轉(zhuǎn)爐煉鋼副槍系統(tǒng)

康 亮，張愛民

（唐山中厚板材有限責(zé)任公司 河北 唐山 063000）

轉(zhuǎn)爐煉鋼副槍系統(tǒng)

康 亮，張愛民

（唐山中厚板材有限責(zé)任公司 河北 唐山 063000）

轉(zhuǎn)爐煉鋼副槍系統(tǒng)可以實現(xiàn)在不中斷吹煉或不倒?fàn)t的情況下從轉(zhuǎn)爐中獲取鋼液成份、溫度、氧含量等所需信息 該系統(tǒng)操作便利，架構(gòu)合理。并且可通過二級計算機的模型完成對煉鋼全過程的自動控制；不僅能將操作者的工作強度有效降低還可減少轉(zhuǎn)爐每爐次的吹煉時間。主要目的是節(jié)省能源和物料消耗，追蹤優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉過程，提高其管理水平，達到增產(chǎn)增效的目的。

控制系統(tǒng)；轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)；計算機模型

1 引言

當(dāng)前唐山中厚板公司轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的3座120噸轉(zhuǎn)爐先后安裝了轉(zhuǎn)爐副槍裝置，解決了在不中斷吹煉以及不搖爐的情況下，如何獲取轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)溶液的各種所需信息的難題：其中包括1熔液的溫度2熔液的碳含量3熔液的氧含量4熔液的液面高度5取樣分析等功能。

根據(jù)副槍測量取樣的數(shù)值來調(diào)節(jié)吹氧值的大小及轉(zhuǎn)爐中熔劑的添加數(shù)量，憑借轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)計算機的動態(tài)控制相關(guān)模型針對冶煉所必需的氧含量及冷卻劑添加的多少進一步校正計算。從而達到溫度和碳的設(shè)定值，避免轉(zhuǎn)爐補吹，使得直接快速出鋼得以實現(xiàn)。

副槍及轉(zhuǎn)爐煉鋼計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點有：使操作效率得到提高，自動過煉鋼得以實現(xiàn)；提高吹煉終點時的碳含量；熔液溫度的雙命中率；實現(xiàn)“一鍵煉鋼”的自動煉鋼方式；降低補吹次數(shù)；減少鋼渣鐵含量；增加爐襯壽命；提高廢鋼的熔化效率；并實現(xiàn)管理的信息化。

計算機煉鋼其主要目為節(jié)約能源和降低物料消耗，節(jié)省噸鋼成本，追蹤優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉過程，提高其管理水平，達到增產(chǎn)增效的目的。

2 副槍功能

冶煉時，副槍系統(tǒng)可以自動選擇并安裝探頭。其進入轉(zhuǎn)爐到指定高度，測量鋼水溫度、鋼水凝固溫度、吹煉后的熔池液位等數(shù)據(jù)。在接近吹煉終點時，副槍進入轉(zhuǎn)爐進行過程檢測，并將檢測結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C以計算吹氧量和冷卻劑的添加量。同時，檢測樣本回收分析，判斷終點的鋼水成分。

吹煉結(jié)束后，副槍可再次檢測取樣確定終點溫度、碳含量、氧含量。副槍系統(tǒng)可自行取下探頭，降至操作平臺，以便維護。

3 副槍系統(tǒng)的硬件配置

中厚板公司轉(zhuǎn)爐副槍的設(shè)備分為副槍旋轉(zhuǎn)裝置；副槍橫移裝置；升降裝置；本體；探頭存儲、副槍供應(yīng)、副槍收集裝置，閥站及配管；副槍口密封和刮渣裝置；副槍運輸及副槍存儲設(shè)備。見圖1。

轉(zhuǎn)爐煉鋼廠總體自動化從功能上分為三級：

一級：煉鋼基礎(chǔ)自動化分為電氣、操作站和儀表控制系統(tǒng)。其主要功能針對轉(zhuǎn)爐操作的過程實現(xiàn)控制，針對生產(chǎn)全過程實現(xiàn)順序控制，進行人機對話，實現(xiàn)煉鋼數(shù)據(jù)的采集。最終實現(xiàn)和其余系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通訊。

