安钢100吨转炉系统优化与完善

杜奇超　晁亚东　郭瑞敏　张卫娟

[摘 要] 文章介绍安钢100吨转炉电气控制系统的设计思想，详细阐述电气控制系统的配置与功能，对于电控系统运行中出现的问题，提出切实可行的方法措施，进行优化完善。

[关键词] 转炉；电控系统；优化

[作者简介] 杜奇超，河南安阳钢铁公司第一炼轧厂电气科高级工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004；晁亚东，河南安阳钢铁公司销售公司设备科助理工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004；郭瑞敏，安阳钢铁集团公司第一炼轧厂电气科助理工程师，研究方向：冶金设备及流体控制，河南 安阳，455004；张卫娟，安阳钢铁集团公司第二炼钢厂机修车间工程师，研究方向：冶金设备及流体控制，河南 安阳，455004

[中图分类号] TF71 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）03-0026-0002

安钢100t转炉2004年3月投产，工艺流程为：65t铁水罐―900t混铁炉―100t转炉―100t精炼炉，主要装备为：100t顶底复吹转炉、100t精炼炉、合金上料、除尘等。电控系统配备了先进的自动化系统，对炼钢生产进行过程检测和控制，实现炼钢生产现代化。

一、系统组成

转炉自动化控制采用以PLC+PC为基础的三电一体化分散型控制系统，完成对炼钢设备的自动控制和连锁功能，设有人机界面（MMI）集中显示炼钢主要设备的运行状态和炼钢过程所需的温度、重量、成分等工艺参数。电气控制设备主要包括：复吹、氧枪倾动、汽化系统、上料、投料和二次除尘等基础自动化PLC单元，分别有各自的DP网络，远程站为各现场操作台控制箱、传动装置变频器等，现场总线为PROFIBUS-DP网络，由CPU模板自带的 Dp接口、CP443-5模板、远程I/O模板构成。

二、电控系统功能

（一）转炉炉体倾动系统

炉体倾动是由变频器驱动的四台75kW笼型电机完成。通过两级减速机构使炉体可以实现360度旋转，电动机非负荷端装有测速编码器，所检测的实时转速反馈给变频器，构成速度闭环，实现速度精准控制。为保证四台电机转矩和速度的同步，四台变频器组成SIMOLINK主-从结构的环网，其中由一号或二号为主控制单元。正常情况下四台电机全部投用，在故障时允许使用三台电机进行工作完成一个炉次的冶炼。四台电机的负荷端配备有机械抱闸，其打开和关闭由电力液压推器完成，推动器由变频器自动控制。转炉耳轴端装有角度编码器，能实时给出炉体倾动的角度，其值可通过零度机械限位进行校正，该编码器为图尔克的终端设备，作为远程站挂在倾动PLC的PROFIBUS-DP网络上。

（二）氧枪传动系统

氧枪升降控制由一台75kW电机完成，该电动机由一台变频器驱动，在电动机非负荷端装有测速编码器，所检测的实时转速反馈给变频器，构成速度闭环，实现速度精准控制。氧枪升降电动机的负荷端和卷筒侧配备有机械制动器，其打开和关闭由电力液压推动器完成，推动器由变频器实现控制。在氧枪控制中高度检测与控制是核心，由三套装置来实现氧枪位置的准确可靠检测，它们分别是：安装在氧枪升降卷筒轴上的编码器和凸轮开关以及安装在氧枪升降轨道上的机械限位。凸轮开关使用不便，每次换绳都需调整，而调整比较繁杂，通常情况下使用编码器控制，它不仅使用方便、工作可靠，同时能给出连续变化的氧枪位置值。氧枪编码器采用图尔克的终端设备，作为远程站挂在倾动PLC的PROFIBUS-DP网络上，可用机械限位对编码器测量值进行校正。与氧枪相关的电气连锁为：炉体倾动与氧枪高度的连锁，氧枪在炉内绝对是禁止摇炉的；同样炉体是否垂直也限制氧枪能否下降；氧枪下降至开氧点，冶炼用氧气阀门自动打开；在溅渣模式时氧枪到达开氮点，氮气阀门自动打开，在冶炼过程中出现异常情况，控制系统具有紧急提枪功能，保证人身及设备安全。

