副槍模型在唐山中厚板公司的應(yīng)用

王亞敏

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

副槍模型在唐山中厚板公司的應(yīng)用

王亞敏

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

副槍是轉(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制最重要的設(shè)備，轉(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)控制是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗等要求的重要途徑。唐山中厚板材有限公司為提高經(jīng)濟(jì)效益決定為三座轉(zhuǎn)爐配置三套副槍系統(tǒng)。副槍技術(shù)裝備設(shè)計(jì)、制造充分考慮了國(guó)內(nèi)冶金工廠原料條件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，裝備技術(shù)水平、市場(chǎng)覆蓋率國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，采用可靠、經(jīng)濟(jì)、適用的先進(jìn)工藝和裝備，保證了產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量、成本和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到當(dāng)今世界先進(jìn)水平。

副槍?zhuān)晦D(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)控制；動(dòng)態(tài)控制

0 引言

本設(shè)計(jì)對(duì)三座120t轉(zhuǎn)爐二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及冶金模型（含靜態(tài)、動(dòng)態(tài)控制模型）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)方案及設(shè)備。根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)特長(zhǎng)及先進(jìn)的冶金模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)硬件、系統(tǒng)軟件、二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件、轉(zhuǎn)爐數(shù)學(xué)模型等。

冶金模型軟件功能涵蓋作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行，具體如下：冶煉爐次跟蹤、目標(biāo)溫度計(jì)算、熱平衡計(jì)算 (含主原料計(jì)算)、熔劑計(jì)算、吹煉控制、耗氧量計(jì)算、冷卻劑計(jì)算、動(dòng)態(tài)校正、成分預(yù)報(bào)、自學(xué)習(xí)、雙渣冶煉模型等功能。模型還包括操作指導(dǎo)手冊(cè)和各種數(shù)據(jù)庫(kù)等，其中模型的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)具有開(kāi)放性。

1 設(shè)計(jì)概述

1.1 設(shè)計(jì)目的

設(shè)計(jì)和應(yīng)用轉(zhuǎn)爐煉鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到以下要求：

1）提高操作效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)程煉鋼；2）提高冶煉終點(diǎn)[C]、T雙命中率；

3）實(shí)現(xiàn)“一鍵煉鋼”控制煉鋼；

4）減少補(bǔ)吹次數(shù)；

5）減少渣中鐵含量；

6）延長(zhǎng)爐襯壽命；

7）優(yōu)化廢鋼熔化效率；

8）實(shí)現(xiàn)管理信息化。

計(jì)算機(jī)煉鋼的主要目的是節(jié)約能源和物料消耗，降低噸鋼成本，跟蹤優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程，提高管理水平，最終增產(chǎn)增效益。

1.2 設(shè)計(jì)原則

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（L2）和基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）兩個(gè)控制級(jí)，轉(zhuǎn)爐二級(jí)模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、準(zhǔn)確度高?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用全數(shù)字變頻調(diào)速裝置，并與轉(zhuǎn)爐本體自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

建立模型二級(jí)和監(jiān)控系統(tǒng)，提供轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程的運(yùn)行數(shù)據(jù)接收、傳輸和更改平臺(tái)，建立轉(zhuǎn)爐模型二級(jí)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和遠(yuǎn)程訪問(wèn)平臺(tái)。

1.3 基本要素

為了確保整個(gè)項(xiàng)目和軟件模塊的一致性，本文將對(duì)系統(tǒng)中所使用的一些最基本的要素進(jìn)行定義，本文所列的要素定義內(nèi)容，僅限于與模型煉鋼有關(guān)的部分。

在轉(zhuǎn)爐工序范圍內(nèi)，對(duì)于一個(gè)具體爐次的生產(chǎn)狀態(tài)定義如下：

表1 生產(chǎn)狀態(tài)定義

2 網(wǎng)絡(luò)、硬件和系統(tǒng)軟件

對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼模型計(jì)算機(jī)服務(wù)器、操作站（L2 HMI）和工程師站（L2 HMI）的硬件，系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)描述。

計(jì)算機(jī)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)所遵循的原則是盡可能統(tǒng)一設(shè)備型號(hào)，減少設(shè)備備件的種類(lèi)，簡(jiǎn)化設(shè)備維修。在先進(jìn)可靠和高性價(jià)比的前提下，確定PC服務(wù)器、PC計(jì)算機(jī)終端的型號(hào)，與鋼廠其它計(jì)算機(jī)型號(hào)保持一致。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

