柳钢副枪自动控制系统

徐西平

(柳钢转炉厂,广西柳州 545002)

柳钢副枪自动控制系统

徐西平

(柳钢转炉厂,广西柳州 545002)

柳钢150T转炉副枪自动化控制系统采用静动态模型(简称SDM),主要由一级电气控制系统和二级工艺SDM控制模型组成,一级接收二级的静态模型数据进行设备控制并把一级检测数据传给二级使之建立动态模型 。

副枪 自动控制 静动态模型 电气控制

1 引言

柳州钢铁集团公司150T转炉采用的副枪系统是由武汉华枫公司设计生产的，能在转炉不间断吹炼的情况下，在转炉的垂直位置进行熔池温度的测量及取样。在炼钢过程中，副枪设备自动连接探头、测量、发送数据，最后取出试样送化验室分析。所发出的信号经处理，将为操作工提供有价值的数据。目前副枪使用探头有：TSC探头(用于测温、取样、定碳)；TSO探头(用于测温、取样、定氧)两种。TSC探头用于吹炼中测量，TSO探头用于终点吹炼测量。现代的炼钢过程中依靠副枪测量来调节吹氧量和转炉熔剂添加量，动态控制模型和精确的副枪数据使“快速出钢”得以实现。

2 系统网络

整个系统以副枪为主体，控制系统主要由氧气倾动系统PLC、仪表系统PLC(含有顶吹和底吹)、加料系统PLC和副枪系统PLC组成，系统之间都采用以太网通讯。操作电脑主要由副枪HMI和主操HMI(包含氧枪倾动、加料、顶吹底吹的人机界面)

3 系统概述

3.1 副枪系统

副枪作为自动炼钢的主体设备，直接影响自动炼钢的发展。副枪电气控制系统采用西门子400PLC带有升降和旋转两台西门子6SE70系列变频器，事故变频器独立于PLC之外控制。

经过一年多的摸索，总结出副枪的主要故障以及相应的整改如下：

(1)接插件故障：接插件作为信号传输的关键设备，维护必须到位。首先，冷却氮气在测量时必须打开，接插件经常粘有焦油导致测量失准。为了节能降耗，在副枪没有使用时经常关掉氮气再使用时由于各种原因操作工忘记开氮气，所以增加了连接周期启动自动开氮气控制。其次，定期清洗和更换接插件，经过实践得出在氮气充足保证下一星期清洗一次接插件足以，由于连接摩擦接插件铜环会变薄，所以定期更换接插件是必须的，我们平均350~400炉换一次接插件，接插件都标有编号方便在线离线统计管理。

(2)线路故障：仪表信号采用弱电传输，所以对线路要求非常苛刻。线路问题无非就是螺旋导线、枪内电缆和枪外电缆的故障。对于螺旋导线我们提倡适度拉伸不能太松，否则会与副枪内壁摩擦而损坏而且晃动比较厉害对测量造成影响；对于枪内电缆要有套管，防止与枪体摩擦破皮导致接地；对于枪外电缆一方面要有套管，另一方面提高到氮气管和水管的内弧里防止与水管摩擦。

(3)编码器故障：原设计用于位置控制的升降和旋转编码器采用增量型编码器，但后来发现由于线路或者限位接地，高速计数模块就不工作位置控制失效，经常导致副枪不对中损坏接插件和枪体，所以建议使用绝对型编码器。旋转编码器已改为绝对型编码器，再加上变频制动方式该为直流制动，现在旋转定位非常精确。

3.2 氧枪倾动系统

氧枪倾动系统主框架采用西门子400PLC，外设模块采用用西门子300，带有倾动和氧枪的西门子6SE70变频器。自动炼钢一个重要环节就是控制氧枪枪位，枪位作为炼钢过程控制重要环节控制要精确，经过程序改进和主抓编码器和抱闸两个设备，现在我们所用的氧枪枪位控制精度小于2mm。氧枪位置编码器采用绝对型编码器，控制精度高而且比较稳定。

3.3 仪表系统

自动炼钢仪表方面主要涉及到顶吹和底吹。顶吹主要是控制氧量，氧步是整个副枪模型的基础，所以氧气控制要具有快速性、稳定性和精确性，一方面调节阀性能要比较好，另一方面PID参数整定要合理，为了氧气比较平稳变化，在PID调节增加了斜坡控制，但在副枪TSC测量时需要瞬时降氧，所以TSC测量时要取消斜坡作用；底吹同样采用了PID调节，经过阀门整改，底吹15～60m3的流量完全可控，而且流量控制性能比较好。

3.4 加料系统

自动炼钢关键环节在于自动加料，这方面控制是比较复杂的。自动加料主要程序采用SCL语言编写，因为顺序循环搜料比较方便，这也是高级语言的长处。经过改进，现在程序完全满足所有模型的自动加料控制，由于冷料调整性比较大，所以冷料控制改为单个氧步搜料，这样有利于人工动态干预。加料系统的关键设备是给料电机、料仓称重以及闸门控制，给料电机的速度关系的加料的实时性，料仓称重反馈与模型，闸门控制关系着物料跟踪和投料性能。

3.5 二级系统

在实施自动化炼钢过程中，SDM炼钢模型是其核心部分。SDM的使用是为了提高钢的终点温度和碳含量控制的效率和精度，而副枪的使用，能使转炉中的熔液的温度和成分直接传送到二级上。SDM模型则根据接收到的数据，计算补吹模型，实行动态炼钢。根据过程控制系统中的功能，可分为静态过程控制模型和动态过程控制模型。静态和动态控制模型都可进行原材料配比和吹氧的计算，并可计算逸出转炉的碳和氧。在静态计算中，静态控制模型生成了一个中途测量点的时刻。二次吹炼计算和动态控制模型分别以中途点测量值(熔池温度和碳含量)作为附加输入数据，进而对炼钢的操作进行控制，以达到吹炼循环结束时的目标碳含量及钢水温度。SDM计算模型可完成以下功能：工艺目标计算；脱硫计算；加料计算；吹炼计算；动态控制计算；二次吹炼计算；吹炼结束确认；冶炼结束计算；模型反馈计算等。

4 成果

柳钢150T转炉从开始操作工不相信和不愿用副枪炼钢，到现在离不开副枪，经历一个极其艰辛的过程。经过各区域的员工不停摸索，副枪使用率达到99.8%，测成率在98%以上，不倒炉出钢超过95%，补吹率下降到30%以下，命中也可以达到80%以上，冶炼周期缩短5分钟。

5 结语

副枪自动化控制系统柳钢150T转炉初见成效，一定程度上减轻了操作工的工作量，降低物料消耗，缩短冶炼周期，正向完全自动化一键炼钢迈进。