轉(zhuǎn)爐自動(dòng)煉鋼一級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

朱佳

摘 要：介紹了河鋼唐鋼第一鋼軋廠轉(zhuǎn)爐自動(dòng)煉鋼一級(jí)控制系統(tǒng)如何完成氧槍的自動(dòng)定位、氧氣流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)、底吹系統(tǒng)的自動(dòng)控制、散料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料、雜用石灰與合金料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料等功能，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐全自動(dòng)煉鋼的目的。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；自動(dòng)煉鋼；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0083-02

隨著產(chǎn)品品種、質(zhì)量要求的不斷提高及降低成本的需要，都迫切需要提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制水平，研究并建立轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型和工藝參數(shù)的優(yōu)化模型對(duì)改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高煉成率、縮短冶煉時(shí)間和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的意義。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)智能控制技術(shù)是中國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要發(fā)展方向。

河鋼唐鋼一鋼軋廠共有三座150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐采用較為成熟的轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制技術(shù)。但是，轉(zhuǎn)爐煙氣分析系統(tǒng)只是提供了一種控制模型，只有通過(guò)轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)才能更好地發(fā)揮其應(yīng)有作用。轉(zhuǎn)爐煙氣分析系統(tǒng)是一個(gè)新項(xiàng)目，目前的轉(zhuǎn)爐一級(jí)PLC系統(tǒng)不能適應(yīng)其控制要求。因此，對(duì)氧槍的自動(dòng)定位、氧氣流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)、底吹系統(tǒng)的自動(dòng)控制、散料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料、雜用石灰與合金料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料功能進(jìn)行改造和完善，以滿足轉(zhuǎn)爐煙氣分析系統(tǒng)的各項(xiàng)要求并保證轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化、科學(xué)化煉鋼的最終實(shí)現(xiàn)。

1 氧槍自動(dòng)定位控制

轉(zhuǎn)爐煉鋼的過(guò)程就是向裝有鐵水的轉(zhuǎn)爐內(nèi)不斷吹氧的過(guò)程。吹氧的任務(wù)是由氧槍來(lái)完成的，需要吹氧時(shí)，氧槍進(jìn)入爐內(nèi)，根據(jù)冶煉需要停在距鐵水某一液面上，這個(gè)距離隨不同的冶煉階段而發(fā)生變化，它的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量，所以氧槍的定位控制是轉(zhuǎn)爐煉鋼的核心部分。氧槍自動(dòng)定位控制是通過(guò)氧槍位置控制環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

因此，在硬件上采用德國(guó)TURCK增量型編碼器和德國(guó)西門子公司S7-300模板配合，完成氧槍位置信號(hào)的采集。操作人員根據(jù)煉鋼的不同冶煉階段設(shè)定不同的氧槍運(yùn)行高度，位置控制器將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度信號(hào)發(fā)送到變頻裝置的速度給定端，變頻裝置驅(qū)動(dòng)裝有光電碼盤的電機(jī)運(yùn)行，光電碼盤把電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)數(shù)以脈沖的形式傳送到脈沖/位置轉(zhuǎn)換器中，脈沖/位置轉(zhuǎn)換器將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)反饋給位置控制器，位置控制器根據(jù)位置設(shè)定值與位置反饋值的差來(lái)調(diào)節(jié)速度給定值。

氧槍運(yùn)行前根據(jù)VAI二級(jí)設(shè)定的槍位高度，系統(tǒng)將氧槍設(shè)定位置與氧槍實(shí)際位置的差值送入位置控制器，位置控制器判斷是提槍還是下槍，再判斷氧槍在哪個(gè)速度段，根據(jù)判斷結(jié)果，將不同的速度設(shè)定值發(fā)送給變頻裝置，變頻裝置驅(qū)動(dòng)氧槍運(yùn)行。當(dāng)氧槍實(shí)際位置值等于設(shè)定值時(shí)，位置控制器向變頻裝置發(fā)送停車命令，變頻裝置啟動(dòng)制動(dòng)單元快速制動(dòng)停車，并將抱閘抱死。

整個(gè)冶煉過(guò)程槍位隨氧步不斷變化。

2 氧氣流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)

煉鋼吹煉過(guò)程中對(duì)氧氣流量的控制是非常重要的。當(dāng)吹煉開(kāi)始，氧氣切斷閥打開(kāi)，氧氣通過(guò)氧槍吹入爐內(nèi)，如果氧氣調(diào)節(jié)閥打開(kāi)過(guò)快使氧氣流對(duì)鐵水的沖力過(guò)大就會(huì)造成噴濺，過(guò)小又會(huì)使吹煉時(shí)間加長(zhǎng)，因此氧氣的控制采用PID控制器實(shí)現(xiàn)。

