專利名稱：不銹鋼智能冶煉系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼智能冶煉系統，屬于冶金行業中不銹鋼的冶煉智能系統， 改善了不銹鋼的質量，提高了成材率，降低了生產成本，以適用不銹鋼的快速發展。
背景技術：
中國從20世紀50年代初開始生產不銹鋼，當時用3t電弧爐冶煉，沒有爐外精煉設備和連鑄，年產量僅為幾百噸到幾千噸，質量、品種和成本均不能滿足要求。20世紀80年以來，太原鋼鐵公司和鋼鐵研究總院等單位率先在中國開發AOD爐外精煉工藝技術。隨后，各特殊鋼廠先后占安裝了 18-40tA0D爐外精煉裝置，精煉比也得以顯
者提尚。2000年以來，國家對鋼鐵行業結構進行了調整，采取一系列鼓勵不銹鋼行業發展的政策措施，使中國不銹鋼煉鋼生產實現跨越式發展，從1999年的35萬t增長到2003年的177.8萬t，年均增長率約50%，成為世界名名列第4位的不銹鋼煉鋼生產大國。據寶鋼消息，2008年中國不銹鋼需求量為676萬噸，預計2012年將達到％4萬噸不銹鋼。AOD精煉法是氬氧脫碳法(argon oxygen decarburization)的簡稱。在精煉不銹鋼時，它是在標準大氣壓力下向鋼水吹氧的同時，吹入惰性氣體(Ar，N2),通過降低CO分壓，達到假真空的效果，從而使碳含量降到很低的水平，并且抑制鋼中鉻的氧化。早在1%4年，克里夫斯基就提出了用混合氣體降低CO分壓來脫碳的思想，直到 1968年才在喬斯林不銹鋼公司(現名為史萊特不銹鋼公司)研制成功世界上第一臺AOD 爐。到目前為止，AOD爐在不銹鋼的生產中發揮著重要作用。據統計，2000年世界上80% 的不銹鋼都是用AOD爐生產的。AOD精煉法的優點包括其精煉鉻回收率高，適合生產低碳和超低碳不銹鋼，易于將特殊鋼中S含量控制在0. 005%以下；對于原材料要求較低，可以利用廉價的高碳鉻鐵， 可以使用100%返回廢鋼生產不銹鋼；在高碳區吹煉速度快，反應的動力學條件優越；設備簡單、操作方便、基礎建設投資低和經濟效益顯著等。經過多年的研究和開發，AOD工藝目前應用較廣泛，其中美國和日本應用較多。最大的AOD爐在美國Armco公司，爐容為175噸。太原鋼鐵(集團)有限公司是目前中國最大的不銹鋼生產企業，也是國內最早研究開發AOD精煉技術生產不銹鋼的企業。1973年，他們開始進行AOD爐小型試驗研究，并于 1983年9月建成投產了中國第一座工業化AOD爐(18噸)。為進一步擴大生產能力和提高質量，1999年太鋼對18噸AOD爐進行了改造，先后建成40噸AOD爐3座，生產能力由原來的16萬噸/年提高到40萬噸/年；2004年又實施了第二次改造，爐容擴大至45噸，并引進奧鋼聯的智能精煉控制系統，提高了冶煉控制精度，同時增大了頂吹氧槍以提高供氧強度， 縮短了冶煉時間。經過兩次改造，太鋼AOD爐裝備水平已經達到國際先進水平。針對目前國內95 %不銹鋼的冶煉都在AOD爐中實現，但是近幾年國內設計制造的 AOD爐都是偏于手動操作，要求很多儀表及按鈕，并且需要大量的人工去估算冶煉過程中的CN 102534121 A相關化學成份和估計鋼液的溫度，從而帶來冶煉過程中的繁鎖和不準確，導致冶煉的成本增加和鋼種的質量。

發明內容
本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種不銹鋼智能冶煉系統，它采用人機界面直接面對用戶，操作方便、直觀；數據庫實時根據氣體的消耗計算并在畫面中顯示爐內的鋼水中的化學成份及溫度。由于具有操作方便、實用于大中小型鋼廠、為用戶解決煉鋼繁鎖的過程。由于價格合理、并可為用戶大大降低冶煉成本，易于推廣。為解決上述問題，本發明采用如下技術方案本發明通過了一種不銹鋼智能冶煉系統，所述不銹鋼智能冶煉系統包括不銹鋼 AOD冶煉爐及與不銹鋼AOD冶煉爐連接的智能冶煉系統，所述智能冶煉系統由氣體控制系統、AOD操作工作站和AOD自動化系統構成，所述AOD操作工作站由HMI人機界面系統、PC 服務器和PLC控制模塊構成，所述AOD自動化系統由數據庫及智能冶煉模型構成。