LF底吹攪拌過程自動控制

董躍華

（山鋼股份萊蕪分公司　自動化部，山東　萊蕪271104）

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LF底吹攪拌過程自動控制

董躍華

（山鋼股份萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪271104）

摘要：介紹了一種用于LF過程自動化系統(tǒng)的底吹攪拌控制方法，包括靜態(tài)模型和動態(tài)模型。靜態(tài)模型就是根據(jù)鋼種目標(biāo)硫元素不同，分區(qū)間建立幾種固定攪拌的模型；動態(tài)模型就是鋼水取樣后根據(jù)化驗室化驗分析獲得的實際硫元素所占的比例與目標(biāo)硫元素比較，以確定配成分后攪拌的模型。該方法實現(xiàn)程序自動攪拌氣體的種類和攪拌強度，以降低鋼水中的硫含量，提高了生產(chǎn)鋼水的潔凈度。

關(guān)鍵詞：精煉爐；過程自動化；攪拌強度；控制模型

1　前　言

爐外精煉已成為現(xiàn)代化鋼廠的重要組成部分，是生產(chǎn)潔凈鋼保證連鑄順利進行的重要手段。底吹攪拌控制是LF中的一個重要環(huán)節(jié)，目前，LF底吹攪拌常用手動控制和自動控制方式，存在操作人員勞動強度大，人為因素多，操作人員的技術(shù)水平、個人經(jīng)驗直接影響生產(chǎn)節(jié)奏和鋼水的質(zhì)量等缺陷。特別是MES在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用后，手動控制和自動控制方式，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的要求。為此，需要對LF過程自動化系統(tǒng)的底吹攪拌進行自動控制。

2　LF精煉過程控制系統(tǒng)

LF過程控制系統(tǒng)主要包括1臺服務(wù)器、1臺冶金工程師站、1臺客戶端、1臺MES服務(wù)器、1臺化驗室服務(wù)器和基礎(chǔ)自動化PLC。

LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器接收及發(fā)送基礎(chǔ)自動化PLC的運轉(zhuǎn)信號和控制信號，接收化驗室服務(wù)器的鋼水取樣的分析數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送MES服務(wù)器的生產(chǎn)計劃及運轉(zhuǎn)信號、生產(chǎn)實績。冶金工程師站主要顯示底吹攪拌模型的參數(shù)，并對攪拌模型進行維護。操作人員通過LF過程自動化系統(tǒng)客戶端給出操作指令，同時顯示精煉爐的運轉(zhuǎn)信號、生產(chǎn)實績、生成生產(chǎn)報表等。LF過程自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向見圖1。

3　LF底吹攪拌控制

圖1　LF過程自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向

LF過程自動化系統(tǒng)冶金數(shù)據(jù)庫中存儲有底吹攪拌模型。底吹攪拌模型在第一個試樣收到前為靜態(tài)模型。靜態(tài)模型就是根據(jù)鋼種目標(biāo)S元素不同，分區(qū)間建立幾種固定的攪拌模型。鋼種S元素在鋼水中的所占比例的最大值，要求冶煉終點硫的比例不高于目標(biāo)硫。不同鋼種對S元素含量的要求不同。靜態(tài)模型可以通過工程師站進行修正，以適應(yīng)不同的工藝條件。底吹攪拌模型在收到化驗室的第一個試樣后轉(zhuǎn)為動態(tài)模型。動態(tài)模型就是鋼水取樣后根據(jù)化驗室化驗分析獲得的實際硫元素所占的比例與目標(biāo)硫元素比較，以確定配成分后攪拌的模型。底吹攪拌模型把整個精煉底吹攪拌過程根據(jù)冶煉的進行分為貫穿全過程的弱攪，穿插弱攪過程中的4次強攪和出站后的軟吹等幾個子過程。4次強攪按先后順利分別是進站攪拌、頭批料后攪拌、第一次停電攪拌、配成分后攪拌。

3.1進站攪拌

爐次開始時，啟動1個計時器T精煉，用來紀(jì)錄本爐次所使用的時間，隨著冶煉的進行計時器T精煉不斷增大。爐次開始后為底吹為弱攪，在鋼包剛進站信號上升沿記錄當(dāng)時T精煉為T鋼包進站。鋼包進站延時時間t1后變?yōu)閺姅?，這個強攪的過程定義為進站攪拌。鋼包進站延時時間t2后進站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次強攪條件到達。即當(dāng)T精煉＞T鋼包進站+t1時，變?yōu)閺姅嚕S著精煉進行當(dāng)T精煉＞T鋼包進站+t2時，進站攪拌結(jié)束。其中t2＞t1，t1、t2為模型參數(shù)，存儲在LF精煉爐過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中，可在冶金工程師站上進行維護。

