何俊正 張廣清 陳慶海 申凌云

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼 150 t轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)的改進與完善

何俊正 張廣清 陳慶海 申凌云

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼第二煉軋廠 150 t轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的組成,對存在問題進行了分析,提出相應(yīng)的改進完善措施。通過改進,轉(zhuǎn)爐煉鋼大大地降低了設(shè)備的故障率,提高了鋼水的命中率、減少了煉鋼過程中人為干預(yù),節(jié)約了爐次冶煉時間,達到自動化煉鋼的目的。

轉(zhuǎn)爐 自動化煉鋼 控制系統(tǒng)

0 前言

安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠是集煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼四位于一體的生產(chǎn)工藝配置,現(xiàn)代工藝裝備堪稱國內(nèi)領(lǐng)先,電氣控制水平國際一流。其中 1#150 t轉(zhuǎn)爐于 2005年 8月投產(chǎn)。隨著生產(chǎn)節(jié)奏的逐漸加快,大量數(shù)據(jù)的積累,投運自動化煉鋼就提上了日程。但工藝,設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中還存在著諸多問題,制約了自動化煉鋼的投運。為此,第二煉軋廠對自動化煉鋼進行了專題攻關(guān)和調(diào)試,對其控制系統(tǒng)進行了改進與完善。

1 控制系統(tǒng)組成

安鋼 150 t轉(zhuǎn)爐自動化煉鋼控制系統(tǒng)[1-2]由SDM靜動態(tài)煉鋼模型,GATEWAY PLC(用于一級自動化與模型交換數(shù)據(jù))、基礎(chǔ)自動化環(huán)形以太網(wǎng)、轉(zhuǎn)爐本體 PLC(氧槍、傾動、頂?shù)讖?fù)吹)、轉(zhuǎn)爐汽化 PLC、轉(zhuǎn)爐投料 PLC、SUBLANC PLC、吹氬 PLC、熔劑上料PLC和鐵合金上料 PLC等自動控制系統(tǒng)組成?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)傳給模型的數(shù)據(jù)及信息主要有:轉(zhuǎn)爐冶煉過程狀態(tài) (冶煉階段信號)、轉(zhuǎn)爐吹氧量、氧槍升降實際位置、底吹模式及底吹過程狀態(tài)、傾動角度、轉(zhuǎn)爐料倉料種代碼、熔劑及鐵合金加料重量數(shù)據(jù)采集、副槍D IRC測量數(shù)據(jù)等等。模型下發(fā)給基礎(chǔ)自動化的控制指令主要有:氧槍升降自動定位數(shù)據(jù)、頂吹氧氣自動調(diào)節(jié)控制數(shù)據(jù)、熔劑加料批次及重量數(shù)據(jù)、鐵合金加料料種及重量數(shù)據(jù)、底吹模式代碼指令、副槍自動測量控制指令等等。

2 存在問題及分析

2.1 鐵合金加料

安鋼 150 t轉(zhuǎn)爐調(diào)試初期,物料稱量的自動控制無法實現(xiàn)計算機控制,功能不完善;稱料的準(zhǔn)確度不高;鐵合金物料采集經(jīng)常漏采集投料數(shù)據(jù),在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)振動電機停振現(xiàn)象。分析認(rèn)為,其問題的關(guān)鍵是調(diào)試初期物料稱量控制系統(tǒng)不完善;變頻器加減速斜坡時間太長,且有變頻器的低壓死區(qū)頻段;自動控制未完全實現(xiàn);合金料料倉的稱量精度不高。

2.2 熔劑加料

轉(zhuǎn)爐熔劑加料速度滿足不了模型控制要求,插板閥故障率過高;變頻器的停止振動停止信號出現(xiàn)太晚,延長了批次物料稱量及投料時間;模型控制自動分料程序?qū)Χ嗔蟼}放置同種物料時出現(xiàn)重復(fù)分料;物料稱量的準(zhǔn)確性不高;爐次加料數(shù)據(jù)有時漏采集。由此看來模型數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性存在問題;實際應(yīng)用中由于料斗壁上粘附物料而重量超過閾值,導(dǎo)致插板閥故障率高等。

