260噸轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼模型開發(fā)與應(yīng)用

翟寶鵬 王明林

（1.鞍山鋼鐵集團(tuán)股份公司，遼寧 鞍山 114033；2.鞍鋼股份中厚板事業(yè)部，遼寧 鞍山 114002）

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于造船、鐵路、建筑等行業(yè)，其產(chǎn)量的高低和質(zhì)量的好壞體現(xiàn)著一個(gè)國家的工業(yè)的發(fā)展水平，近些年來，隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)也應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程中，本文將就煉鋼中對(duì)于轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼簡(jiǎn)介

1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的概念

轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程，轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；按氣體種類為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐?，F(xiàn)今，堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大、單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少等優(yōu)點(diǎn)，為目前使用最為普遍的煉鋼設(shè)備，轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼、及銅和鎳的冶煉。在上世紀(jì)及90年代，一種新的將轉(zhuǎn)爐和直流電弧爐結(jié)合在一起的方法被應(yīng)用于煉鋼工藝中，這種方法是將轉(zhuǎn)爐和直流電弧爐組合成一套單元，通過在每爐子中分別裝入氧槍，采用同一個(gè)電極，在工藝的前段時(shí)間是采用轉(zhuǎn)爐工藝，剩下的時(shí)間則通過電極來作為直流電弧爐使用。在采用這種工藝時(shí)，轉(zhuǎn)爐和直流電弧爐交替使用。

1.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備的組成

轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備通常由以下部分組成：轉(zhuǎn)爐的爐體，使?fàn)t體進(jìn)行傾動(dòng)的設(shè)備、氧槍、復(fù)吹裝置等部分組成

2 自動(dòng)化技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)化技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中應(yīng)用的發(fā)展歷程

上世紀(jì)60年代，日本的一家鋼管公司通過采用在線操作方式，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中，極大的提升了轉(zhuǎn)爐的效率。而后到了80年代，隨著自動(dòng)控制方式的發(fā)展和技術(shù)的日趨成熟，全自動(dòng)控制技術(shù)得以在轉(zhuǎn)爐煉鋼中得以使用。時(shí)至今日，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了對(duì)轉(zhuǎn)爐的靜態(tài)控制和對(duì)副槍實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。

我國自上世紀(jì)60～70年代進(jìn)行了多次轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)，取得了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，上世紀(jì)80年代，寶鋼自日本引進(jìn)全套技術(shù)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制。時(shí)至今日，轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化研究已經(jīng)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，目前主要的研究方向?yàn)樵谝睙挄r(shí)進(jìn)行信息檢索、煉鋼過程的建模與控制、開發(fā)新的控制系統(tǒng)和加強(qiáng)智能技術(shù)在煉鋼過程中的應(yīng)用。

轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化過程經(jīng)過了多年的發(fā)展，隨說已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用，但是在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如：控制系統(tǒng)過于復(fù)雜同時(shí)由于控制條件不斷變化造成對(duì)于最終結(jié)果的控制無法提高等。轉(zhuǎn)爐煉鋼由于其工藝復(fù)雜對(duì)自動(dòng)控制是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

2.2 自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制復(fù)雜，難度系數(shù)很高，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行吹氣時(shí)，槍位的控制要準(zhǔn)確，不能過高或過低，不然容易造成事故。（2）輔原料的投入時(shí)，要把握準(zhǔn)確時(shí)機(jī)。（3）對(duì)于終點(diǎn)控制的難度很大。在進(jìn)行自動(dòng)化煉鋼模型的設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足以下條件：①根據(jù)煉鋼工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，制定正確的吹煉方案，對(duì)于輔原料的投入時(shí)機(jī)進(jìn)行把控，②對(duì)于終點(diǎn)控制要能精確命中吹煉終點(diǎn)，根據(jù)傳感器或儀表對(duì)爐內(nèi)信息的檢測(cè)，動(dòng)態(tài)校正計(jì)算誤差，精確命中吹煉終點(diǎn)。本文通過二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方案來控制轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，第一級(jí)采用基礎(chǔ)自動(dòng)化控制，第二級(jí)采用過程自動(dòng)化控制。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為通訊網(wǎng)絡(luò)，將第一級(jí)的儀表傳感器、人機(jī)接口操作站、電氣控制站和第二級(jí)的主控電腦進(jìn)行連接，通過將第一級(jí)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集傳輸?shù)降诙?jí)的上位機(jī)進(jìn)行處理，上位機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，設(shè)定程序數(shù)據(jù)并對(duì)生產(chǎn)工藝過程的順序進(jìn)行控制和PID調(diào)節(jié)控制。通過對(duì)煉鋼過程中的信息采集開發(fā)出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制，通過采用儀表、PLC、計(jì)算機(jī)相結(jié)合建立起統(tǒng)一的監(jiān)控。第一級(jí)的控制過程包括廢鋼料下料控制系統(tǒng)、氧槍自動(dòng)控制系統(tǒng)、底吹自動(dòng)控制系統(tǒng)、副槍自動(dòng)控制系統(tǒng)、煉鋼過程中鐵水信息采集系統(tǒng)、點(diǎn)吹過程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)等。下面將就這些自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