二級：實現(xiàn)過程控制的計算機基本以單個或更多的高性能服務(wù)器做為核心，實現(xiàn)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉爐以及連鑄等區(qū)域流程的生產(chǎn)控制。當(dāng)系統(tǒng)ERP投入運行或者未設(shè)計三級機的情況下，擔(dān)負(fù)冶煉生產(chǎn)的計劃管理。

三級機：ERP系統(tǒng)。

圖1 計算機自動煉鋼及副槍控制結(jié)構(gòu)圖

4 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

一級采用現(xiàn)場分布式的總線控制系統(tǒng)（DCS）方式，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用工業(yè)以太網(wǎng)及Profibus現(xiàn)場總線相互結(jié)合的模式，各主站間以及操作員工作站的網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太環(huán)形網(wǎng)，它采用TCP/IP通訊協(xié)議；其每架DP網(wǎng)內(nèi)主站通過Profibus-DP/PA的總線下掛遠程工作從屬站（I/O）、各種儀表執(zhí)行器、交流變頻器。

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)硬件包括：PLC裝置、遠程（I/O）工作站柜等設(shè)備；HMI系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷系統(tǒng)；基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；操作臺和現(xiàn)場操作箱；編程和維護設(shè)備。

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1級）主要功能：

（1）基礎(chǔ)級自動化控制系統(tǒng)用于完成全線設(shè)備的自動化控制、數(shù)據(jù)采集和參數(shù)調(diào)整，并具備通訊功能。

（2）基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的各種功能，及其實現(xiàn)控制的方式（手動、半自動、自動、維修）。

（3）副槍的PLC控制系統(tǒng)的功能包括：副槍的旋轉(zhuǎn)、升降的控制、密封帽刮渣器裝置和探頭自動裝卸機構(gòu)等，選用Siemens系列高端PLC。副槍旋轉(zhuǎn)角度和副槍的高度位置檢測由高速計數(shù)模塊來實現(xiàn)。模擬量I/O模塊以及各類數(shù)字I/O模塊，其數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)狀態(tài)信息及測量結(jié)果通過通訊接口實現(xiàn)，同時借助以太網(wǎng)絡(luò)及其它HMI、PLC通訊，與轉(zhuǎn)爐的二級機連網(wǎng)通訊，向轉(zhuǎn)爐的二級機傳送其副槍測量結(jié)果以及接收轉(zhuǎn)爐的二級機控制信號。

圖2 副槍的測量及聯(lián)接程序結(jié)構(gòu)框圖

5 副槍控制的方式為以下三種

手動：操作人員針對每個設(shè)備進行獨立的操作。同時，二級計算機未向一級傳送其設(shè)定值，但操作全過程中，實際數(shù)據(jù)可以由一級并向二級計算機傳送。

自動：操作人員使用基礎(chǔ)自動化中人機界面手動輸入操作過程的數(shù)據(jù)，經(jīng)過確認(rèn)后方能通過PLC并對每個設(shè)備采用自動順序操作。同時，二級不向一級傳送相關(guān)工藝設(shè)定值，但是操作過程中的實際數(shù)據(jù)可以由一級傳送至二級計算機。

計算機：計算機控制所需各種條件都滿足的情況下，自動控制系統(tǒng)會選擇該控制方式，該方式不需要人為干預(yù)。此方式下，二級計算機向一級自動傳送各種模型設(shè)定值及吹煉模式，經(jīng)過一級機確認(rèn)后，自動化控制系統(tǒng)將依據(jù)二級傳送的設(shè)定值自主完成工藝操作，操作員僅需要在一級和二級的HMI上監(jiān)視全部生產(chǎn)過程。