由于轉(zhuǎn)爐二級(jí)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的計(jì)算、通訊和數(shù)據(jù)處理任務(wù)比較繁重，為提高系統(tǒng)的整體可靠性，設(shè)計(jì)選用三臺(tái)高性能服務(wù)器構(gòu)成轉(zhuǎn)爐二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一座轉(zhuǎn)爐一臺(tái)作為轉(zhuǎn)爐二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)服務(wù)器集中處理應(yīng)用進(jìn)程和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。三臺(tái)服務(wù)器相對(duì)獨(dú)立，互不影響，便于后期的系統(tǒng)升級(jí)調(diào)試和維護(hù)。

同時(shí)，增設(shè)一臺(tái)服務(wù)器作為通信（公用）服務(wù)器，集中處理模型二級(jí)系統(tǒng)與其他相關(guān)二級(jí)、化驗(yàn)室、調(diào)度等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，模型服務(wù)器直接與PLC一級(jí)通信。

3 技術(shù)規(guī)格

煉鋼工藝模型主要包括主原料計(jì)算、靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)計(jì)算，過(guò)程控制，動(dòng)態(tài)計(jì)算等轉(zhuǎn)爐全部工藝的過(guò)程模型。本文重點(diǎn)介紹靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。

熔劑和靜態(tài)計(jì)算在進(jìn)行主原料計(jì)算時(shí)，伴隨著熔劑計(jì)算。在輸入相關(guān)的實(shí)際主原料后，進(jìn)行熔劑計(jì)算。操作工也可根據(jù)操作的具體情況對(duì)熔劑的數(shù)據(jù)做出適當(dāng)?shù)男薷?。在完成熔劑?jì)算以后，就可以進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，即對(duì)吹煉靜態(tài)氧量和冷卻劑量的計(jì)算。根據(jù)實(shí)際入爐的鐵水量、鐵水成分、鐵水溫度、廢鋼量、鋼種相關(guān)數(shù)據(jù)和熔劑的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行熔劑計(jì)算和靜態(tài)計(jì)算。

熔劑具體計(jì)算與主原料計(jì)算同時(shí)進(jìn)行。但因主原料計(jì)算時(shí)的條件鐵水成份、溫度等均為預(yù)測(cè)值，或主原料的量未完全按照計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果確定主原料的量。因而熔劑計(jì)算必須在主原料確定完后，根據(jù)實(shí)際的主原料條件再進(jìn)行熔劑計(jì)算。

熔劑計(jì)算的方法是這樣的,首先根據(jù)加入的主原料和對(duì)應(yīng)冶煉鋼種，選用相關(guān)熔劑方式、廢鋼方式等進(jìn)行計(jì)算。以冷卻劑和堿度為目標(biāo)進(jìn)行第一次熔劑計(jì)算，然后在第一次計(jì)算的基礎(chǔ)上，得出冷卻劑的允許范圍和渣堿度范圍，再進(jìn)行第二次熔劑的計(jì)算[1]。

對(duì)于主原料計(jì)算按主原料模型進(jìn)行計(jì)算的爐次，熔劑的計(jì)算只是一個(gè)確認(rèn)的過(guò)程或是作少量的修改的過(guò)程。但是在主原料計(jì)算未按主原料模型進(jìn)行的爐次，第一次熔劑計(jì)算過(guò)程同主原料未作修改的過(guò)程相同。第二次計(jì)算時(shí)，根據(jù)第一次計(jì)算的熱平衡狀況，確定冷卻劑或發(fā)熱劑的量。在計(jì)算過(guò)程中，是通過(guò)調(diào)整終渣的控制范圍（在要求內(nèi)）再進(jìn)行第二次熔劑計(jì)算和冷卻劑（發(fā)熱劑）的計(jì)算。如計(jì)算需加發(fā)熱劑，則模型將終渣成分往下限調(diào)整，直到不需要加發(fā)熱劑（終渣成份在控制范圍內(nèi)）或者終渣成份已在控制范圍下限且需要加發(fā)熱劑。反之，需要加冷卻劑的可采取增加熔劑的方式使冷卻劑的加入量控制在目標(biāo)值的范圍內(nèi)（當(dāng)終渣成份超上限時(shí)，采取增加冷卻劑的方式來(lái)完成）。

靜態(tài)計(jì)算是用吹煉的冶金反應(yīng)過(guò)程的熱平衡、物料平衡、氧平衡來(lái)進(jìn)行計(jì)算。但因冶煉過(guò)程對(duì)靜態(tài)計(jì)算的影響是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，因而在進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算時(shí)，同時(shí)必須利用靜態(tài)自學(xué)習(xí)模型中的參考爐次的特征數(shù)據(jù)和三大平衡來(lái)共同完成。

3.1 熔劑計(jì)算原理

第一次計(jì)算：模型輸入的數(shù)據(jù)、已設(shè)定的鋼種、鐵水和廢鋼邊界條件、目標(biāo)終渣要求、發(fā)熱劑為0。計(jì)算結(jié)果為熔劑（其中包括冷卻劑）[2]。

