柳鋼副槍自動控制系統(tǒng)

徐西平

(柳鋼轉(zhuǎn)爐廠,廣西柳州 545002)

柳鋼副槍自動控制系統(tǒng)

徐西平

(柳鋼轉(zhuǎn)爐廠,廣西柳州 545002)

柳鋼150T轉(zhuǎn)爐副槍自動化控制系統(tǒng)采用靜動態(tài)模型(簡稱SDM),主要由一級電氣控制系統(tǒng)和二級工藝SDM控制模型組成,一級接收二級的靜態(tài)模型數(shù)據(jù)進行設(shè)備控制并把一級檢測數(shù)據(jù)傳給二級使之建立動態(tài)模型 。

副槍 自動控制 靜動態(tài)模型 電氣控制

1 引言

柳州鋼鐵集團公司150T轉(zhuǎn)爐采用的副槍系統(tǒng)是由武漢華楓公司設(shè)計生產(chǎn)的，能在轉(zhuǎn)爐不間斷吹煉的情況下，在轉(zhuǎn)爐的垂直位置進行熔池溫度的測量及取樣。在煉鋼過程中，副槍設(shè)備自動連接探頭、測量、發(fā)送數(shù)據(jù)，最后取出試樣送化驗室分析。所發(fā)出的信號經(jīng)處理，將為操作工提供有價值的數(shù)據(jù)。目前副槍使用探頭有：TSC探頭(用于測溫、取樣、定碳)；TSO探頭(用于測溫、取樣、定氧)兩種。TSC探頭用于吹煉中測量，TSO探頭用于終點吹煉測量?，F(xiàn)代的煉鋼過程中依靠副槍測量來調(diào)節(jié)吹氧量和轉(zhuǎn)爐熔劑添加量，動態(tài)控制模型和精確的副槍數(shù)據(jù)使“快速出鋼”得以實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

整個系統(tǒng)以副槍為主體，控制系統(tǒng)主要由氧氣傾動系統(tǒng)PLC、儀表系統(tǒng)PLC(含有頂吹和底吹)、加料系統(tǒng)PLC和副槍系統(tǒng)PLC組成，系統(tǒng)之間都采用以太網(wǎng)通訊。操作電腦主要由副槍HMI和主操HMI(包含氧槍傾動、加料、頂吹底吹的人機界面)

3 系統(tǒng)概述

3.1 副槍系統(tǒng)

副槍作為自動煉鋼的主體設(shè)備，直接影響自動煉鋼的發(fā)展。副槍電氣控制系統(tǒng)采用西門子400PLC帶有升降和旋轉(zhuǎn)兩臺西門子6SE70系列變頻器，事故變頻器獨立于PLC之外控制。

經(jīng)過一年多的摸索，總結(jié)出副槍的主要故障以及相應(yīng)的整改如下：

(1)接插件故障：接插件作為信號傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，維護必須到位。首先，冷卻氮氣在測量時必須打開，接插件經(jīng)常粘有焦油導(dǎo)致測量失準。為了節(jié)能降耗，在副槍沒有使用時經(jīng)常關(guān)掉氮氣再使用時由于各種原因操作工忘記開氮氣，所以增加了連接周期啟動自動開氮氣控制。其次，定期清洗和更換接插件，經(jīng)過實踐得出在氮氣充足保證下一星期清洗一次接插件足以，由于連接摩擦接插件銅環(huán)會變薄，所以定期更換接插件是必須的，我們平均350~400爐換一次接插件，接插件都標有編號方便在線離線統(tǒng)計管理。

(2)線路故障：儀表信號采用弱電傳輸，所以對線路要求非常苛刻。線路問題無非就是螺旋導(dǎo)線、槍內(nèi)電纜和槍外電纜的故障。對于螺旋導(dǎo)線我們提倡適度拉伸不能太松，否則會與副槍內(nèi)壁摩擦而損壞而且晃動比較厲害對測量造成影響；對于槍內(nèi)電纜要有套管，防止與槍體摩擦破皮導(dǎo)致接地；對于槍外電纜一方面要有套管，另一方面提高到氮氣管和水管的內(nèi)弧里防止與水管摩擦。