操作執(zhí)行中的實際過程數(shù)據(jù)由一級系統(tǒng)并向二級計算機發(fā)送。

6 副槍主要控制功能

6.1 升降控制通過交流變頻電動機驅(qū)動對應(yīng)的機械設(shè)備進行升降。其電機通過VVVF裝置所帶得閉環(huán)控制回路來實現(xiàn)傳動的控制?，F(xiàn)場的位置控制通過兩個編碼器相互校對，兩只接近感應(yīng)開關(guān)、兩只機械極限開關(guān)和其它輔助設(shè)備來實現(xiàn)位置控制。

6.2 旋轉(zhuǎn)控制通過一套VVVF變頻裝置并驅(qū)動對應(yīng)的機械設(shè)備進行旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場的位置控制通過編碼器和四個接近感應(yīng)的極限開關(guān)以及兩個機械極限開關(guān)和其它輔助設(shè)備來實現(xiàn)位置控制。控制系統(tǒng)應(yīng)用的測量方式為旋轉(zhuǎn)定位，目的為副槍機構(gòu)可以移動到固定的聯(lián)接位來聯(lián)接探頭，進行測量時同時移動到測量位，還可依據(jù)廠房的結(jié)構(gòu)位置來確定其維修位。

6.3 副槍探頭連接控制指副槍探頭從探頭倉去翻轉(zhuǎn)臂間的順序控制。副槍探頭先從倉中依靠氣缸的控制下到運輸機上，而后通過氣動馬達所驅(qū)動的運輸機使其傳輸?shù)椒D(zhuǎn)臂之上，等待翻轉(zhuǎn)臂自身的探頭夾持器經(jīng)過閉合后翻轉(zhuǎn)臂再轉(zhuǎn)至垂直位，然后副槍下降安裝探頭。

6.4 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)和副槍的連鎖控制

副槍測量時，氧槍的吹氧量及轉(zhuǎn)爐底吹的氣體流量控制務(wù)必下降到規(guī)定的區(qū)間內(nèi)；此時轉(zhuǎn)爐也要保持在垂直位置。所有的相關(guān)連鎖條件通過轉(zhuǎn)爐副槍PLC和轉(zhuǎn)爐其它PLC間進行的數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)。

7 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

SIEMENS STEP7作為進行控制器的編程軟件，SIEMENSWINCC6.0作為HMI的監(jiān)控軟件?？刂破鞒绦虻墓δ苣K主要有：判定控制模式、手動現(xiàn)場控制、探頭連接控制、測量過程控制、與DIRC之間的通訊、復(fù)位過程控制、故障報警與二級計算機之間的通訊。

一級HMI畫面有以下3類：

（1）過程狀態(tài)：用于針對全測量過程中設(shè)備的運行狀態(tài)及各種信息進行監(jiān)視，例如副槍的旋轉(zhuǎn)、升降、結(jié)晶器的碳含量及氧含量，鋼液的溫度等。

（2）過程控制：該畫面允許操作人員調(diào)節(jié)某些工藝參數(shù)及設(shè)定值，例如冷卻水流量及壓力、探頭選擇等。

（3）過程管理：該畫面針對副槍運行及測量過程實行管理，含故障報警的管理及起動條件管理，其控制過程是：操作工發(fā)出指令，探頭倉中的探頭被自動裝卸機構(gòu)取出，使其其連接于副槍上，系統(tǒng)判定其具備運行的條件后，控制副槍并將其旋轉(zhuǎn)至測量位，最終完成全測量過程。

用聯(lián)接周期和測量周期舉例，程序結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

8 結(jié)語

中厚板公司的副槍控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，通過二級計算機模型完成全煉鋼過程的控制，最終不僅降低勞動者的強度，還縮短了每爐次的吹煉時間。這對產(chǎn)品質(zhì)量的提升、生產(chǎn)成本的降低都起到至關(guān)重要的作用。

[1] DANIELI CORUS.120t轉(zhuǎn)爐— —爐卷軋機工程-轉(zhuǎn)爐副槍設(shè)備HMI 操作手冊[M].DANIELI CORUS.

[2]西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團.深入淺出西門子WinCCV6[M].北京:北航出版社，2002.

[3吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.

TF345 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0041-03