返回計(jì)算：模型輸入的數(shù)據(jù)包括鋼種、初計(jì)算冷卻劑量、鐵水和廢鋼量；邊界條件為目標(biāo)終渣要求、發(fā)熱劑為0或冷卻劑在目標(biāo)范圍內(nèi)。計(jì)算結(jié)果為熔劑（其中包括冷卻劑或發(fā)熱劑）只有冷卻劑計(jì)算值在目標(biāo)范圍內(nèi)，才終止計(jì)算[2]。

3.2 動(dòng)態(tài)計(jì)算

動(dòng)態(tài)計(jì)算也稱為動(dòng)態(tài)過(guò)程校正的計(jì)算，當(dāng)完成靜態(tài)控制后，轉(zhuǎn)爐就進(jìn)入了動(dòng)態(tài)控制階段。在轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，利用副槍進(jìn)行溫度的測(cè)量以及碳含量的檢測(cè)，以確定轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的C-T是否協(xié)調(diào)，以便采取進(jìn)一步相應(yīng)措施，提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的C-T雙命中率。

此外，動(dòng)態(tài)模型計(jì)算出的預(yù)測(cè)值還需同時(shí)在坐標(biāo)軸上以坐標(biāo)點(diǎn)的形式出現(xiàn)，并繪制成平滑的曲線，從而形象反映出動(dòng)態(tài)階段內(nèi)C-T變化的軌跡。

圖2 C-T變化軌跡

動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)，按動(dòng)態(tài)氧量的增加，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校正計(jì)算，操作工可按動(dòng)態(tài)校正提示添加冷卻劑，以達(dá)到目標(biāo)終點(diǎn)C-T命中。

過(guò)程控制主要包括吹煉過(guò)程的槍位、氧流量、底吹流量和副槍測(cè)量的動(dòng)態(tài)控制。過(guò)程控制的參照標(biāo)準(zhǔn)為氧耗進(jìn)程。此外，吹煉過(guò)程的槍位設(shè)計(jì)、氧流量的設(shè)計(jì)、爐型的狀況和終點(diǎn)成分均應(yīng)根據(jù)氧耗進(jìn)程來(lái)進(jìn)行。在整個(gè)吹煉過(guò)程都采用均衡流量供氧,在副槍測(cè)量階段應(yīng)單獨(dú)考慮。副槍測(cè)量在吹煉氧量達(dá)到總氧量的85%左右時(shí)開(kāi)始，具體副槍的測(cè)量所需時(shí)間是由副槍的性能決定的。在副槍測(cè)量過(guò)程中，氧氣流量為正常吹煉流量的50%，底吹流量也是正常吹煉時(shí)底吹流量的50%,當(dāng)吹煉到總氧量的85%左右進(jìn)行副槍TSC的測(cè)量。測(cè)量完副槍TSC以后，就進(jìn)入了動(dòng)態(tài)控制的階段。動(dòng)態(tài)計(jì)算包括動(dòng)態(tài)氧量、動(dòng)態(tài)冷卻劑（動(dòng)態(tài)發(fā)熱劑）重量等的計(jì)算。

4 結(jié)束語(yǔ)

副槍在中厚板公司使用近一年以來(lái)，隨著現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備的不斷改造升級(jí)，模型系統(tǒng)的逐漸完善，最近一個(gè)月終點(diǎn)碳和終點(diǎn)氧的命中率達(dá)95%以上，直接出鋼率達(dá)到93%以上，應(yīng)用效果良好。

[1] P.D.Hubbeling,G.A.Oostermeijer.轉(zhuǎn)爐副槍和動(dòng)態(tài)控制[J].鋼鐵, 2012(02):45-47.

[2]章文超.轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)型式與國(guó)產(chǎn)化[J]. 世界鋼鐵, 2010(02):27-28.

Application of Sublance Model in Tangshan Medium and Heavy Plate Company

WANG Yamin
(Tangshan Polytechnic College, Tangshan 063299, China)

Sublance is the most important equipment of converter computer dynamic control. Converter computer control is an important way for the production reaches the high quality, high yield and low cost. To improve the economic efficiency, Tangshan medium and heavy plate Co., Ltd set three sets of sublance system. Technology and equipment design of balance (including static and dynamic control model) takes full account of the domestic metallurgical plant raw material condition, site environmental impact, technology advanced, mature, reliable, equipment and technology level. Reliable, economic, applicable advanced technology and equipment were adopted to ensure that the product quality, cost and various economic and technical indicators to achieve the world's advanced level.

sublance; converter computer control; dynamic control

TF71

B

1674-943X(2016)04-0012-03

2016 - 08 - 22

王亞敏（1986 - ），女，河南長(zhǎng)葛人，碩士，講師，主研方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。