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Electric arc furnace steelmaking II: Digital application of electric arc furnace steelmaking in ChinaTime：2022-05-27 1 电弧炉技术不断发展突破 前文《电弧炉炼钢：了解市场全貌，寻找钢企破局机遇》已介绍，电弧炉炼钢是全球钢铁行业的大势所趋，近年国家也给出刚性指标要求，然而由于工业电价高、废钢资源不足等问题，电弧炉炼钢的铺开在我国长期进展迟缓。 全球来看，电弧炉炼钢技术发展迅速。工艺方面，采用废钢预热、强化吹氧助熔、泡沫渣、二次燃烧、底吹搅拌和钢包精炼等技术；设备方面，采用提高变压器输入功率水平、改造短网实现合理的电气运行、电极自动调节、炉门自动机器人、废钢破碎分选等技术 ；新型电弧炉开发方面，也出现了水平连续加料电弧炉（Consteel EAF，意大利特诺恩公司(Tenova)开发）、 量子电弧炉（QuantumEAF，英国普锐特冶金(Primetals Technologies)开发，已与我国钢企签订8例合约投产）、环保生态电弧炉（ECOARC，日本SPCO公司研发，已在本钢应用）、我国中冶赛迪绿色节能环保电弧炉(CISDI-GreenEAF)、竖井电弧炉（SHARC EAF ，德国西马克集团(SMS)研发，已于我国河钢石钢新区正式投产）及我国中冶京诚新型废钢预热电炉(CERI-s1-Arc)等诸多突破。我国一些钢企也已开始探索和尝试智慧化的电弧炉炼钢应用。在此我们罗列部分案例，希望能够提供参考与帮助。 2 电弧炉供电数字化 全球而言，最新技术有意大利达涅利（(Danieli）推出的无损耗电炉电源系统（Q-ONE），该技术将在美国钢铁制造商Commercial Metals于2023年投产的新生产线上实现。较知名案例还有美国NorthStar钢厂利用智能控制算法改善80t电弧炉的电极控制系统，该系统使得生产率提高10%～20%，电极消耗降低0.4～0.6kg/t，电能消耗减少18～20kW•h/t。我国部分案例如下： ① 中冶赛迪智能型电极调节系统DMI-AC 在CISDI-GreenEAF中的使用 70t的CISDI-GreenEAF在成都冶金实验厂得到应用，其中包含智能型电极调节系统 ——DMI-AC。该系统选用了智能化动态过程控制和能源输入最优化目标控制策略，具有最佳工作点的自动调整的功能，提高电能利用率，使电炉电气特性始终保持最佳状态等特点；同时DMI-AC电极调节系统电气响应时间<60ms；配合中冶赛迪自有的短网平衡设计以及大功率供电技术，穿井期电流的波动率<33%、熔化期炉料溶清过程中电流的波动率<14%。 《中冶赛迪绿色智能电弧炉助推短流程炼钢的高质量发展》，中国冶金报社 2021年山钢股份莱芜分公司新旧动能转换项目中，DMI-AC电极调节系统也在LF精炼炉得到应用。 ② 莱钢50吨电炉电极调节系统的数字化改造 莱芜钢铁集团的50t电弧炉为德国引进的二手设备。电炉原电极调节器是西门子上世纪80年代初模拟电路插件式产品，由于元器件老化造成故障率高、冶炼电耗高。2001年起，莱钢对该电炉进行了几十项国产化自主改造，其中包含电炉NEC电极调节系统。投入生产运行后，该系统实现了电极的自动控制，使电炉冶炼功率达到最佳状态，节能降耗效果突出。 《莱钢50吨电炉电极调节系统的数字化改造》，山东大学硕士论文，作者：田京刚 3 废钢验质数字化 ① 河钢与达涅利合作项目： 国内首套电炉特钢智能废钢验质系统 《国内首套！达涅利同创电炉特钢智能废钢验质系统在河钢石钢验收上线》，中国钢铁新闻网 废钢验质在国内已有一些案例，但应用于电炉仍为首例。达涅利采用先进的图像识别技术、神经元网络算法，通过自感知、自学习、自决策、自执行、自适应，结合特钢生产冶炼实际需求，为河钢搭建了智能化废钢无人验质平台，于2022年2月投用。 该系统实现了废钢验质过程无人化、异常报警、废钢等级的智能识别、自动判定、自动计算扣杂、判定结果自动上传以及验质数据的自动分析，彻底改变了原有的废钢人工验判模式，实现对 16 种料型废钢的精准识别，识别准确率达到95%，整车综合判级准确率达到100% 4 冶炼过程部分数字化 ① 非接触式钢液测温系统 北京科技大学研发的USTB 非接触式钢液测温系统在炉壁安装非接触钢液测温装置，利用多元测温气体喷吹获取钢液温度特征信号，建立的钢液温度信号处理模型可实现熔池温度测量及预报，钢液温度命中率为84.0%（±10℃）。 《电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展》，我的钢铁 ② 宝钢集团钢管事业部电炉厂下渣监测系统 2010年8月，宝钢电炉厂正式投用由杭州谱诚泰迪实业有限公司研制的VSD2000振动式大包下渣检测系统。