轉爐自動煉鋼一級控制系統的實現

朱佳

摘 要：介紹了河鋼唐鋼第一鋼軋廠轉爐自動煉鋼一級控制系統如何完成氧槍的自動定位、氧氣流量的自動調節、底吹系統的自動控制、散料系統的自動配料及加料、雜用石灰與合金料系統的自動配料及加料等功能，最終實現轉爐全自動煉鋼的目的。

關鍵詞：轉爐；自動煉鋼；控制系統

中圖分類號：TP73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0083-02

隨著產品品種、質量要求的不斷提高及降低成本的需要，都迫切需要提高轉爐終點控制水平，研究并建立轉爐終點預測模型和工藝參數的優化模型對改善產品質量、提高煉成率、縮短冶煉時間和提高企業經濟效益都具有重要的意義。因此轉爐煉鋼動態智能控制技術是中國轉爐煉鋼的重要發展方向。

河鋼唐鋼一鋼軋廠共有三座150t頂底復吹轉爐采用較為成熟的轉爐煙氣分析動態控制技術。但是，轉爐煙氣分析系統只是提供了一種控制模型，只有通過轉爐基礎自動化控制系統才能更好地發揮其應有作用。轉爐煙氣分析系統是一個新項目，目前的轉爐一級PLC系統不能適應其控制要求。因此，對氧槍的自動定位、氧氣流量的自動調節、底吹系統的自動控制、散料系統的自動配料及加料、雜用石灰與合金料系統的自動配料及加料功能進行改造和完善，以滿足轉爐煙氣分析系統的各項要求并保證轉爐自動化、科學化煉鋼的最終實現。

1 氧槍自動定位控制

轉爐煉鋼的過程就是向裝有鐵水的轉爐內不斷吹氧的過程。吹氧的任務是由氧槍來完成的，需要吹氧時，氧槍進入爐內，根據冶煉需要停在距鐵水某一液面上，這個距離隨不同的冶煉階段而發生變化，它的準確與否直接關系到冶煉產品的質量，所以氧槍的定位控制是轉爐煉鋼的核心部分。氧槍自動定位控制是通過氧槍位置控制環來實現的。

因此，在硬件上采用德國TURCK增量型編碼器和德國西門子公司S7-300模板配合，完成氧槍位置信號的采集。操作人員根據煉鋼的不同冶煉階段設定不同的氧槍運行高度，位置控制器將位置信號轉換成速度信號發送到變頻裝置的速度給定端，變頻裝置驅動裝有光電碼盤的電機運行，光電碼盤把電機運行的轉數以脈沖的形式傳送到脈沖/位置轉換器中，脈沖/位置轉換器將脈沖信號轉換成位置信號反饋給位置控制器，位置控制器根據位置設定值與位置反饋值的差來調節速度給定值。

氧槍運行前根據VAI二級設定的槍位高度，系統將氧槍設定位置與氧槍實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，再判斷氧槍在哪個速度段，根據判斷結果，將不同的速度設定值發送給變頻裝置，變頻裝置驅動氧槍運行。當氧槍實際位置值等于設定值時，位置控制器向變頻裝置發送停車命令，變頻裝置啟動制動單元快速制動停車，并將抱閘抱死。

整個冶煉過程槍位隨氧步不斷變化。

2 氧氣流量的自動調節

煉鋼吹煉過程中對氧氣流量的控制是非常重要的。當吹煉開始，氧氣切斷閥打開，氧氣通過氧槍吹入爐內，如果氧氣調節閥打開過快使氧氣流對鐵水的沖力過大就會造成噴濺，過小又會使吹煉時間加長，因此氧氣的控制采用PID控制器實現。

PID的控制由三部分并聯組成：比例（P）、積分（I）和微分（D），三部分均可單獨使用，即此功能塊既可作為P、PI、PD、I，D調節器，又可作為PID整體使用。由于PI調節器既能消除穩態誤差，又能產生較積分調節快的多的動態響應。對于流量和壓力等一些調節通道容量滯后較小，負荷變化不很大的調節系統，可以得到很好的調節效果。所以，本系統采用PI調節器來進行氧氣流量的調節。PID調節器選用德國西門子公司的Step7編程軟件實現。

3 底吹系統自動控制

底吹系統設備包括氮氣進氣總管流量調節閥、氬氣進氣總管流量調節閥、氧氣進氣總管流量調節閥、氮氣總管快切閥、氬氣總管快切閥、氧氣總管快切閥、2個總管壓力調節閥、8個透氣元件支管流量調節閥。

正常吹煉：N2壓力正常，Ar壓力正常，由操作工按下“自動啟動”按鈕，底吹系統進入初始狀態，開始供氮氣。當轉爐兌鐵、吹煉、出鋼、濺渣信號到達時，底吹按照相應流量設定值自動調節流量。當吹氧百分比到達設定百分比值時，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 散料系統的自動配料及加料

轉爐散料控制系統的任務是合理控制散料（石灰石、鐵礦石、混料）等的加入種類、加入量和加入時間，保證冶煉過程中鋼種成份、溫度、渣的成分的目標控制，提高一次冶煉命中率。散料系統工藝設備包括保證輔原料連續配料的8個高位料倉及其下的8個振動給料機、2個10t稱量料斗及其下部的密封閘門、2個12m3的中間料斗。工藝設備、物料流程如圖1所示。

散料下料控制系統的設計是按照預定的需求量實現分批設定加料值控制。根據VAI自動化煉鋼二次裝料計算結果確定的預定裝料圖表，一級系統根據下料配方表完成自動稱量配料控制。通常根據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程進行配料：首先檢查自動稱量配料是否滿足要求，其次接收配方里的批料設定值，如果都滿足要求啟動開始配料；配料結束后檢查一批配料值的準確性，符合要求則稱量斗開始卸料，并為下一批料配料做好準備；全部完成后匯總斗開啟卸料過程，全部完成后一爐料配料過程結束，所有數據復位。

5 雜用石灰及合金料系統的自動配料及加料

雜用石灰系統工藝設備包括2個高位料倉及其下的振動給料機、5t稱量料斗及其下部的出口閘門、振動給料機。

合金料系統工藝設備包括4個高位料倉及其下的振動給料機、5t稱量料斗及其下部的出口閘門、振動給料機。

具體實施方案同散料的自動配料及加料。

6 結語

河鋼唐鋼一鋼軋廠轉爐煙氣分析動態控制煉鋼技術投入使用后，使操作人員的操作更加規范化、標準化，大大減少人為對煉鋼質量的影響；一次倒爐命中率明顯提高，縮短了冶煉周期；鋼水過氧化減少，金屬收得率、合金收得率增加；噸鋼成本大幅度降低，產生了可觀的經濟效益，提高了轉爐的生產效率。

參考文獻

[1]陸軍.馬鋼轉爐煉鋼自動化控制系統[J].冶金自動化，2004增刊：38-41.

[2]曲永印，曲麗萍，樊生文，薛海波.煉鋼自動化系統的研究與實現[J].控制工程，2002，（4）：19-21，40.

[3]吳明，梅忠.轉爐煙氣分析動態煉鋼技術[J].冶金設備，2006，（4）：68-72.