2.2.1 廢鋼料信息的采集

對(duì)于煉鋼過程中的廢鋼配料的信息的采集如下：首先需要將廢鋼通過自動(dòng)化對(duì)廢鋼的數(shù)量和種類以進(jìn)行采集，并將其裝入廢鋼槽中，而后通過磁盤吊車對(duì)起吊前后的重量進(jìn)行測(cè)量，得出廢鋼料的重量，同時(shí)將測(cè)量后的數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中去。

2.2.2 對(duì)于煉鋼過程中鐵水信息采集

通過采用相應(yīng)的傳感器對(duì)轉(zhuǎn)爐中鐵水的溫度進(jìn)行測(cè)量，并將這些數(shù)據(jù)通過自動(dòng)采集傳輸入自動(dòng)控制系統(tǒng)中去：（1）首先需要在倒罐間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的內(nèi)容包括：鐵水罐號(hào)、鐵水罐中鐵水的溫度等，將采集到的信息輸入到自動(dòng)控制系統(tǒng)中，（2）將采集到的倒罐的信息通過PLC通信傳輸?shù)较乱徊降拿摿蚬ば蛑腥ィ瑢?duì)脫硫后的溫度、鐵水成分進(jìn)行測(cè)量，而后將以上采集到的信息輸入到自動(dòng)控制系統(tǒng)中去。

2.2.3 對(duì)于點(diǎn)吹過程中的自動(dòng)控制

點(diǎn)吹過程需要設(shè)定點(diǎn)吹秒數(shù)，從氧槍進(jìn)入并移動(dòng)到指定的位置后進(jìn)行計(jì)時(shí)，時(shí)間到后自動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)，并將相應(yīng)信息記錄到系統(tǒng)中。通過這種自動(dòng)采集方式可以精確計(jì)量計(jì)時(shí)信息，避免人為誤差，為下一步操作打下基礎(chǔ)。

2.2.4 對(duì)于轉(zhuǎn)爐出鋼量的信息采集

傳統(tǒng)的出鋼量的統(tǒng)計(jì)是由工人對(duì)吊鋼水罐出鋼前后的重量進(jìn)行測(cè)量，從而得出相應(yīng)的出鋼量，但是由于人為的誤差，從而導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)極易受到影響，無法對(duì)出鋼量進(jìn)行精確測(cè)量。而通過采用自動(dòng)信息采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出鋼量的精確測(cè)量。

3 煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：PLC、上位機(jī)、PROFIBUS總線等幾部分組成。各級(jí)操作站通過以太網(wǎng)組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，信息收集端通過信息的采集，通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理，將處理后的結(jié)果發(fā)送到PLC中進(jìn)行動(dòng)作執(zhí)行。

結(jié)語

自動(dòng)化煉鋼模型的設(shè)計(jì)是為了對(duì)煉鋼過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控、并采用自動(dòng)化方式對(duì)其進(jìn)行控制，從而確保終點(diǎn)溫度、鋼爐內(nèi)的成分以及金屬收得率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在滿足以上這些要求的基礎(chǔ)上將輔原料的消耗進(jìn)行精確控制、降低廢品的發(fā)生率、同時(shí)將煉鋼用時(shí)進(jìn)行壓縮，以最小的成本滿足最大的生產(chǎn)，本文對(duì)煉鋼中的轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行闡述。

[1]蔣慎言. 煉鋼生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)[ M].冶金工業(yè)出版社.2006，11.