了摇炉、钢车同步运行，摇炉工观察转炉内部钢渣情况，多次小幅度手动摇炉，当出钢完毕，下渣检测发出关闭滑板指令，手动反向摇炉回零位，转炉出钢完毕。

图2 转炉工艺过程流程图2 技术研发目标和难点分析转炉自动出钢是否稳定、可靠运行涉及人身安全。