2.3 頂?shù)讖?fù)吹

氧槍槍位、吹氧量的計算機控制系統(tǒng)沒有調(diào)試;底吹模式計算機設(shè)定代碼接收和處理不正常;吹爐口氧量經(jīng)常計入模型補吹氧量。原因是氧槍槍位不能以最快的速度準(zhǔn)確停止在制定位置上;吹氧量的大小控制不穩(wěn)定;底吹模式根據(jù)鋼種不同需人工干預(yù)設(shè)定模式代碼等。

2.4 二級系統(tǒng)通訊

鐵水,廢鋼數(shù)據(jù)不能自動采集,需人工輸入;鐵水成分?jǐn)?shù)據(jù)不能及時傳送給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng);爐中樣的成分?jǐn)?shù)據(jù)傳送時間比較長;脫硫后的鐵水?dāng)?shù)據(jù)不能送到轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng);鋼包信息不能發(fā)送到轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng);因為計劃爐號的問題導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)接收生產(chǎn)管理系統(tǒng)的計劃混亂。分析認(rèn)為,二級通訊系統(tǒng)原設(shè)計都是由現(xiàn)場人工干預(yù),操作非常麻煩,因不是自動采集,也不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,故鋼包信息的數(shù)據(jù)傳遞也不會準(zhǔn)確。

3 控制系統(tǒng)改進與完善

3.1 加料控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐加料系統(tǒng)分為熔劑加料和鐵合金加料兩部分,主要改進內(nèi)容如下:

1)增加了鐵合金投料振動電機的旁路接觸器控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)作為振動電機變頻控制的備用控制方式,在變頻啟動不能正常啟動時,直接由工頻進行控制電機的啟停。更改了相關(guān)的電氣控制原理圖和 PLC系統(tǒng)的輸入輸出信號,以及鐵合金投料的相關(guān)程序,修改了 HM I控制畫面,修改后的控制畫面如圖 1所示。

圖1 改進后的鐵合金投料控制系統(tǒng)示意圖

2)優(yōu)化修改變頻器的控制參數(shù)。料倉振動電機為非變頻電機,但是工藝控制需要對物料稱量準(zhǔn)確性進行控制,為了保證非變頻電機的振動電機能夠在變頻器的驅(qū)動下正常運行,采取了以下的變頻器控制優(yōu)化手段:使其加減速斜坡時間縮短,并屏蔽變頻器的低頻死區(qū)頻段,更改變頻驅(qū)動控制方式和優(yōu)化變頻器的速度和轉(zhuǎn)矩參數(shù),確保振動電機快速啟停,加快物料稱量速度,采用變頻器通訊模板連接至 PLC的 PROF IBUS總線上,在 HM I上可以調(diào)整變頻器的輸出頻率。

3)完善鐵合金一級自動化加料的控制。原轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)之初,鐵合金投料采用了手動加料、自動加料和計算機控制加料三種控制方式,但是實際使用的僅僅是手動加料。為了實現(xiàn)計算機自動控制,完善自動加料控制方式十分必要。其主要控制邏輯為:僅需要操作工一次將本爐次所需要的鐵合金料設(shè)定好,PLC依次按照料倉號從小到大的順序自動稱量,以減少操作步驟。完善后鐵合金稱量的分散和自動控制系統(tǒng)如圖 2所示。

圖2 優(yōu)化后鐵合金稱量控制系統(tǒng)示意圖

4)優(yōu)化加料系統(tǒng)料倉稱料的準(zhǔn)確性:合金料的稱量精度對于鋼水成分的命中率至關(guān)重要。在鋼水稱量精度控制程序中,其原有的設(shè)計要求為在 HM I上對每個料倉進行物料稱量落差值的手動設(shè)定,其理論依據(jù)為每次稱量同一種鐵合金物料,其振動電機停止時,余振落下的物料應(yīng)該相同,但是實際上每批物料顆粒大小不同及料倉內(nèi)料位高度不同都對稱料精度有所影響,因此采取了利用上次稱料誤差進行落差值的自動修正對控制程序進行修改。

在每種鐵合金稱量結(jié)束后,PLC將根據(jù)稱量后料斗稱的重量值自動減去稱量前的料斗稱的重量值作為該合金的稱量值,并將該值寫入數(shù)據(jù)塊進行存儲。熔劑加料控制系統(tǒng)同樣增加如上落差值自動修正控制,保證了物料稱量的準(zhǔn)確度。