所述氣體控制系統由氧氣管道、氬氣管道和氮氣管道構成，所述氧氣管道連接有切斷閥、流量計、調節閥、壓力變速器和溫度傳感器；所述氬氣管道連接有切斷閥與所述氮氣管道連接有切斷閥并聯，并聯后通過流量計、調節閥和壓力變送器和溫度傳感器再與上述氧氣管道出口并聯，這樣氧氣、氬氣、氮氣三種混合氣體可同時流出。氬氣管道與氮氣管道并聯再分一路經流量計、調節閥、壓力變送器、溫度傳感器流出。在整個氣體控制過程中， 有壓力、溫度補償，三種氣體控制的互相控制，并且在斷電時，氣體控制自動轉到保護狀態。本發明中的HMI人機界面系統具有下列功能實時的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在屏幕上。自動記錄資料——自動將資料儲存至數據庫中，以便日后查看。歷史資料趨勢顯示——把數據庫中的資料作可視化的呈現。報表的產生與打印——能把資料轉換成報表的格式，并能夠打印出來。圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。警報的產生與記錄——使用者可以定義一些警報產生的條件，比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統會產生警報，通知作業員處理。本發明不銹鋼智能冶煉系統人機界面直接面對用戶，操作方便、直觀；數據庫實時根據氣體的消耗計算并在畫面中顯示爐內的鋼水中的化學成份及溫度并生產料單和報表。本發明智能冶煉系統把煩瑣的手動操作系統統一起來，建立一個穩定的數據庫， 僅僅只需4個步驟就可完成一爐不銹鋼的冶煉，可分為(1)兌鋼；(2)氧化-脫碳；(3)還原；(4)出鋼。在這四個步驟中，用戶只需根據畫面中的提示做出相應的冶煉步驟即可。系統自動根據爐渣/金屬液混合和有效的還原工藝使AOD精煉有較高金屬回收率和準確的成份控制。吹入氧氣的精確計量，加上已知鋼水量就可以使煉鋼工能對最終含碳量進行非常準確的控制；高的金屬回收率和有效的爐渣還原，能達到對化學成分進行準確的控制，使其能更均衡地響應熱處理工藝，并帶來合金節約。從而減少冶煉時間、冶煉成本降低、提高鋼種的質量。


圖1為本發明結構框圖。圖2-1、圖2-2、圖2-3和圖2-4是AISI 304鋼種計算出的C-Cr-O的平衡關系圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明通過了一種不銹鋼智能冶煉系統，所述不銹鋼智能冶煉系統包括不銹鋼AOD冶煉爐及與不銹鋼AOD冶煉爐連接的智能冶煉系統，所述智能冶煉系統由氣體控制系統、AOD操作工作站和AOD自動化系統構成，所述AOD操作工作站由HMI人機界面系統、PC服務器和PLC控制模塊構成，所述AOD自動化系統由數據庫及智能冶煉模型構成。所述氣體控制系統由氧氣管道、氬氣管道和氮氣管道構成，所述氧氣管道連接有切斷閥、流量計、調節閥、壓力變速器和溫度傳感器；所述氬氣管道連接有切斷閥與所述氮氣管道連接有切斷閥并聯，并聯后通過流量計、調節閥和壓力變送器和溫度傳感器再與上述氧氣管道出口并聯，這樣氧氣、氬氣、氮氣三種混合氣體可同時流出。氬氣管道與氮氣管道并聯再分一路經流量計、調節閥、壓力變送器、溫度傳感器流出。在整個氣體控制過程中， 有壓力、溫度補償，三種氣體控制的互相控制，并且在斷電時，氣體控制自動轉到保護狀態。本發明中的HMI人機界面系統具有下列功能實時的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在屏幕上。自動記錄資料——自動將資料儲存至數據庫中，以便日后查看。歷史資料趨勢顯示——把數據庫中的資料作可視化的呈現。報表的產生與打印——能把資料轉換成報表的格式，并能夠打印出來。圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。