張立雪

（河鋼集團承鋼公司 工程技術有限公司，河北 承德 067002）

線材事業(yè)部煉鋼系統(tǒng)包括轉爐系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、連鑄系統(tǒng)等，為適應新的要求對120 噸系統(tǒng)從工藝及自動化方面著手，通過智能化技術讓設備和機器可以模仿人類的思維模式，促進自動化水平的提升，使得機械設備完成一系列的無人工序，實現(xiàn)電氣自動化智能化的功能，并可以單獨處理一些高危、高難度的工序，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的新高度。

1 環(huán)保節(jié)能新技術

（1）風機類環(huán)保節(jié)電技術研究方面：

圖1 正常爐次情況下吹煉前期轉爐煙氣成分圖

上圖為正常爐次情況下從吹煉前期分析的轉爐煙氣成分圖，以煙氣成分分析圖為基礎分析轉爐煙氣狀況，研究節(jié)能環(huán)保技術，利用一次除塵風機、二次除塵風機的自動控制得以實現(xiàn)。

120 噸2#、3#轉爐二次除塵風機管道并聯(lián)，共同負責2#、3#轉爐的二次除塵，原來二次除塵風機控制不精準。存在的弊端為：風機無功運轉現(xiàn)象；煙氣較大時風機運轉速度慢風量小導致除塵效果不佳；煙塵較小時風機高速運轉風量大導致風量和電量的無端浪費等。為達到更好地除塵效果，同時更好地保證設備運行安全、降低電能消耗，利用自動化手段重新編寫二次除塵風機控制模型，使得二次除塵風機與轉爐工藝過程無縫銜接，達到完美契合，旨在實現(xiàn)二次除塵風機速度精準控制，達到更好地除塵效果，同時節(jié)省電能。根據(jù)工藝要求重新對二次除塵風機的操作模式進行劃分:雙風機模式、單風機模式。雙風機模式下，通過轉爐兌鐵、出鋼、吹煉等不同工藝下對2#爐和3#爐共同運行或單個運行下的不同工藝過程進行組合，經(jīng)過多次調(diào)試統(tǒng)計數(shù)據(jù)，最終確定五個不同速度：兩座轉爐不兌鐵、不出鋼、不吹煉時風機速度為一速24HZ，兩座轉爐同時吹煉時速度為三速30HZ，一座轉爐吹煉另一座轉爐出鋼時速度為四速31HZ 等。單風機模式下，通過轉爐兌鐵、出鋼、吹煉等不同工藝下對2#爐和3#爐共同運行或單個運行下的不同工藝過程進行組合，經(jīng)過多次調(diào)試，跟蹤數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，觀察除塵效果最終確定三個不同速度。