3.2頭批料后攪拌

第1次測溫定氧延時時間t3后變?yōu)閺姅?，這個強攪的過程定義為頭批料后攪拌。第1次測溫定氧延時時間t4后進站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次強攪條件到達。即第1次測溫定氧信號上升沿記錄當(dāng)時T精煉為T第一次測溫定氧，當(dāng)T精煉＞T第一次測溫定氧+t3時，變?yōu)閺姅?，隨著精煉進行當(dāng)T精煉＞T第一次測溫定氧+t4時，頭批料后攪拌結(jié)束。其中t3＜t4。t3、t4為模型參數(shù)，存儲在LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中，可以在冶金工程師站上進行維護。

3.3第1次停電攪拌

第1次停電延時時間t5后變?yōu)閺姅嚕@個強攪的過程為第1次停電攪拌。第1次停電延時時間t6后進站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次強攪條件到達。即第1次停電信號上升沿記錄當(dāng)時T精煉為T第一次停電，當(dāng)T精煉＞T第一次停電+t5時，變?yōu)閺姅?，隨著精煉進行當(dāng)T精煉＞T第一次停電+t6時，第1次停電攪拌結(jié)束。其中t5＜t6，t5、t6為模型參數(shù)，存儲在LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中，可以在冶金工程師站上進行維護。

3.4配成分后攪拌

首個成分到達延時時間t7后變?yōu)閺姅?，這個強攪的過程定義為配成分后攪拌。首個成分到達延時時間t8后進站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次強攪條件到達。即首個成分到達信號上升沿記錄當(dāng)時T精煉為T首個成分到達，當(dāng)T精煉＞T首個成分到達+t7時，變?yōu)閺姅嚕S著精煉進行當(dāng)T精煉＞T首個成分到達+t8時，配成分后攪拌結(jié)束。其中t7＜t8，t7、t8為模型參數(shù)，存儲在LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中，可以在冶金工程師站上進行維護。

鋼包出站后，變?yōu)檐洿?，直到爐次結(jié)束。即鋼包出站信號上升沿記錄當(dāng)時T精煉為T鋼包出站，當(dāng)T精煉＞T鋼包出站+t9時，變?yōu)檐洿担钡綘t次結(jié)束。其中t9為模型參數(shù)，存儲在LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中，可以在冶金工程師站上進行維護。

綜上所述，整個底吹攪過程為爐次開始→弱攪→進站攪拌→弱攪→頭批料后攪拌→弱攪→第一次停電攪拌→弱攪→配成分后攪拌→弱攪→軟吹。修改t1～t9大小，就能修改各次攪拌的開始時間和結(jié)束時間。在LF過程自動化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫中再增加兩組參數(shù)g1～g9和q1～q9，分別對應(yīng)每個子過程氣體類型和氣體流量。這樣時間延時t1～t9、氣體類型g1～g9、氣體流量q1～q93個參數(shù)組就能夠唯一確定一個如附圖2所示的LF過程自動化系統(tǒng)的底吹攪拌過程曲線圖，也就建立了一個底吹攪拌靜態(tài)模型。冶金工程師根據(jù)生產(chǎn)工藝和鋼種硫的要求不同建立多個參數(shù)組，每個參數(shù)組即為一種底吹攪拌方式，也就是一個靜態(tài)模型，可用于一個或多個鋼種。

圖2　LF過程自動化系統(tǒng)的底吹攪拌過程曲線

在接收化驗器服務(wù)器分析數(shù)據(jù)前，由于沒有冶煉鋼種成分反饋，底吹攪拌模型為靜態(tài)模型。接收到分析數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)中各元素成分及鋼種目標(biāo)最大硫的要求來分析是否需要配碳、是否需要配成分。底吹模型根據(jù)分析的情況和加料實績動態(tài)對配成分后攪拌子過程的參數(shù)t8、t9、g8、g9、q8、q9進行修正，這就是動態(tài)模型。

4　結(jié)　語

LF過程自動化系統(tǒng)底吹控制采用靜態(tài)模型與動態(tài)模型相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了底吹攪拌過程的全自動控制，降低了操作人員的勞動強度，減少了人為因素對鋼水質(zhì)量的影響，實現(xiàn)由經(jīng)驗煉鋼到科技煉鋼的轉(zhuǎn)變，是潔凈鋼生產(chǎn)平臺的技術(shù)保證。

Automatic Control of Bottom Blowing Stirring Process for Refined-smelting Ladle Furnace

DONG Yuehua

（The Automation Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstract:A kind of automation system control method for LF refining furnace bottom blowing stirring process was introduced in this paper. The method included static model and dynamic model. Static model is set up according to different steel grade goal of sulfur, partition between several fixed mixing models. To determine with ingredients after mixing model, the dynamic model is obtained according to the analysis of laboratory test after molten steel sampling actual sulfur proportion compared with the target of sulfur. The automatic program and type of mixing gas stirring intensity can be realized through this method. It can reduce the sulfur content in liquid steel, improve the production of steel cleanliness, and has wide value.

Key words:ladle furnace; process automation; stirring intensity; control model

中圖分類號：TP273

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0054-02

收稿日期：2015-11-18

作者簡介：董躍華，女，1983年生，2006年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼自動化部工程師，從事自動化控制工作。