5)改進了熔劑加料物料采集程序,確保了模型數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。改進之前,物料消耗重量采集觸發(fā)條件為匯總斗重量低于設(shè)定閾值 (閾值一般設(shè)定為 100 kg)并且匯總斗插板閥有關(guān)閉信號,實際應(yīng)用中由于經(jīng)常出現(xiàn)料斗壁上粘附物料重量超過閾值,插板閥故障率較高,因此經(jīng)常造成大批量的數(shù)據(jù)漏采集。根據(jù)以上分析原因,物料采集控制程序先后進行了以下幾次改進:

將插板閥改造為翻板閥進行控制,解決了關(guān)閉經(jīng)常不到位現(xiàn)象,并將翻板閥關(guān)閉信號作為觸發(fā)條件發(fā)送料倉實際的重量減少值,由于模型采集數(shù)據(jù)的平均周期為 2 s左右,如果兩個料倉幾乎同時加完料時,發(fā)送兩組數(shù)據(jù)間隔時間小于 2 s,就造成第一組數(shù)據(jù)模型沒有采集就被第二組數(shù)據(jù)刷新造成漏采集。

物料采集觸發(fā)條件為翻板閥關(guān)閉信號,傳送數(shù)據(jù)為各個料倉爐次內(nèi)累計的投料物料重量,這樣避免了物料采集漏采現(xiàn)象。

6)熔劑投料稱重倉下翻板閥控制改造。將原有氣動插板閥改造電液推桿驅(qū)動的翻板閥,修改了控制程序和 HM I控制畫面。這樣大大地減少了熔劑投料的設(shè)備故障率,并確保了加料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集。

7)計算機控制自動分料的準(zhǔn)確性控制程序修改:計算機控制加料時,是根據(jù)吹氧量來觸發(fā)投料批次,二級模型根據(jù)料種代碼下發(fā)每種物料在不同吹氧量時的設(shè)定值。我們在分料控制程序前增加了一段判斷物料代碼的判斷程序,使得物料相同的倉在自動分料時,在料倉無故障的情況下,若物料設(shè)定值小,優(yōu)先分配料倉號較小的料倉;如果料量大,物料代碼相同的倉進行平均分配,解決了重復(fù)分料的現(xiàn)象。

3.2 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹、氧槍控制系統(tǒng)

1)氧槍槍位、吹氧量的數(shù)據(jù)處理與控制,以及HM I控制畫面修改。氧槍槍位、吹氧量設(shè)定在計算機控制模式下,模型根據(jù)冶煉鋼種、鐵水成分、廢鋼成分計算轉(zhuǎn)爐在不同的吹氧階段氧槍的高度值以及氧氣的流量設(shè)定值 (實際設(shè)定值與鋼種有關(guān))。轉(zhuǎn)爐本體 PLC在計算機控制模式下將根據(jù)模型下發(fā)的數(shù)據(jù)實時設(shè)定轉(zhuǎn)爐冶煉 GAP值,通過變頻器控制氧槍升降,并同步對氧氣流量進行 P ID調(diào)節(jié)[3-4]。模型下發(fā)數(shù)據(jù)基本格式見表 1。

表1 氧槍高度、頂吹自動控制設(shè)定

2)底吹模式計算機設(shè)定代碼接收和處理。底吹模式在模型控制時,模型將根據(jù)鋼種不同設(shè)定底吹模式代碼,攻關(guān)前,計算機設(shè)定的底吹控制模式和氮氣或氬氣設(shè)定值需要操作人員確認(rèn)后方可生效。因此對程序進行了修改,計算機模式下無需人工干預(yù),模型直接下發(fā)和控制底吹。

3)吹爐口氧量不送入模型的程序修改。轉(zhuǎn)爐吹爐口的目的是熔化爐口冷鋼,這一部分氧量如果計入吹煉氧量,對模型自學(xué)習(xí)不利,為了避免吹爐口氧量送入模型,在與模型通訊數(shù)據(jù)中增設(shè)了吹爐口和停吹爐口信號,并相應(yīng)地修改了相關(guān)通訊與控制程序。

3.3 二級通訊系統(tǒng)

