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面向钢铁工业节能的冶金自动化系统

作者:孙彦广2006.02.18阅读 4034

1  引言
    2020年我国实现GDP翻两番,钢铁材料是我国社会经济发展的必选材料。钢铁工业的健康持续发展是我国GDP翻两番和实现新型工业化的重要支撑条件。在强劲市场需求的推动下,近年来我国钢产量以超过20%的增幅高速增长,2003年达2.234亿吨,连续8年位居世界第一。我国已成为全球最大的钢铁生产国和消费国,钢铁业高速发展也造成了我国能源紧张,制约了钢铁工业的持续发展。我国钢铁行业消耗的能源占整个工业总量的10%,能源消耗比发达国家高15%~20%,节能不仅是企业降低成本、提高产品市场竞争力的重要途径,更是企业必须承担的促进全社会资源永续利用的重要责任,也是促进企业以及整个国民经济可持续发展的永恒主题CONTROL ENGINEERING China版权所有,利用冶金自动化系统做好钢铁业的节能工作对我国经济和社会的可持续发展具有十分重要的意义。

2  钢铁工业节能主要途径
    钢铁生产的典型过程包括炼铁炼钢轧钢3个主要工序。钢铁工业节能主要有减少能源消耗和已消耗能源的循环利用两方面途径。前者主要的措施包括生产工艺和流程的改进和优化、采用节能材料和

技术等内容,后者主要的措施包括物理能和化学能的回收利用、能量平衡和优化等综合节能等内容。

(1) 炼铁工序
    焦炉-高炉炼铁流程的生产工序多,设备复杂,建设投资高,是钢铁生产中耗能最多的工序,耗能量占总耗能量的35%左右,各企业都将炼铁工序作为节能工作的重点

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,主要的节能措施有焦炉采用干熄焦技术、煤干燥技术和炼焦煤预热工艺等,炼铁高炉采用喷煤炼铁、高炉煤气余压发电、高炉干式除尘、热风炉余热回收等技术。

(2) 炼钢工序
    炼钢节能技术主要集中在推广新工艺、淘汰陈旧设备和落后工艺,施行余能、余热回收等。前者有转炉淘汰落后的平炉炼钢、连铸取代模铸、采用铁水预处理和精炼技术

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,后者有转炉煤气回收和再利用、综合能量优化、电炉二次燃烧和废钢预热、钢渣热能回收技术等。

(3) 轧钢工序
    轧钢工序是钢铁材料生产能源消耗的主要工序之一。在轧钢加工费用中,能源消耗占65%~70%。从轧钢生产主要工艺流程看,坯料加热、热轧、冷轧和退火是主要的能耗环节。其中耗能最大且节能潜力最大的是坯料加热工序

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,其次是热轧工序。坯料加热节能技术主要有铸坯(锭)热送热装、加热炉结构优化、燃烧控制、烟气余热回收利用和加热炉计算机控制等。热轧工序节能技术主要有连轧、快速轧制、无头轧制、一火成材、热轧工艺润滑、轧制工艺优化、提高成材率、减少轧制间隙时间和提高轧机传动效率等。

3  钢铁工业节能对冶金自动化系统的需求
    钢铁工业节能对冶金自动化技术提出了新的挑战,也带来了新的发展机遇。

(1) 先进的检测和控制系统是节能工艺和装备的使能条件自动化装备能够保证节能工艺和装备发挥节能效果www.cechina.cn,如高炉喷煤需要多相流煤粉检测,煤气回收需要煤气分析仪,高炉煤气余压发电需要对煤气温度和压力的稳定控制等;自动化装备也是节能工艺和装备安全可靠运行的必要条件。以转炉煤气回收为例,转炉煤气是一种高毒性、易燃易爆气体,煤气的产生又是间断的CONTROL ENGINEERING China版权所有,其质量、成分也在不断变化。为了保证煤气中的氧量含量低于2%、CO的含量高于45%,回收系统必须配有精度高、灵敏可靠的检测仪表、操作灵活的阀门及计算机自动控制系统。

(2) 电气传动设备本身的节能构成了钢铁工业节能的重要组成部分
钢铁工业中有众多的风机、水泵、皮带机及其它电机设备,其耗电量约占行业总用电量的50%以上。这些设备中,有一半以上的工作负荷周期性变化CONTROL ENGINEERING China版权所有,如转炉排烟机、高炉除尘风机、冲渣水泵、皮带运输机等。一些企业仍采用落后的方式调整这些设备的负荷,浪费了大量的电力。采用交流变频调速等自动化技术,可取得节电20%~40%的效果。

(3) 先进的过程控制是节能降耗的重要手段
利用数学模型和智能控制理论对工业炉窑进行计算机优化控制

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,可直接取得钢铁行业显著的节能效果,典型例子有高炉专家系统、转炉炼钢终点控制模型、电炉能量输入优化模型、智能精炼炉控制系统、加热炉优化控制模型和模糊控制系统等。此外,先进的过程控制可以提高产品质量、减少设备故障、保障生产顺行,可间接达到节能降耗的目的。

(4) 生产计划和管理计算机系统是现代化炼钢-连铸-连轧生产的必要条件
随着钢铁生产技术特别是连铸与热轧的发展,钢铁生产过程日趋紧凑、高效化的连续生产,产品生产周期大幅度缩短www.cechina.cn,要求对整个生产过程中的各工序间的物流、能流和生产时序进行准确预报控制工程网版权所有,实现快速信息反馈,及时准确和灵活地调整生产工艺和产品方案,这要求能对整个复杂的钢铁生产过程实现集中统一的生产管理、信息追

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