(3)編碼器故障：原設(shè)計用于位置控制的升降和旋轉(zhuǎn)編碼器采用增量型編碼器，但后來發(fā)現(xiàn)由于線路或者限位接地，高速計數(shù)模塊就不工作位置控制失效，經(jīng)常導(dǎo)致副槍不對中損壞接插件和槍體，所以建議使用絕對型編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器已改為絕對型編碼器，再加上變頻制動方式該為直流制動，現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)定位非常精確。

3.2 氧槍傾動系統(tǒng)

氧槍傾動系統(tǒng)主框架采用西門子400PLC，外設(shè)模塊采用用西門子300，帶有傾動和氧槍的西門子6SE70變頻器。自動煉鋼一個重要環(huán)節(jié)就是控制氧槍槍位，槍位作為煉鋼過程控制重要環(huán)節(jié)控制要精確，經(jīng)過程序改進和主抓編碼器和抱閘兩個設(shè)備，現(xiàn)在我們所用的氧槍槍位控制精度小于2mm。氧槍位置編碼器采用絕對型編碼器，控制精度高而且比較穩(wěn)定。

3.3 儀表系統(tǒng)

自動煉鋼儀表方面主要涉及到頂吹和底吹。頂吹主要是控制氧量，氧步是整個副槍模型的基礎(chǔ)，所以氧氣控制要具有快速性、穩(wěn)定性和精確性，一方面調(diào)節(jié)閥性能要比較好，另一方面PID參數(shù)整定要合理，為了氧氣比較平穩(wěn)變化，在PID調(diào)節(jié)增加了斜坡控制，但在副槍TSC測量時需要瞬時降氧，所以TSC測量時要取消斜坡作用；底吹同樣采用了PID調(diào)節(jié)，經(jīng)過閥門整改，底吹15～60m3的流量完全可控，而且流量控制性能比較好。

3.4 加料系統(tǒng)

自動煉鋼關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于自動加料，這方面控制是比較復(fù)雜的。自動加料主要程序采用SCL語言編寫，因為順序循環(huán)搜料比較方便，這也是高級語言的長處。經(jīng)過改進，現(xiàn)在程序完全滿足所有模型的自動加料控制，由于冷料調(diào)整性比較大，所以冷料控制改為單個氧步搜料，這樣有利于人工動態(tài)干預(yù)。加料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是給料電機、料倉稱重以及閘門控制，給料電機的速度關(guān)系的加料的實時性，料倉稱重反饋與模型，閘門控制關(guān)系著物料跟蹤和投料性能。

3.5 二級系統(tǒng)

在實施自動化煉鋼過程中，SDM煉鋼模型是其核心部分。SDM的使用是為了提高鋼的終點溫度和碳含量控制的效率和精度，而副槍的使用，能使轉(zhuǎn)爐中的熔液的溫度和成分直接傳送到二級上。SDM模型則根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，計算補吹模型，實行動態(tài)煉鋼。根據(jù)過程控制系統(tǒng)中的功能，可分為靜態(tài)過程控制模型和動態(tài)過程控制模型。靜態(tài)和動態(tài)控制模型都可進行原材料配比和吹氧的計算，并可計算逸出轉(zhuǎn)爐的碳和氧。在靜態(tài)計算中，靜態(tài)控制模型生成了一個中途測量點的時刻。二次吹煉計算和動態(tài)控制模型分別以中途點測量值(熔池溫度和碳含量)作為附加輸入數(shù)據(jù)，進而對煉鋼的操作進行控制，以達到吹煉循環(huán)結(jié)束時的目標碳含量及鋼水溫度。SDM計算模型可完成以下功能：工藝目標計算；脫硫計算；加料計算；吹煉計算；動態(tài)控制計算；二次吹煉計算；吹煉結(jié)束確認；冶煉結(jié)束計算；模型反饋計算等。

4 成果

柳鋼150T轉(zhuǎn)爐從開始操作工不相信和不愿用副槍煉鋼，到現(xiàn)在離不開副槍，經(jīng)歷一個極其艱辛的過程。經(jīng)過各區(qū)域的員工不停摸索，副槍使用率達到99.8%，測成率在98%以上，不倒爐出鋼超過95%，補吹率下降到30%以下，命中也可以達到80%以上，冶煉周期縮短5分鐘。

5 結(jié)語

副槍自動化控制系統(tǒng)柳鋼150T轉(zhuǎn)爐初見成效，一定程度上減輕了操作工的工作量，降低物料消耗，縮短冶煉周期，正向完全自動化一鍵煉鋼邁進。