轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案

摘要：本文論述了一種新的轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案，該控制方案可使轉(zhuǎn)爐頂吹吹氧量快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值，且保證氧量的穩(wěn)定，很好地滿足工藝要求，做到“要多少輸出多少”，有效避免輸出浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：氧量;控制;數(shù)學(xué)模型;PID（比例積分）控制器

一、概述

在轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉工藝過(guò)程中，氧氣的吹入量是需要不斷地進(jìn)行調(diào)整，主要是因?yàn)樵谝睙捚陂g，隨著副原料的加入及反應(yīng)時(shí)間的不斷變化，鐵水中的化學(xué)成分不斷變化，這樣氧氣需求量也在不斷的變化。只有根據(jù)不同冶煉期的工藝要求隨時(shí)改變供氧量才能保證生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格的鋼水。因此，頂吹氧量的控制無(wú)疑是關(guān)鍵所在。

傳統(tǒng)的控制方式亦或?yàn)槎髁靠刂?，亦或定壓控制，使用該控制方式，時(shí)常發(fā)生氧量不穩(wěn)定且超調(diào)等現(xiàn)象，存在嚴(yán)重影響到鋼水質(zhì)量、增加無(wú)謂的能耗、不滿足后序工藝生產(chǎn)要求等生產(chǎn)弊端。為克服傳統(tǒng)控制方式的弊端，還有一種控制方式是，先采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)氧量，待流量穩(wěn)定后再使用PID自動(dòng)調(diào)節(jié)氧量，這仍然不是一個(gè)較好的調(diào)節(jié)方式。

為此，如何能夠使轉(zhuǎn)爐頂吹氧量快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值，且保證氧量的穩(wěn)定，成為我們急需解決的問(wèn)題。

二、解決方案

針對(duì)原有轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制的缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案。

系統(tǒng)的設(shè)備組成包括：總管切斷閥（1）、壓力調(diào)節(jié)閥（2）、壓力變送器（3）、流量檢測(cè)裝置（4）、流量調(diào)節(jié)閥（5）、支管切斷閥（6）。

吹煉開(kāi)始前，程序根據(jù)轉(zhuǎn)爐加入原輔料等情況，用數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算每爐鋼所需氧氣總量。

在吹煉模式下，總管壓力調(diào)節(jié)閥首先進(jìn)入預(yù)調(diào)節(jié)模式，同時(shí)，根據(jù)所需的總氧量計(jì)算結(jié)果，控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度預(yù)設(shè)值。待吹煉開(kāi)始后，控制系統(tǒng)將穩(wěn)定總管氧氣壓力于設(shè)定值，此時(shí)的流量調(diào)節(jié)閥也將根據(jù)各生產(chǎn)階段需氧量的計(jì)算值，使氧量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的趨向于計(jì)算值，最終使氧量穩(wěn)定于計(jì)算值。

本控制方案還可實(shí)現(xiàn)：根據(jù)冶煉模式對(duì)總管氧氣通斷進(jìn)行控制;通過(guò)對(duì)工作槍及連鎖條件的判定，自動(dòng)控制工作槍氧氣的通斷。

下面我們僅描述在吹煉模式下設(shè)備動(dòng)作情況。

● 吹煉開(kāi)始且各生產(chǎn)工藝參數(shù)正常，支管切斷閥（6）自動(dòng)打開(kāi)，待吹煉完畢或在吹煉過(guò)程中某個(gè)工藝參數(shù)異常，支管切斷閥（6）自動(dòng)關(guān)閉。

●吹煉開(kāi)始前，控制系統(tǒng)可根據(jù)轉(zhuǎn)爐加入原輔料等情況，用數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算每爐鋼所需氧氣總量，以及生產(chǎn)階段所需氧氣量（A1）。

吹煉開(kāi)始前，壓力調(diào)節(jié)閥（2）首先進(jìn)入預(yù)調(diào)節(jié)模式，吹煉開(kāi)始后，控制系統(tǒng)通過(guò)PID控制器穩(wěn)定總管氧氣壓力于設(shè)定值（A2），待吹煉完畢，壓力調(diào)節(jié)閥（2）完全關(guān)閉。

有關(guān)閥門PID自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)的說(shuō)明：

為使被控量（壓力變送器（3））穩(wěn)定于設(shè)定壓力（A2），我們采用PID（比例積分）控制器，其輸入和輸出關(guān)系見(jiàn)公式（1-1）：

p（t）= Kp·? + Ki·∫?dt ???????公式（1-1）

?——實(shí)際值與設(shè)定值的差值

p（t）——PID控制器輸出，作為閥門開(kāi)度的輸出。

Kp——比例增益;

Ki——積分時(shí)間;

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定合理的Kp、Ki值，使壓力調(diào)節(jié)平穩(wěn)，響應(yīng)快速，超調(diào)量小。

同時(shí)，根據(jù)所需的總氧量計(jì)算結(jié)果，控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出流量調(diào)節(jié)閥（5）的開(kāi)度預(yù)設(shè)值（A3）。吹煉開(kāi)始后，流量調(diào)節(jié)閥（5）閥門開(kāi)度首先處在預(yù)設(shè)值（A3）。隨著冶煉階段的變化，控制系統(tǒng)通過(guò)PID控制器使氧量在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的調(diào)節(jié)至氧量計(jì)算值（A1），并保持平穩(wěn)。本控制系統(tǒng)還設(shè)置了微調(diào)模式，通過(guò)“↑”和“↓”按鈕對(duì)氧量計(jì)算值（A1）進(jìn)行微調(diào)，PID控制器將使實(shí)際氧量（4）穩(wěn)定于微調(diào)模式下的氧量值。待吹煉完畢，流量調(diào)節(jié)閥（5）完全關(guān)閉。

為使被控量（流量檢測(cè)裝置（4））穩(wěn)定于氧量計(jì)算值（A1），我們采用PID（比例積分）控制器，其工作原理同壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID控制器，在此不再重復(fù)說(shuō)明。

三、結(jié)束語(yǔ)

下圖為本控制方案的應(yīng)用實(shí)例，可看出本控制方案可更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)的控制轉(zhuǎn)爐頂吹氧量，有效防止氧量超調(diào)，很好地滿足工藝要求，做到“要多少輸出多少”，有效避免輸出浪費(fèi)。

作者簡(jiǎn)介：田媛，女，1986年6月26日，漢族，天津工業(yè)大學(xué)碩士研究生，主修自動(dòng)化控制。

（作者單位：中冶東方工程技術(shù)有限公司）