轉爐全智能煉鋼控制系統研究及應用

倪志國

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司， 山東 濟南 271100）

在信息化技術和智能設備飛速發展的今天，安全高效自動化、信息化技術以準確、真實的數據等優勢將冶金行業都推向了一個新的臺階，也為煉鋼的生產提供了有力支撐，融合了自動化信息化的智能控制技術使得煉鋼更加安全高效。山信軟件股份有限公司通過與型鋼煉鋼廠合作，通過PLC自動化控制、計算機網絡控制、現場精確操控設備將裝備、物料、人員等信息進行數字化、網絡化的轉換，逐步完善網絡建設和信息化建設，形成了具有自動化、信息化、安全、高效的符合煉鋼實際的智能化體系，為實現“智能煉鋼”打下了堅實的基礎。

1 全自動采集系統

數據采集的準確性可靠性是智能煉鋼的前提，煉鋼數據采集系統分為行車、廢鋼、鐵水成分溫度三大采集系統。

行車數據采集系統通過安裝在行車上的定位模塊以及行車行走輥道上的定位標簽用于判斷是否進入兌鐵區域，同時利用稱重儀表上的通訊接口，將質量數據實時傳送到無線發射模塊，無線發射機將定位標簽、稱重數據匯總后發送給數采接收機，最總匯入數采服務器。

廢鋼采集系統通過安裝在廢鋼平板車上的無線稱重儀表，將廢鋼質量實時傳送到廢鋼數采接收機，通過廢鋼行車上的廢鋼組分模塊，發送裝載廢鋼斗內的廢鋼成分到廢鋼數采接收機，最終廢鋼數采接收機將數據匯總后發至數采服務器。

鐵水成分及溫度采集系統通過測溫儀機及化驗室分析儀的通訊接口，通過以太網轉換模塊發送至成分采集機內，成分采集機將數據匯總后發送至數采服務器。

2 智能精準的自適應均勻布料控制系統

通過數采服務器采集的當前爐次數據，二級控制系統利用煉鋼模型計算出當前爐次采用的料單，包含氧布、料種代碼、物料質量，利用網關PLC發送給一級，通過數學模型智能計算下料時間、下料重量，通過比較模型數據和實際數據后按照下料時間比例、料質量比例，分步多批次、小批量的加入礦石等料種，同時實現檔位的自動調節。吹煉5 min前，第一批料下料時間為1 min30 s；吹煉5 min后，第二批料的下料方式為定量定時的算法，在不同的料重的情況下，按照料重百分比和下料時間百分比多次下料。礦石質量小于2500kg，下料時間5min；礦石質量大于2500 kg，小于3000 kg，下料時間為5 min 30 s；礦石重量大于 3000 kg，小于 4000 kg，下料時間為6 min；礦石質量大于4000 kg，小于5000 kg，下料時間為6 min 30 s；礦石質量大于7000 kg，下料時間為7 min30 s。實現運行畫面如圖1所示。

圖1 均勻布料參數設置畫面

3 全自動無人干預智能濺渣護爐控制系統

智能濺渣護爐控制系統避免了人工濺渣容易造成槍位定位不準等問題，并根據鋼種冶煉需求設計了三種自動模式，正常濺渣模式、濺渣加料模式和留渣濺渣模式，滿足不同鋼種冶煉完成后對于濺渣護爐的需求。

正常濺渣模式：全自動煉鋼模式時，拉碳放鋼前根據綜合信息判定自動進入“正常濺渣模式”即進入正常濺渣自動控制程序。放鋼后轉爐搖回零位，PLC采集到零位信號，放鋼結束信號，爐后操作臺允許信號后，氧槍由等待位自動下降，降至開氮位自動打開氮氣切斷閥，氮氣調節閥自動調節100%輸出，保證氮氣壓力和流量最大。在氧槍降到外槍位2.0 m時停止降槍，吹氮40 s，之后每隔40 s，氧槍降0.5 m，直至氧槍降到外槍位0.5 m，在最低槍位吹氮氣1 min后提槍到等待位。

加料濺渣模式：全自動煉鋼模式時，拉碳放鋼前根據綜合信息自動進入“濺渣加料模式”即進入濺渣加料自動控制程序。與正常濺渣模式不同的是在濺渣加料模式中，在放鋼過程中，轉爐本體控制系統將與散裝料控制系統通信，散裝料系統將自動稱量操作人員在畫面預定的料種和料重。稱量和加料完畢后再次與轉爐本體控制系統通信后，向轉爐本體控制發送稱量完成信號，轉爐本體控制系統執行與正常濺渣模式相同的控制流程。放鋼后轉爐搖回零位，PLC采集到零位信號，放鋼結束信號，爐后操作臺操作允許信號，氧槍由等待位自動下降，開氮（氧）位自動打開氮氣切斷閥，自動調節氮氣調節閥輸出，保證氮氣壓力和流量最大。在氧槍降到外槍位2.0 m時停止降槍，吹氮40 s，之后每隔40 s，氧槍降0.5 m，直至氧槍降到外槍位0.5 m，吹氮氣1 min后提槍到等待位。

留渣濺渣模式：全自動煉鋼模式時，拉碳放鋼前根據綜合信息自動進入“留渣濺渣模式”。放鋼后轉爐搖回零位，PLC采集到零位信號，放鋼結束信號，采集爐后操作臺允許信號后，氧槍由等待位自動下降，開氮（氧）位自動打開氮氣切斷閥，自動調節氮氣調節閥輸出，保證氮氣壓力和流量最大。在氧槍降到外槍位2.0 m時停止降槍吹氮氣，1 min后提槍到等待位，轉爐自動向前搖到120°倒渣，倒渣完畢后轉爐搖回0°再次按正常模式進行濺渣。

4 自動放鋼控制系統

自動放鋼系統通過控制轉爐的前傾、后傾、抱閘輸出及鋼包行走完成全自動放鋼。根據滑板的開關和滑板關閉次數，放鋼要求可分為單滑和雙滑，通過自動計算滑板關閉位置和關閉次數，根據爐傾角度給定不同的力矩，智能執行相應的放鋼流程。通過安裝在鋼包車上的激光測距儀判斷當前鋼包車位置，并根據傾動角度控制鋼包車行走距離，通過多次不間斷的實驗，得出智能放鋼中爐傾與鋼包車行走距離的最優參數。全自動放鋼示意圖如圖2所示。

圖2 全自動智能放鋼示意圖

5 結語

全智能煉鋼控制系統的深入研究和應用，利用高精度氧槍智能動態數據自診斷修正技術，提高了氧槍定位的可靠性、穩定性，采用智能精準的自適應均勻布料控制系統、全自動無人干擾合金加料控制系統、智能爐傾與鋼包行走微調控制等系統，極大地改善了轉爐煉鋼一體化智能控制品質，提高了控制系統的全局穩定性，保證了智能煉鋼的高效安全穩定生產、降低能源消耗、控制成本、減少排放并提供實時精確的現場數據，保證了煉鋼生產的安全、穩定、順行。