PID的控制由三部分并聯(lián)組成：比例（P）、積分（I）和微分（D），三部分均可單獨(dú)使用，即此功能塊既可作為P、PI、PD、I，D調(diào)節(jié)器，又可作為PID整體使用。由于PI調(diào)節(jié)器既能消除穩(wěn)態(tài)誤差，又能產(chǎn)生較積分調(diào)節(jié)快的多的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)于流量和壓力等一些調(diào)節(jié)通道容量滯后較小，負(fù)荷變化不很大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以得到很好的調(diào)節(jié)效果。所以，本系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行氧氣流量的調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器選用德國(guó)西門子公司的Step7編程軟件實(shí)現(xiàn)。

3 底吹系統(tǒng)自動(dòng)控制

底吹系統(tǒng)設(shè)備包括氮?dú)膺M(jìn)氣總管流量調(diào)節(jié)閥、氬氣進(jìn)氣總管流量調(diào)節(jié)閥、氧氣進(jìn)氣總管流量調(diào)節(jié)閥、氮?dú)饪偣芸烨虚y、氬氣總管快切閥、氧氣總管快切閥、2個(gè)總管壓力調(diào)節(jié)閥、8個(gè)透氣元件支管流量調(diào)節(jié)閥。

正常吹煉：N2壓力正常，Ar壓力正常，由操作工按下“自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕，底吹系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)，開(kāi)始供氮?dú)狻．?dāng)轉(zhuǎn)爐兌鐵、吹煉、出鋼、濺渣信號(hào)到達(dá)時(shí)，底吹按照相應(yīng)流量設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。當(dāng)吹氧百分比到達(dá)設(shè)定百分比值時(shí)，底吹氣源由N2氣體切換為Ar氣體。出完鋼后，氣源由供氣模式中的Ar氣體切換為N2氣體。

4 散料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料

轉(zhuǎn)爐散料控制系統(tǒng)的任務(wù)是合理控制散料（石灰石、鐵礦石、混料）等的加入種類、加入量和加入時(shí)間，保證冶煉過(guò)程中鋼種成份、溫度、渣的成分的目標(biāo)控制，提高一次冶煉命中率。散料系統(tǒng)工藝設(shè)備包括保證輔原料連續(xù)配料的8個(gè)高位料倉(cāng)及其下的8個(gè)振動(dòng)給料機(jī)、2個(gè)10t稱量料斗及其下部的密封閘門、2個(gè)12m3的中間料斗。工藝設(shè)備、物料流程如圖1所示。

散料下料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是按照預(yù)定的需求量實(shí)現(xiàn)分批設(shè)定加料值控制。根據(jù)VAI自動(dòng)化煉鋼二次裝料計(jì)算結(jié)果確定的預(yù)定裝料圖表，一級(jí)系統(tǒng)根據(jù)下料配方表完成自動(dòng)稱量配料控制。通常根據(jù)工藝要求需要把一爐料分成四批加入，一爐料的配料按照以下過(guò)程進(jìn)行配料：首先檢查自動(dòng)稱量配料是否滿足要求，其次接收配方里的批料設(shè)定值，如果都滿足要求啟動(dòng)開(kāi)始配料；配料結(jié)束后檢查一批配料值的準(zhǔn)確性，符合要求則稱量斗開(kāi)始卸料，并為下一批料配料做好準(zhǔn)備；全部完成后匯總斗開(kāi)啟卸料過(guò)程，全部完成后一爐料配料過(guò)程結(jié)束，所有數(shù)據(jù)復(fù)位。

5 雜用石灰及合金料系統(tǒng)的自動(dòng)配料及加料

雜用石灰系統(tǒng)工藝設(shè)備包括2個(gè)高位料倉(cāng)及其下的振動(dòng)給料機(jī)、5t稱量料斗及其下部的出口閘門、振動(dòng)給料機(jī)。

合金料系統(tǒng)工藝設(shè)備包括4個(gè)高位料倉(cāng)及其下的振動(dòng)給料機(jī)、5t稱量料斗及其下部的出口閘門、振動(dòng)給料機(jī)。

具體實(shí)施方案同散料的自動(dòng)配料及加料。

6 結(jié)語(yǔ)

河鋼唐鋼一鋼軋廠轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)投入使用后，使操作人員的操作更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，大大減少人為對(duì)煉鋼質(zhì)量的影響；一次倒?fàn)t命中率明顯提高，縮短了冶煉周期；鋼水過(guò)氧化減少，金屬收得率、合金收得率增加；噸鋼成本大幅度降低，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

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