通過在畫面上制作風機速度設定接口，實現(xiàn)崗位人員在允許的情況下修改各個速度的設定功能。

一次除塵風機系統(tǒng)主要用于轉爐煉鋼中的煙氣凈化，同時實現(xiàn)轉爐煤氣的回收。我們在轉爐系統(tǒng)實際應用過程中存在多方面的問題：一方面是原來的一次除塵系統(tǒng)對軸流風機的控制與轉爐工藝過程匹配不嚴；另一方面由于轉爐系統(tǒng)的兩個轉爐均可以提釩和煉鋼互為備用，如此一來一次除塵系統(tǒng)中對軸流風機的控制工藝已經(jīng)不適用。多次出現(xiàn)除塵效果不好，風機無功運轉，影響環(huán)保效果的同時造成不必要的電耗。為了適用于轉爐煉鋼和提釩兩個不同工藝，研究一次除塵風機調(diào)速控制技術，原則上與轉爐工藝過程相匹配。通過對轉爐煉鋼和提釩中不同的工藝過程進行定性定態(tài)，確定出不同工藝過程的固定信號狀態(tài)傳輸至一次除塵系統(tǒng)中，通過試驗研究，統(tǒng)計出大量數(shù)據(jù)，得到不同工藝過程與風機速度的匹配值，將經(jīng)驗值按照百分比給定風機速度。編寫一次除塵風機調(diào)速模型。將煉鋼過程分為包括轉爐待料、打爐口、兌鐵、吹煉、下副槍、吹煉中斷、復吹氧、濺渣、出鋼等多個不同的工藝過程，各個工藝過程下，均通過試驗出來的不同速度經(jīng)驗值設定出一次除塵風機的速度。轉爐提釩狀態(tài)下，在煉鋼過程的基礎上再進行細化，將吹煉周期分為四個階段，吹煉開始至吹煉中50S 得到的風機速度65%為最佳；吹煉中50S 至吹煉中70S 得到的風機速度70%為最佳；吹煉中70S至吹煉中120S 內(nèi)加入一氧化碳含量信號，含量大于5%得到的風機速度75%為最佳，小于5%得到的風機速度70%為最佳；吹煉中大于120S 后加入一氧化碳含量信號，含量大于5%得到的風機速度78%為最佳，小于5%得到的風機速度75%為最佳。實現(xiàn)了一次除塵風機更大程度的滿足環(huán)保要求。

2 精煉爐底吹工藝

氬氣節(jié)省研究：120 噸每個精煉系統(tǒng)有兩套吹氬系統(tǒng)供1#鋼包車和2#鋼包車用，每套吹氬系統(tǒng)有兩路管路可進入鋼包底部供鋼包底吹用，由于外控因素較大，四套底吹系統(tǒng)管道上的閥門定位均出現(xiàn)較大的偏差致使吹氬流量不準，使得鋼水成分和溫度的均勻性較差，影響鋼坯質(zhì)量。對每套系統(tǒng)閥門開度進行嘗試性地單獨調(diào)整并修改閥門組合，重新定位每個閥門開度，在西門子200PLC 中調(diào)節(jié)各個閥門的組合，實現(xiàn)底吹流量設定值與反饋值相協(xié)調(diào)的目的。避免了鋼包底吹時氣體流量過大導致鋼水表面冒泡嚴重，以及流量過小使得鋼水成分和溫度均勻性差等嚴重影響鋼水質(zhì)量的問題，同時流量值控制精準度的提高也進一步節(jié)省了氣體成本。

精煉爐底吹工藝采用全程吹氬的方式，為了節(jié)約成本增加氮氬切換功能，編程實現(xiàn)氬氣和氮氣的切換。對于一般鋼種采用底吹氮氣或吹氬一段時間后切換氮氣的情況，聯(lián)合生產(chǎn)單位技術人員通過多次測溫取樣，進行了不同底吹氮氣流量對精煉鋼水碳含量影響的試驗，記錄數(shù)據(jù)，限定鋼包底吹氮氣流量值及吹氮時間，實現(xiàn)了對氮含量要求極為嚴格的鋼種采用全程吹氬，對于一般鋼種均采用底吹氮氣或吹氬一段時間后切換氮氣，在進行鋼包底吹氮氣的同時保證鋼水質(zhì)量，氬氣成本較高，降低了氣體成本。

烤包器自動烘烤模型研究降低煤氣消耗。

（1）編寫烘烤時間計時器軟件，此功能是作為烤包器烘烤開始的時候觸發(fā)計時，烤包器烘烤結束后計時器停止計時。計時器中包含了小時、分鐘、秒鐘三個時間單位，便于時間積累。

