柳鋼副槍自動控制系統

徐西平

(柳鋼轉爐廠,廣西柳州 545002)

柳鋼副槍自動控制系統

徐西平

(柳鋼轉爐廠,廣西柳州 545002)

柳鋼150T轉爐副槍自動化控制系統采用靜動態模型(簡稱SDM),主要由一級電氣控制系統和二級工藝SDM控制模型組成,一級接收二級的靜態模型數據進行設備控制并把一級檢測數據傳給二級使之建立動態模型 。

副槍 自動控制 靜動態模型 電氣控制

1 引言

柳州鋼鐵集團公司150T轉爐采用的副槍系統是由武漢華楓公司設計生產的，能在轉爐不間斷吹煉的情況下，在轉爐的垂直位置進行熔池溫度的測量及取樣。在煉鋼過程中，副槍設備自動連接探頭、測量、發送數據，最后取出試樣送化驗室分析。所發出的信號經處理，將為操作工提供有價值的數據。目前副槍使用探頭有：TSC探頭(用于測溫、取樣、定碳)；TSO探頭(用于測溫、取樣、定氧)兩種。TSC探頭用于吹煉中測量，TSO探頭用于終點吹煉測量。現代的煉鋼過程中依靠副槍測量來調節吹氧量和轉爐熔劑添加量，動態控制模型和精確的副槍數據使“快速出鋼”得以實現。

2 系統網絡

整個系統以副槍為主體，控制系統主要由氧氣傾動系統PLC、儀表系統PLC(含有頂吹和底吹)、加料系統PLC和副槍系統PLC組成，系統之間都采用以太網通訊。操作電腦主要由副槍HMI和主操HMI(包含氧槍傾動、加料、頂吹底吹的人機界面)

3 系統概述

3.1 副槍系統

副槍作為自動煉鋼的主體設備，直接影響自動煉鋼的發展。副槍電氣控制系統采用西門子400PLC帶有升降和旋轉兩臺西門子6SE70系列變頻器，事故變頻器獨立于PLC之外控制。

經過一年多的摸索，總結出副槍的主要故障以及相應的整改如下：

(1)接插件故障：接插件作為信號傳輸的關鍵設備，維護必須到位。首先，冷卻氮氣在測量時必須打開，接插件經常粘有焦油導致測量失準。為了節能降耗，在副槍沒有使用時經常關掉氮氣再使用時由于各種原因操作工忘記開氮氣，所以增加了連接周期啟動自動開氮氣控制。其次，定期清洗和更換接插件，經過實踐得出在氮氣充足保證下一星期清洗一次接插件足以，由于連接摩擦接插件銅環會變薄，所以定期更換接插件是必須的，我們平均350~400爐換一次接插件，接插件都標有編號方便在線離線統計管理。

(2)線路故障：儀表信號采用弱電傳輸，所以對線路要求非常苛刻。線路問題無非就是螺旋導線、槍內電纜和槍外電纜的故障。對于螺旋導線我們提倡適度拉伸不能太松，否則會與副槍內壁摩擦而損壞而且晃動比較厲害對測量造成影響；對于槍內電纜要有套管，防止與槍體摩擦破皮導致接地；對于槍外電纜一方面要有套管，另一方面提高到氮氣管和水管的內弧里防止與水管摩擦。

(3)編碼器故障：原設計用于位置控制的升降和旋轉編碼器采用增量型編碼器，但后來發現由于線路或者限位接地，高速計數模塊就不工作位置控制失效，經常導致副槍不對中損壞接插件和槍體，所以建議使用絕對型編碼器。旋轉編碼器已改為絕對型編碼器，再加上變頻制動方式該為直流制動，現在旋轉定位非常精確。

3.2 氧槍傾動系統

氧槍傾動系統主框架采用西門子400PLC，外設模塊采用用西門子300，帶有傾動和氧槍的西門子6SE70變頻器。自動煉鋼一個重要環節就是控制氧槍槍位，槍位作為煉鋼過程控制重要環節控制要精確，經過程序改進和主抓編碼器和抱閘兩個設備，現在我們所用的氧槍槍位控制精度小于2mm。氧槍位置編碼器采用絕對型編碼器，控制精度高而且比較穩定。

3.3 儀表系統

自動煉鋼儀表方面主要涉及到頂吹和底吹。頂吹主要是控制氧量，氧步是整個副槍模型的基礎，所以氧氣控制要具有快速性、穩定性和精確性，一方面調節閥性能要比較好，另一方面PID參數整定要合理，為了氧氣比較平穩變化，在PID調節增加了斜坡控制，但在副槍TSC測量時需要瞬時降氧，所以TSC測量時要取消斜坡作用；底吹同樣采用了PID調節，經過閥門整改，底吹15～60m3的流量完全可控，而且流量控制性能比較好。

3.4 加料系統

自動煉鋼關鍵環節在于自動加料，這方面控制是比較復雜的。自動加料主要程序采用SCL語言編寫，因為順序循環搜料比較方便，這也是高級語言的長處。經過改進，現在程序完全滿足所有模型的自動加料控制，由于冷料調整性比較大，所以冷料控制改為單個氧步搜料，這樣有利于人工動態干預。加料系統的關鍵設備是給料電機、料倉稱重以及閘門控制，給料電機的速度關系的加料的實時性，料倉稱重反饋與模型，閘門控制關系著物料跟蹤和投料性能。

3.5 二級系統

在實施自動化煉鋼過程中，SDM煉鋼模型是其核心部分。SDM的使用是為了提高鋼的終點溫度和碳含量控制的效率和精度，而副槍的使用，能使轉爐中的熔液的溫度和成分直接傳送到二級上。SDM模型則根據接收到的數據，計算補吹模型，實行動態煉鋼。根據過程控制系統中的功能，可分為靜態過程控制模型和動態過程控制模型。靜態和動態控制模型都可進行原材料配比和吹氧的計算，并可計算逸出轉爐的碳和氧。在靜態計算中，靜態控制模型生成了一個中途測量點的時刻。二次吹煉計算和動態控制模型分別以中途點測量值(熔池溫度和碳含量)作為附加輸入數據，進而對煉鋼的操作進行控制，以達到吹煉循環結束時的目標碳含量及鋼水溫度。SDM計算模型可完成以下功能：工藝目標計算；脫硫計算；加料計算；吹煉計算；動態控制計算；二次吹煉計算；吹煉結束確認；冶煉結束計算；模型反饋計算等。

4 成果

柳鋼150T轉爐從開始操作工不相信和不愿用副槍煉鋼，到現在離不開副槍，經歷一個極其艱辛的過程。經過各區域的員工不停摸索，副槍使用率達到99.8%，測成率在98%以上，不倒爐出鋼超過95%，補吹率下降到30%以下，命中也可以達到80%以上，冶煉周期縮短5分鐘。

5 結語

副槍自動化控制系統柳鋼150T轉爐初見成效，一定程度上減輕了操作工的工作量，降低物料消耗，縮短冶煉周期，正向完全自動化一鍵煉鋼邁進。