1)增加主原料系統(tǒng)來實現(xiàn)鐵水、廢鋼數(shù)據(jù)的自動采集和傳送。鐵水和廢鋼的數(shù)據(jù) (鐵水?dāng)?shù)據(jù)主要是溫度,重量和成分,廢鋼數(shù)據(jù)主要是廢鋼的種類以及各種廢鋼的重量)原設(shè)計都是由現(xiàn)場人工進行輸入的。不但操作非常麻煩,同時因為不是自動采集,也不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對此,我們增加了一個主原料系統(tǒng),主要是實現(xiàn)鐵水,廢鋼數(shù)據(jù)的自動采集和管理,并將這些數(shù)據(jù)傳給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)的設(shè)計中,首先采用了 OPC技術(shù),每間隔兩秒鐘將混鐵爐和折罐位的現(xiàn)場 PLC中的重量和溫度數(shù)據(jù)采集上來,并根據(jù)設(shè)定好的罐重,皮重,毛重的范圍來對采集上來的數(shù)據(jù)進行過濾,來實現(xiàn)對鐵水重量數(shù)據(jù)的采集,同時也實現(xiàn)了對最新鐵水溫度的采集;當(dāng)廢鋼的操作工在某種廢鋼裝料結(jié)束進行確認(rèn)的時候,OPC程序?qū)U鋼的重量數(shù)據(jù)從PLC中寫入到數(shù)據(jù)庫中,實現(xiàn)對廢鋼數(shù)據(jù)的采集。然后用 DB_L INK技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)在主原料系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)之間的傳送。當(dāng)有新的鐵水,廢鋼數(shù)據(jù)的時候,主原料系統(tǒng)便將該數(shù)據(jù)放到一個公共的表空間,轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)會每間隔半分鐘去該公共的表空間去查詢,如果發(fā)現(xiàn)有新的數(shù)據(jù)就及時接收并將公共表空間的數(shù)據(jù)刪除。

2)改變鐵水成分?jǐn)?shù)據(jù)的傳送路徑,縮短了鐵水成分的傳送時間。原系統(tǒng)設(shè)計是鐵水成分?jǐn)?shù)據(jù)先反饋到主原料系統(tǒng),然后和鐵水的重量,溫度數(shù)據(jù)綁定后一起發(fā)給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)。但是受客觀上鐵水成分?jǐn)?shù)據(jù)出來的時間比較長,從而導(dǎo)致鐵水的溫度和重量數(shù)據(jù)也不能及時傳送給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng),對模型的應(yīng)用影響非常大。考慮到這些因素,將重量溫度數(shù)據(jù)和成分?jǐn)?shù)據(jù)分開,當(dāng)翻鐵或者折鐵結(jié)束的時候,主原料系統(tǒng)立刻將重量溫度數(shù)據(jù)先發(fā)給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng),同時轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)直接從檢化驗系統(tǒng)去取數(shù)據(jù)。這樣就可以保證模型能及時接收到鐵水的重量和溫度數(shù)據(jù)。

3)縮短了爐中樣成分?jǐn)?shù)據(jù)的傳送時間。系統(tǒng)使用一段時間后,操作工反映接收成分比較慢。因為成分傳輸是通過 ORACLE后臺的 JOB調(diào)用存儲過程來實現(xiàn)的,而 JOB是每隔一定的時間間隔自動調(diào)用存儲過程的,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)前時間間隔設(shè)定為 30 s,于是更改了時間間隔參數(shù),將其改為 5 s,這就相當(dāng)與每個爐中樣可以節(jié)約出來 25 s的時間。

4)增加了脫硫后鐵水?dāng)?shù)據(jù)的傳輸。我廠配置有脫硫工序[5],脫硫后鐵水的硫含量和溫度與在混鐵爐以及折罐位處相比已經(jīng)有了相當(dāng)大的變動,以前轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)并沒有接收脫硫后的實際鐵水?dāng)?shù)據(jù),還是以在混鐵爐以及折罐位處原始數(shù)據(jù)來進行計算,對模型的運算有很大的影響。

改進后,鐵水脫硫后的數(shù)據(jù)以爐次報告的形式發(fā)往主原料系統(tǒng),主原料系統(tǒng)將轉(zhuǎn)爐二級需要的鐵水硫成分以及鐵水溫度挑選出來并轉(zhuǎn)發(fā)給轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)。這樣就實現(xiàn)了脫硫后鐵水?dāng)?shù)據(jù)的傳遞。