（2）通過軟件編寫自動烘烤曲線模型，針對全修包、大修包、中修包、停用包、黑包、永久層烤包等烘烤曲線進行設計，在自動控制模式下，烤包器調(diào)節(jié)閥的控制遵循烤包曲線的要求。各類包烘烤過程均包括大火、中火、小火三種火烘烤，不同火量的烘烤時間根據(jù)各類包的不同而存在差異，通過各類包的烘烤工藝要求，長時間記錄各類包烘烤過程，統(tǒng)計調(diào)節(jié)閥開度及時間數(shù)據(jù)，整理出完整技術資料，制定出可行性計劃及實施方案。軟件編寫思路，自動模式下，選擇包類型（在HMI 上選擇全修包、大修包、中修包、停用包、黑包、永久層），烘烤開始信號觸發(fā)整個烘烤過程，烘烤過程中，首先進行小火烘烤，同時觸發(fā)小火烘烤計時器，記錄小時、分鐘、秒鐘的小火時間，同時進行小火烘烤小時、分鐘、秒鐘的時間轉存（后期至畫面顯示），當小火烘烤時間到達此類包的烘烤時間時，自動觸發(fā)中火烘烤計時器，記錄小時、分鐘、秒鐘的中火時間，同時進行中火烘烤小時、分鐘、秒鐘的時間轉存（后期至畫面顯示），當中火烘烤時間到達此類包的烘烤時間時，自動觸發(fā)大火烘烤計時器，記錄小時、分鐘、秒鐘的大火時間，同時進行大火烘烤小時、分鐘、秒鐘的時間轉存（后期至畫面顯示），大火烘烤完畢后自動生成烘烤結束信號，用于結束整個烘烤過程。每類包均重復此過程，通過大火、中火、小火烘烤時間的不同，實現(xiàn)各類包的烘烤，實現(xiàn)在線快速升溫鋼（鐵）水罐的烘烤，均勻地提高包內(nèi)襯的溫度水平。

（3）通過軟件編寫調(diào)節(jié)閥自動控制系統(tǒng)，通過PID 自動控制，通過對比例、積分、微分參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥開度的自動控制。

圖2 主要操作畫面

（4）通過軟件編寫半自動模式下的控制程序，通過模式選擇至半自動模式，烘烤開始后崗位人員可以在自動烘烤的基礎上對大火、中火、小火的火量進行人工干預做出調(diào)整，也可以對大、中、小火的烘烤時間進行人工干預做出調(diào)整。

（5）通過軟件編寫手動模式下的控制程序，通過模式選擇至手動模式，烘烤開始后崗位人員通過手動對各類參數(shù)進行設定。

（6）畫面功能自動模式下：從監(jiān)控畫面上選擇某條烤包曲線后，并單擊“自動烤包開始按鈕”，即可進入自動烤包模式，烤包執(zhí)行完烤包曲線后，調(diào)節(jié)閥自動關閉至10%，此時自動生成“烤包結束“?？景€內(nèi)所需的參數(shù)可以在監(jiān)控畫面上進行修改，但需要登錄驗證。

在手動控制模式下，可以手動調(diào)整烤包器煤氣調(diào)節(jié)閥的開度，在監(jiān)控界面上和在現(xiàn)場控制箱上均可調(diào)整，在監(jiān)控界面調(diào)整或在現(xiàn)場控制箱調(diào)整要在監(jiān)控畫面上做選擇。點擊“手動烤包開始按鈕”，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度后，烤包開始；點擊“手動烤包結束按鈕”，調(diào)節(jié)閥關至10%，烤包結束。

在半自動控制方式下，分為小火、中火、大火三種模式，其中小火、中火、大火的調(diào)節(jié)閥開度可人為設定，但需要登錄驗證，小火調(diào)節(jié)閥開度20%，中火調(diào)節(jié)閥開度50%，大火調(diào)節(jié)閥開度90%。點擊“半自動烤包開始按鈕”，選擇調(diào)節(jié)閥小中大火模式后，烤包開始；點擊“半自動烤包結束按鈕”，調(diào)節(jié)閥關至10%，烤包結束。

此項目旨在節(jié)省煤氣和實現(xiàn)烤包器系統(tǒng)的集中和遠程操控。滿足安全和節(jié)省煤氣的雙重要求。避免崗位人員記錄不及時、烘烤時間過長或過短、大中小火調(diào)整不及時等多重因素導致煤氣浪費及烤包效果不好等問題。