（三）顶底复吹系统

该系统配有大量I/O模板，检测流体的温度、流量、压力等，当接收到倾动PLC给出的相关生产指令后，打开相应阀门。顶吹即对氧枪的氧气氮气阀门、冷却水水阀门的控制。底吹是对炉底装的六个支管上的阀门进行控制，吹出氩气或氮气保证冶炼时能够充分对钢液进行搅拌。

（四）汽化、除尘系统

转炉冶炼时能产生大量烟气，由汽化除尘系统对烟气进行处理，主要设备有一文、二文、汽包、除氧器等。电气设备主要是供水泵和循环泵，通过两台西门子变频器、四台软启动设备进行控制，其他装在管路上的众多阀门，采用接触器继电器通过PLC进行自动控制。终端的除尘部分为2000kW电机传动的风机和布袋除尘器。二次除尘系统主要对上料、投料、炉口等处的灰尘气体进行处理，配备有2500kW电机传动的风机和布袋除尘器设备。

三、系统优化与改进

转炉自控系统技术虽然先进，但因设计上不尽合理，系统运行不够平稳，设备事故时有发生，经过艰苦的技术攻关，对转炉电气控制系统进行大量的优化改进，取得显著成效。

（一）上料系统

二次除尘在辅原料铁合金系统装有16个除尘阀门，现场阀门处于常开状态，风机负载较大，电能消耗居高不下。对除尘程序修改完善，实现自动控制，当上料车到某个料仓口且皮带正在运行时，对应仓口的除尘阀门自动打开，其他阀门全部关闭。这样既提高了风道压力，显著改善除尘效果，同时降低风机电机的电能消耗经济效益可观。

（二）氧枪提升事故改造

氧枪提升抱闸原设计只有一个，使用中易出现因抱闸磨损或调整不到位等而发生溜枪事故。为此增加一套液压抱闸，提高氧枪运行的安全可靠性。同时增加事故提升装置，当氧枪电机、变频器或速度编码器出现故障导致氧枪不能提升或溜枪时，生产操作人员可通过开启由UPS电源驱动的事故电机来提升氧枪，保证顺利更换氧枪，同时切断氧枪变频器电源，避免恶性事故的发生。

（三）底吹改造

底吹系统是炼钢不可缺少的设备，主要由氮气和氩气两个切断阀及6个支管调节阀及自动设定单元组成。原设计氮气和氩气两个切断阀根据炼钢时间段不同，进行相应的开关操作。随着钢种的增多，单一模式不能满足要求，同时支管的堵塞也影响底吹效果。改造后A模式吹炼5分钟后由吹氮气切换为吹氩气，BC模式分别对应8分钟和10分钟切换，D模式为冶炼期间全程吹氩。在兑铁、倒渣、出钢摇炉期间均使用低流量吹氮，保护管路。在冶炼的期间，流量依照吹炼时间不同按不同模式进行自动调节。

（四）构建监控工程师站

转炉自动化系统由6个PLC分系统组成，编程人员各有分工，但系统中PLC之间由以太网的通讯连接，整个网络的通讯在组态软件中相互独立，没有集成在一个项目中，很容易导致通讯信息丢失，而通讯的相关节点都是十分关键的信息，如汽化与氧枪倾动的连锁。因此，进行相应的优化完善：在监控站上安装相关软件，将几个PLC程序整合为一个集成的项目，建成集中监控站，可以在项目中随时监控每个PLC的程序状态，还能监控各个通讯连接的情况，极大地提高对自动化设备的掌控能力。

四、结 语

100吨转炉控制系统优化完善后，生产效率得以提高，操作和维修人员的劳动强度大幅降低，产品质量显著改进，热停时间明显减少，为年产钢150万吨提供了可靠的设备技术支撑。