警報的產生與記錄——使用者可以定義一些警報產生的條件，比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統會產生警報，通知作業員處理。本發明不銹鋼智能冶煉系統人機界面直接面對用戶，操作方便、直觀；數據庫實時根據氣體的消耗計算并在畫面中顯示爐內的鋼水中的化學成份及溫度并生產料單和報表。本發明智能冶煉系統把煩瑣的手動操作系統統一起來，建立一個穩定的數據庫， 僅僅只需4個步驟就可完成一爐不銹鋼的冶煉，可分為(1)兌鋼；(2)氧化-脫碳；(3)還原；(4)出鋼。在這四個步驟中，用戶只需根據畫面中的提示做出相應的冶煉步驟即可。系統自動根據爐渣/金屬液混合和有效的還原工藝使AOD精煉有較高金屬回收率和準確的成份控制。吹入氧氣的精確計量，加上已知鋼水量就可以使煉鋼工能對最終含碳量進行非常準確的控制；高的金屬回收率和有效的爐渣還原，能達到對化學成分進行準確的控制，使其能更均衡地響應熱處理工藝，并帶來合金節約。從而減少冶煉時間、冶煉成本降低、提高鋼種的質量。兌鋼用戶只需在畫面中點擊“兌鋼”按鈕，AOD爐體自動轉至兌鋼位，并在畫面顯示相應的角度。氧化-脫碳根據鋼水重量、化學成份、溫度及相關的目標植，EASY3000智能冶煉系統自動計算并自動以最優化的方式調整閥架的氣體控制。而之前普遍去手工去計算，供氧強度、吹煉時間、調整相關的閥門。數據庫中基于以下原理進行自動計算；而人工計算只是根據經驗去計算從而會導致原材料的浪費。
[C]+1/2 O2 (g) -C0(g)；鉻與氧有較大的親和力，鉻和氧的反應必須考慮[Cr]+3/4 O2 (g) — 1/2 (Cr2O3)；實際的反應公式可寫成(Cr2O3) +3 [C] — 2 [Cr] +3 CO (g)；使用平衡常數log K = log{(a2Cr*p3C0)/(a3C*aCr203)} = 39498/T+25.3 ；這一反應受惠于鉻的低活度系數和碳的高活度系數。1600°C時，鋼水中的鉻和碳的相互作用系數見下表1。表1 :1600°C時鋼水相互作用系數
權利要求
1.一種不銹鋼智能冶煉系統，其特征在于所述不銹鋼智能冶煉系統包括不銹鋼AOD 冶煉爐及與不銹鋼AOD冶煉爐連接的智能冶煉系統，所述智能冶煉系統由氣體控制系統、 AOD操作工作站和AOD自動化系統構成，所述AOD操作工作站由HMI人機界面系統、PC服務器和PLC控制模塊構成，所述AOD自動化系統由數據庫及智能冶煉模型構成。
2.如權利要求1所述的不銹鋼智能冶煉系統，其特征在于所述氣體控制系統由氧氣管道、氬氣管道和氮氣管道構成，所述氧氣管道連接有切斷閥、流量計、調節閥、壓力變速器和溫度傳感器；所述氬氣管道連接有切斷閥與所述氮氣管道連接有切斷閥并聯，并聯后通過流量計、調節閥和壓力變送器和溫度傳感器再與氧氣管道出口并聯，使氧氣、氬氣、氮氣三種混合氣體同時流出；氬氣管道與氮氣管道并聯再分一路經流量計、調節閥、壓力變送器、溫度傳感器流出；在整個氣體控制過程中，有壓力、溫度補償，三種氣體控制的互相控制，并且在斷電時，氣體控制自動轉到保護狀態。
全文摘要
本發明公開了一種不銹鋼智能冶煉系統，所述不銹鋼智能冶煉系統包括不銹鋼AOD冶煉爐及與不銹鋼AOD冶煉爐連接的智能冶煉系統，所述智能冶煉系統由氣體控制系統、AOD操作工作站和AOD自動化系統構成，所述AOD操作工作站由HMI人機界面系統、PC服務器和PLC控制模塊構成，所述AOD自動化系統由數據庫及智能冶煉模型構成。本發明采用人機界面直接面對用戶，操作方便、直觀；數據庫實時根據氣體的消耗計算并在畫面中顯示爐內的鋼水中的化學成份及溫度。由于具有操作方便、實用于大中小型鋼廠、為用戶解決煉鋼繁鎖的過程。由于價格合理、并可為用戶大大降低冶煉成本，易于推廣。
文檔編號C21C7/068GK102534121SQ20121000355
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者張建明, 張輝 申請人:上海又成鋼鐵設備科技有限公司