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转炉下渣检测技术之红外成像技术

2009-05-21 11:05
瑾年Invader
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        转炉炼钢具有节奏快、生产周期短、热效率高等优势,其产量占到我国炼钢总产量的85%以上。近年来,钢铁企业对提升产品档次、改善钢水质量、降低冶炼成本的要求越来越高,有效减少转炉下渣成为亟待解决的问题。
 
       转炉炼钢过程是氧化过程,也是个造渣的过程,吨钢产生的氧化性炉渣约100公斤~150公斤。出钢过程中,部分高氧化性钢渣进入钢包,会带来诸多危害:造成钢水回磷,使夹杂物增多,影响高附加值优质钢的开发;增加精炼工序负担,降低精炼效率,使合成渣用量增多;增加脱氧剂和合金用量;缩短出钢口和钢包耐材寿命,使钢包粘渣现象增多等。
 
       为了减少转炉下渣量,国内外冶金工作者在出钢下渣检测和挡渣方面进行了大量研究和实践,开发出数十种检测下渣技术和挡渣技术,如电磁检测下渣、红外成像检测下渣,以及挡渣球、挡渣塞、气动挡渣、电磁挡渣等。
 
       使用效果彰显独特优势
 
       红外成像挡渣技术是利用红外摄像进行炉渣检测,并通过与闸板系统相结合(不采用闸板的转炉一般配备快速倾动技术,或者采用气动挡渣、挡渣镖挡渣),最大限度地减少下渣量。其原理是利用炉渣与钢水在红外频率范围内不同的辐射行为,通过摄像及显示评估装置实时监控出钢过程,当检测到下渣时,立即发出警报,并启动封板堵上出钢口(或快速摇炉)。该技术可连续实时地监测出钢状况,精确区分炉渣、钢水,响应速度快,能够实现及时判定。该技术在我国各类型转炉上都得到成功应用,如宝钢集团一炼钢厂300吨转炉、三明钢铁集团100吨转炉和40吨转炉、鞍山钢铁集团150吨和180吨转炉、邢台钢铁公司50吨转炉等,从现场使用情况来看,其操作方便,效果明显,是控制转炉下渣比较理想的手段。
 
       IRIS红外摄像炉渣检测系统。该系统包括红外摄像装置、显示屏幕、评估设备、闸板系统、现场控制台等。摄像装置一般根据现场实际情况安装在距钢流10米左右的位置,因为靠近热源所以配有水冷外壳保护;另外,还设有镜头除尘装置以防止灰尘影响,保证图像质量。评估设备为工业计算机,安装有图像处理运算模型,用于评估并存储摄像装置传输的图像,还可以根据接收的图像数据进行连续计算、评估,并按照设定条件向闸板系统发出指令。操作工利用计算机屏幕监视出钢过程,还可通过触摸屏幕改变设定条件。除此之外,该系统还包括一个显示系统状态的控制台,可在手动、自动控制之间进行切换。该检测系统对下渣的反应速度快、判断准确,平均比电磁检测法快0.5秒,并可以通过出钢口寿命周期内钢流的变化掌握出钢口状态,预报闸板故障,在倒渣时能够检测剩余钢水,及时终止倒渣,提高钢水收得量。生产实践表明,转炉使用快速摇炉和气动挡渣不如使用闸板效果好(闸板的关闭时间小于0.8秒,而气动挡渣关闭时间约为1.5秒)。采用红外摄像检测系统后,钢水回磷率和脱氧剂消耗均有不同程度的减少,钢包寿命延长4%~6%,钢中带渣量不超过5公斤/吨钢,大包内渣层厚度不超过50毫米,挡渣成功率达96%以上,合金收得率可提高3%~4%。
 
       AMEPA红外摄像炉渣检测系统。该系统包括红外摄像装备、主控微机、现场显示器和外围设备。为保证设备正常工作,红外摄像装置配备涡流冷却系统,实时监测钢流情况,并通过光缆与主控设备传递数据。主控设备一般布置在PLC室,可通过主控红色板或布置在转炉倾动操作室的现场显示器观察、控制出钢过程,系统自动追踪出钢钢流,并将补偿后的数据传送给处理模型进行计算,得到熔体中熔渣的比例(熔渣指数),若熔渣指数高于设定值(可根据工艺参数进行调节),系统将报警,并关闭出钢口。
 
        宝钢一炼钢厂3座300吨转炉上均安装了AMEPA红外摄像炉渣检测系统,检测下渣成功率达99.3%,钢水回磷量减少19%,系统平均响应时间为2.3秒,大包的平均渣层厚度从86.89毫米减少到68.50毫米,脱氧剂的使用量减少19%。
 
       精确下渣检测与高效挡渣相结合
 
       转炉出钢过程的下渣分为三个阶段,其中约15%的下渣发生在出钢开始阶段,约60%的渣被出钢过程中形成的漩涡吸出,剩余25%的下渣发生在出钢结束阶段。为了减少下渣量,首先要能够快速检测到下渣,其次是选择快捷有效的挡渣手段,二者配合才能达到减少下渣量的最终目的。从目前的应用情况来看,与红外成像检测下渣技术相配合的挡渣技术种类繁多,如三钢采用闸板挡渣,宝钢采用挡渣镖,鞍钢采用气动挡渣,邢钢采用快速摇炉。
 
       从使用情况来看,闸板挡渣反应快,效果较好,但成本较高,安装、更换不方便。气动挡渣对于初期、末期两个阶段的下渣挡渣作用明显,但是对于中间阶段的漩涡下渣挡渣则效果不佳,需配合挡渣塞使用。挡渣镖对于中间阶段的漩涡下渣能够起到一定作用,但是挡渣镖反应慢,初期和末期下渣量较多。
 
       红外成像检测下渣的速度一定程度上受到现场条件的制约,出钢时烟气、灰尘较多,除尘通风能力差的车间,系统的检测下渣反应时间会有所延迟。另外,红外成像检测下渣系统的工程造价较高,对于大型转炉车间更为合适。目前,国内已经有厂家自主开发该技术并获得了成功,将大大降低该技术的工程成本。
 
       加大国产化研究和推广力度
 
       快捷、经济、可靠的下渣检测和挡渣技术装备是先进转炉装备水平的标志之一。与传统的噪音法、电阻法和电磁检测法相比,红外成像下渣检测技术响应速度快,设备远离炉体,寿命长,工作可靠,维护方便,对空间要求不大,不但适用于新建车间,也适用于现有转炉改造,未来将在转炉下渣检测领域占据重要地位。
 
       今后,红外成像下渣检测技术还应在以下方面进一步完善:开发与红外成像下渣检测技术相匹配的挡渣装置;提高系统对烟尘的适应能力;加速国产化,形成具有自主知识产权的技术,不断降低工程成本;建立更精确的自学习、预报模型。

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