5)增加了鋼包信息的傳遞。原設(shè)計系統(tǒng)沒有考慮鋼包數(shù)據(jù),但是鋼包數(shù)據(jù)對鋼包合金化模型的計算有很大影響,在鋼包管理系統(tǒng)完善后,建立了鋼包管理系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)之間的通訊,保證鋼包管理信息的及時傳輸。

6)更改了生產(chǎn)管理系統(tǒng)的部分程序,保證了生產(chǎn)計劃的正確下發(fā)。在使用過程中,發(fā)現(xiàn)有時二級系統(tǒng)不能正確接收來自于生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的計劃。因為二級系統(tǒng)對計劃的處理是以計劃號為關(guān)鍵字的,而原來的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中并沒有將計劃號和爐次號綁定,當(dāng)更改計劃的時候,二級系統(tǒng)會因為某一個計劃號正在進行或者已經(jīng)結(jié)束而不能接收到該計劃。于是在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中將計劃號和爐次號綁定,確保了轉(zhuǎn)爐二級系統(tǒng)能正確的接收生產(chǎn)計劃[6]。

4 改進效果

根據(jù)安鋼第二煉軋廠轉(zhuǎn)爐的工藝流程和生產(chǎn)規(guī)模,通過對二級通訊系統(tǒng)改進,即:計算機控制范圍從鐵水預(yù)處理開始,經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉、爐外精煉直至將鋼水送到連鑄機為止。煉鋼過程得到有效控制,節(jié)約了生產(chǎn)時間,提高了生產(chǎn)產(chǎn)量,降低了成本,使生產(chǎn)管理水平大大提升。

副槍和 SDM煉鋼模型可以實現(xiàn)在不中斷吹煉的情況下從轉(zhuǎn)爐中獲取鋼液成分和溫度等信息,采用此種方法可以通過 SDM模型計算出測量后還需向鋼中吹入的氧氣量和冷卻劑加入量。系統(tǒng)改進后,通過對轉(zhuǎn)爐冶煉參數(shù)的修正就可命中終點目標(biāo)溫度和碳含量而不需進行補吹。

通過系統(tǒng)改進,模型煉鋼提高了鋼水命中率(終點 (C)合格率達 100%,終點 (C)、溫雙命中率達91%以上)、減少了煉鋼過程中人為干預(yù),節(jié)約了爐次冶煉時間;實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐模型自動控制煉鋼,減少人為的操作干預(yù)。自動化煉鋼技術(shù)改進后,減少了鐵水消耗、增加了廢鋼比、減少了氧氣消耗、減少了熔劑消耗、減少了爐襯損失、提供了較好的工作條件、使煉鋼生產(chǎn)有了較大的靈活性。

5 結(jié)語

安鋼 150 t轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)改進后,大大地降低了設(shè)備的故障率。該系統(tǒng)的成功實施使公司在自動化新技術(shù)領(lǐng)域開創(chuàng)了一個更高的空間,為公司三步走戰(zhàn)略的后續(xù)工程提供了寶貴的經(jīng)驗,為隨后的轉(zhuǎn)爐的順利達產(chǎn)創(chuàng)效儲備了大量的技術(shù)信息。該項目值得廣泛推廣應(yīng)用于其它轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)中,并且對于新鋼種的開發(fā)很有意義。

[1] 賀恩成,何俊正.淺析安鋼 150t轉(zhuǎn)爐自動控制系統(tǒng)[J].甘肅冶金,2009,31(3):101-106.

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[3] 王喆,何俊正,李瑞波.煉鋼轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)研究[J].冶金動力,2009(4):119-121,124.

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[5] 謝書明,柴天佑.轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].冶金自動化,1998,22(1):1-5.

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IM PROVEM ENT AND PERFECTI ON OF STEELMAKING CONTROL SYSTEM IN ANGANG 150 t CONVERTER

He Junzheng Zhang Guangqing Chen Qinghai Shen Lingyun

(Anyang Iron﹠Steel Stock Co.,Ltd)

This paper introduces the constitute of 150 t converter control system,analyses the remaining problems and puts forwards improvingmeasures.It shows that the equipment failure rate is reduced greatly,hit-rate of liquid steel is improved,artificial intervention in stee lmaking process is reduced,and smelting t ime is shortened,so the automation steelmaking has been realized.

converter automation stee lmaking control system

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聯(lián)系人:張廣清,副廠長,高級工程師,河南.安陽 (455004),安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠;

2010—8—28