目前，该系统也已在武钢、首钢、济钢、本钢、沙钢、唐钢、兴澄特钢等企业投用。系统核心技术包含振动式大包下渣检测技术、振动信号增效装置、中包液位自动控制技术及远程监控技术。 ③ 沙钢电炉炼钢厂： 国内首套炉前快速在线自动测温取样机器人 近年来，沙钢炼钢厂已先后投用100余台套机器人，减轻了员工劳动强度；在炼钢、炼铁、轧材等生产流程实施智能化改造，打造智能车间。 2019年3月，在沙钢电炉炼钢厂（全国最大的短流程电炉钢生产基地），国内首套炉前快速在线自动测温取样机器人大显身手。该机器人系统主要由一台意大利柯马公司（COMAU）六轴自由度冶金版工业机器人及防护隔热栏体构成，通过编程、示教，机器人自动装载测温取样探头按照设定好的运动轨迹，自动完成对电炉钢水的检测取样工作,整个过程仅需25秒，快速准确且能将钢水温度及元素成分曲线数据直接在电脑上显示出来，显著减轻了工人的劳动强度。 《钢厂无人化趋势势不可挡！钢铁工人要被淘汰了？》，钢铁王国 同年11月，宝钢也于宝钢电炉厂投用了全自动电炉炉前测温取样机器人，只需炉长的一键按钮，智能机器人即可旋转机械臂，自动完成探头装载、自动插入钢水测温取样、自动精确测量、自动卸载探头。 5 冶炼过程整体数字化 全球而言，已有西门子奥钢联（SIEMENS VAI）开发的电弧炉Simetal EAF Heatopt 整体控制方案、达涅利Q-MELT 系统、特诺恩iEAF 智能控制系统等系统。我国钢企也有部分已与国内外先进技术企业合作实现案例，部分应用如下： ① 河钢和西马克合作项目： 绿色短流程特钢智能制造示范工厂 《#品牌钢铁2022#【河钢石钢 打造绿色低碳国际一流特钢强企】》，中国冶金报 2021年，河钢石家庄钢铁的绿色短流程特钢智能制造示范工厂正式启用投产。世界先进、国内首批投用的2座西马克双竖井废钢预热直流电弧炉引人注目。该电炉采用独特的废料预热方法，可利用生产余热将废钢温度提升到600℃左右，缩短废钢熔化时间，提高生产效率，冶炼电耗可降低45%。此外，还采用了电极智能调节系统、氧碳喷吹技术、钢包自动加盖技术等系列节能技术，废钢冶炼更加低碳环保。 ② 中冶赛迪超级电弧炉于攀钢特钢 1号电炉实现一键化智能生产控制 中冶赛迪新一代绿色智能电弧炉(CISDI-AutoARC)首例应用为攀钢特钢1号电炉的升级改造项目，2021年末热试成功，再度命名为中冶赛迪超级电弧炉（CISDI-SuperARC）。该电炉集高效、低耗、绿色、智能等多项专有技术为一体，从整体出发，追求电弧炉炼钢过程的最优化系统解决方案，实现了更短的冶炼周期、更少的能源消耗和电极消耗、更高的废钢收得率和尽可能低的生产成本，实现了电弧炉冶炼过程的高度自动化和智能化。 《短流程高效低碳冶炼重大突破！中冶赛迪超级电弧炉热试成功》，中国钢铁新闻网 现场仪表采取网关控制器（协议）实现物联互通，同时扩展到电弧炉炼钢炉况实时监控的各个领域，如废钢熔清判断技术、泡沫渣监测控制技术、测温取样监测技术、非接触式连续测温技术和烟气连续分析等技术，真正实现“一网到底”，信息互联，共联共享。 其中包含的中冶赛迪电弧炉一键化智能炼钢系统通过升级装备系统和生产在线检测技术，开发废钢自动连续加料、在线测温取样机器人、炉门自动清理和自动出钢等智能装备系统，结合炼钢智能生产数据平台、冶炼过程质量成本管控、外围条件管控等一体化管控系统，配合废钢智能配料模型、电极自调节模型、加热模型、关键参数图像特征提取模型等智能模型系统，实现电弧炉冶炼的一键化智能生产控制。 ③ 山钢莱芜钢铁特钢事业部100吨智慧电炉系统 特钢100吨智慧电炉系统智能化升级改造一期项目于2021年7月完成。经过10个月的探索研发，随着测温取样机器人、自动合金配加模型、静态供氧供电模型的相继投入使用，自动出钢模型也于7月11日顺利试验成功。自动出钢按钮激活后，炉体根据模型 预设角度倾动，并开始计量出钢吨数，钢包吹氩同步进行，出钢完毕炉体自动回倾，电炉出钢的一系列动作在非人工干预的情况下顺利完成。 下一步目标是实现自感知、自决策、 自执行、自适应的智慧电炉，实现自动填砂系统、连续测温、烟气分析等多 个单体智能化，实现100吨电炉区域全智能化冶炼、填补行业内电炉智能化冶炼空白。 6 电弧炉供电数字化 今年5月，北京科技大学朱荣教授在主讲教育部第二批“新工科”课程《钢铁科学与技术前沿》时表示，目前我国在钢铁检验与智能化方面与国外先进水平仍有较大差距，尤其是电弧炉炼钢系统。朱教授还提出，在未来需要打造电炉短流程智能化料厂，实现绿色智能配料，同时借由计算机实现电弧炉“一键式”自动炼钢，从而打造电炉短流程智慧生产车间。 认知自身不足，积极奋进探索新的可能性，相信我国的钢铁行业数字化、智能化会不断有更亮眼的发展。 |
