LF爐智能配料研發(fā)與方案制定的研究

摘 要：本項目著重研究自動智能配料模型在山鋼集團特鋼事業(yè)部方坯連鑄機配套LF爐中的研究與應(yīng)用。對鋼水自動稱量、合金自動配比以及爐料自動入爐等功能進行開發(fā)與研究，改善了上料由人為主觀因素而引起的鋼水成分偏差過大的缺陷，配料精確度、合金利用率都得到了大幅提升，鋼水質(zhì)量和穩(wěn)定性得到了明顯改善。

關(guān)鍵詞：智能配料系統(tǒng)；自動配比；自動入爐；PLC控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273

目前，大部分國內(nèi)LF精煉爐自動化水平低，精煉爐工位所用的合金料完全由人工送到精煉爐內(nèi)來完成，靠現(xiàn)場目測，加多加少主要憑經(jīng)驗，存在一定的誤差，且操作繁瑣，職工勞動強度大，作業(yè)效率低，速度慢，惡劣的工作環(huán)境也給人帶來了很多不安全因素。這樣不僅成分控制準確性不高，影響鋼材的綜合性能，也會造成精煉爐合金料成本偏高。為此，我們準備對LF爐全自動智能配料模型進行研究，開發(fā)出一套“一鍵式”下料控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由自動化加料平臺、高位料倉、收集料倉、下料倉等組成。由天車將合金加到高位料倉內(nèi)，LF精煉爐加合金時通過HMI終端自動化控制，合金由振篩、受料斗及傳送皮帶進入合金溜槽加入到鋼包內(nèi)。實現(xiàn)合金配料的全程自動化。該模型建立以后，將全面替代人工加料，改善當前加料狀況的主觀隨意性，節(jié)省合金鋼的使用，提高鋼水的合格率及穩(wěn)定性，使鋼水成分的精確度提高到一個新的標準。

1 工藝簡介

LF爐合金加料系統(tǒng)，其功能是向鋼液中添加各種造渣原料和合金原料，已實現(xiàn)鋼液的脫硫、脫氧、合金化。用于對鋼水加熱時，加入合金，并對鋼水微調(diào)，在LF爐對鋼水取樣，進一步分析鋼水成分，確定加入合金的比例以及分量，因此，準確控制加入LF爐的合金對保證鋼水質(zhì)量，確保連澆的正常運行有著非常重要的作用。

一般來講，合金加料系統(tǒng)主要包括由高位料倉、振動給料機、稱量斗組成的稱量系統(tǒng)，可逆皮帶機及垂直皮帶機或入爐管道等組成的投料系統(tǒng)。

山鋼集團特鋼事業(yè)部方坯連鑄機配套LF爐合金加料系統(tǒng)，由6個高位料倉、2個收集倉、1個下料倉組成。每個高位料倉設(shè)有高、低料位檢測。高位料倉和收集倉下配有振篩，收集料倉設(shè)有料斗秤，振動給料機采用變頻調(diào)速。合金料配好后，由收集倉經(jīng)過備料皮帶送入下料倉，再由下料倉經(jīng)由入爐管道送入精煉爐內(nèi)。

設(shè)備選型方面，選擇性能優(yōu)越、質(zhì)量穩(wěn)定的稱重傳感器，以及具有配電、信號轉(zhuǎn)換、二次輸出等功能齊全的顯示儀表。PLC選用功能全面運行穩(wěn)定的地S7-400系統(tǒng)。保證系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用之后的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)。

程序設(shè)計方面，采用符合國際規(guī)范的模塊化編程方式，保證良好的開放性和靈活性，使其更方便的移植到各類不同廠家、不同類型、不同容量的LF爐。在設(shè)計過程中，將具有共性的部分程序段采用封裝設(shè)計，設(shè)置參數(shù)對外開放，可根據(jù)不同機組的工藝要求、硬件配置地址進行設(shè)置。將具有差異性的部分程序提供接口，方便用戶的選擇。封裝完畢后，對程序進行多道次、全方位的模擬實驗。最后進入現(xiàn)場，根據(jù)實際情況，進行修改與完善。

2 研發(fā)思路及技術(shù)方案制定

經(jīng)過對現(xiàn)有系統(tǒng)的研究與分析，在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進行二次改造設(shè)計。該系統(tǒng)由自動化加料平臺、高位料倉、收集料倉、下料倉等組成。由天車將合金加到高位料倉內(nèi)，LF精煉爐加合金時通過HMI終端自動化控制，合金由振篩、受料斗及傳送皮帶進入合金溜槽加入到鋼包內(nèi)。

系統(tǒng)由6個高位料倉、2個收集倉、1個下料倉組成。每個高位料倉設(shè)有高、低料位檢測。高位料倉和收集倉下配有振篩，收集料倉設(shè)有料斗秤，振動給料機采用變頻調(diào)速。

所有現(xiàn)場設(shè)備信號送PLC控制系統(tǒng)，完成上料、配料、排料的全自動化工藝過程。如圖1所示：

圖1 LF爐自動加料系統(tǒng)示意圖

配料模型的關(guān)鍵是對下料量的控制。通過對所加爐料的實時重量進行計量，按照實際重量和預計加料量差，精確控制加料過程。爐料通過振篩振到收集倉中，進行動態(tài)稱量。料重達到需要值時，停止振給。如圖2所示。

圖2 LF爐自動加料系統(tǒng)控制功能示意圖

在實際使用過程中，由于振篩停振延時，會導致合金料振給超量。為此，必須植入超前量調(diào)整誤差，如圖3所示。

圖3 LF爐自動加料反饋控制功能示意圖

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)提高了鋼水質(zhì)量精度，為坯鑄坯質(zhì)量提升創(chuàng)造了空間，性能穩(wěn)定可靠，操作維護方便，在降低能耗、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、安全生產(chǎn)、保護環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用，并且降低工人勞動強度，而且降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，避免合金料的浪費，改善了精煉環(huán)節(jié)工藝。創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

經(jīng)過一段時間的運行后，生產(chǎn)單位普遍反映該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，確保了各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準確、及時的傳送，控制水平高，功能完善，報警指示準確，運行穩(wěn)定可靠，故障率低，控制及調(diào)節(jié)準確、穩(wěn)定、可靠，滿足生產(chǎn)工藝的要求，確保了生產(chǎn)的順行。創(chuàng)造經(jīng)濟效益，發(fā)揮利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)優(yōu)勢。在本行業(yè)及其它相關(guān)行業(yè)具有極高的推廣價值。

參考文獻：

[1]高愛軍.LF爐全自動智能配料模型的研究與應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2013（06）.

[2]馮京曉，王希娟.基于LF精煉爐合金配料模型的研究[J].重型機械，2007（05）.

作者簡介：畢研然（1985-），男，山東萊蕪人，助理工程師，學士學位，畢業(yè)于東北林業(yè)大學，主要研究方向：冶金自動化。

作者單位：山鋼集團萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪 271104