LF底吹搅拌过程自动控制

董跃华

（山钢股份莱芜分公司　自动化部，山东　莱芜271104）



LF底吹搅拌过程自动控制

董跃华

（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜271104）

摘要：介绍了一种用于LF过程自动化系统的底吹搅拌控制方法，包括静态模型和动态模型。静态模型就是根据钢种目标硫元素不同，分区间建立几种固定搅拌的模型；动态模型就是钢水取样后根据化验室化验分析获得的实际硫元素所占的比例与目标硫元素比较，以确定配成分后搅拌的模型。该方法实现程序自动搅拌气体的种类和搅拌强度，以降低钢水中的硫含量，提高了生产钢水的洁净度。

关键词：精炼炉；过程自动化；搅拌强度；控制模型

1　前　言

炉外精炼已成为现代化钢厂的重要组成部分，是生产洁净钢保证连铸顺利进行的重要手段。底吹搅拌控制是LF中的一个重要环节，目前，LF底吹搅拌常用手动控制和自动控制方式，存在操作人员劳动强度大，人为因素多，操作人员的技术水平、个人经验直接影响生产节奏和钢水的质量等缺陷。特别是MES在工业生产中应用后，手动控制和自动控制方式，已经不能满足现代工业化生产的要求。为此，需要对LF过程自动化系统的底吹搅拌进行自动控制。

2　LF精炼过程控制系统

LF过程控制系统主要包括1台服务器、1台冶金工程师站、1台客户端、1台MES服务器、1台化验室服务器和基础自动化PLC。

LF过程自动化系统服务器接收及发送基础自动化PLC的运转信号和控制信号，接收化验室服务器的钢水取样的分析数据，接收并发送MES服务器的生产计划及运转信号、生产实绩。冶金工程师站主要显示底吹搅拌模型的参数，并对搅拌模型进行维护。操作人员通过LF过程自动化系统客户端给出操作指令，同时显示精炼炉的运转信号、生产实绩、生成生产报表等。LF过程自动化系统的数据流向见图1。

3　LF底吹搅拌控制

图1　LF过程自动化系统的数据流向

LF过程自动化系统冶金数据库中存储有底吹搅拌模型。底吹搅拌模型在第一个试样收到前为静态模型。静态模型就是根据钢种目标S元素不同，分区间建立几种固定的搅拌模型。钢种S元素在钢水中的所占比例的最大值，要求冶炼终点硫的比例不高于目标硫。不同钢种对S元素含量的要求不同。静态模型可以通过工程师站进行修正，以适应不同的工艺条件。底吹搅拌模型在收到化验室的第一个试样后转为动态模型。动态模型就是钢水取样后根据化验室化验分析获得的实际硫元素所占的比例与目标硫元素比较，以确定配成分后搅拌的模型。底吹搅拌模型把整个精炼底吹搅拌过程根据冶炼的进行分为贯穿全过程的弱搅，穿插弱搅过程中的4次强搅和出站后的软吹等几个子过程。4次强搅按先后顺利分别是进站搅拌、头批料后搅拌、第一次停电搅拌、配成分后搅拌。

3.1进站搅拌

炉次开始时，启动1个计时器T精炼，用来纪录本炉次所使用的时间，随着冶炼的进行计时器T精炼不断增大。炉次开始后为底吹为弱搅，在钢包刚进站信号上升沿记录当时T精炼为T钢包进站。钢包进站延时时间t1后变为强搅，这个强搅的过程定义为进站搅拌。钢包进站延时时间t2后进站搅拌结束，底吹变为弱搅，并保持弱搅直到下一次强搅条件到达。即当T精炼＞T钢包进站+t1时，变为强搅，随着精炼进行当T精炼＞T钢包进站+t2时，进站搅拌结束。其中t2＞t1，t1、t2为模型参数，存储在LF精炼炉过程自动化系统服务器冶金数据库中，可在冶金工程师站上进行维护。

3.2头批料后搅拌

第1次测温定氧延时时间t3后变为强搅，这个强搅的过程定义为头批料后搅拌。第1次测温定氧延时时间t4后进站搅拌结束，底吹变为弱搅，并保持弱搅直到下一次强搅条件到达。即第1次测温定氧信号上升沿记录当时T精炼为T第一次测温定氧，当T精炼＞T第一次测温定氧+t3时，变为强搅，随着精炼进行当T精炼＞T第一次测温定氧+t4时，头批料后搅拌结束。其中t3＜t4。t3、t4为模型参数，存储在LF过程自动化系统服务器冶金数据库中，可以在冶金工程师站上进行维护。

3.3第1次停电搅拌

第1次停电延时时间t5后变为强搅，这个强搅的过程为第1次停电搅拌。第1次停电延时时间t6后进站搅拌结束，底吹变为弱搅，并保持弱搅直到下一次强搅条件到达。即第1次停电信号上升沿记录当时T精炼为T第一次停电，当T精炼＞T第一次停电+t5时，变为强搅，随着精炼进行当T精炼＞T第一次停电+t6时，第1次停电搅拌结束。其中t5＜t6，t5、t6为模型参数，存储在LF过程自动化系统服务器冶金数据库中，可以在冶金工程师站上进行维护。

3.4配成分后搅拌

首个成分到达延时时间t7后变为强搅，这个强搅的过程定义为配成分后搅拌。首个成分到达延时时间t8后进站搅拌结束，底吹变为弱搅，并保持弱搅直到下一次强搅条件到达。即首个成分到达信号上升沿记录当时T精炼为T首个成分到达，当T精炼＞T首个成分到达+t7时，变为强搅，随着精炼进行当T精炼＞T首个成分到达+t8时，配成分后搅拌结束。其中t7＜t8，t7、t8为模型参数，存储在LF过程自动化系统服务器冶金数据库中，可以在冶金工程师站上进行维护。

钢包出站后，变为软吹，直到炉次结束。即钢包出站信号上升沿记录当时T精炼为T钢包出站，当T精炼＞T钢包出站+t9时，变为软吹，直到炉次结束。其中t9为模型参数，存储在LF过程自动化系统服务器冶金数据库中，可以在冶金工程师站上进行维护。

综上所述，整个底吹搅过程为炉次开始→弱搅→进站搅拌→弱搅→头批料后搅拌→弱搅→第一次停电搅拌→弱搅→配成分后搅拌→弱搅→软吹。修改t1～t9大小，就能修改各次搅拌的开始时间和结束时间。在LF过程自动化系统服务器冶金数据库中再增加两组参数g1～g9和q1～q9，分别对应每个子过程气体类型和气体流量。这样时间延时t1～t9、气体类型g1～g9、气体流量q1～q93个参数组就能够唯一确定一个如附图2所示的LF过程自动化系统的底吹搅拌过程曲线图，也就建立了一个底吹搅拌静态模型。冶金工程师根据生产工艺和钢种硫的要求不同建立多个参数组，每个参数组即为一种底吹搅拌方式，也就是一个静态模型，可用于一个或多个钢种。

图2　LF过程自动化系统的底吹搅拌过程曲线

在接收化验器服务器分析数据前，由于没有冶炼钢种成分反馈，底吹搅拌模型为静态模型。接收到分析数据后，根据数据中各元素成分及钢种目标最大硫的要求来分析是否需要配碳、是否需要配成分。底吹模型根据分析的情况和加料实绩动态对配成分后搅拌子过程的参数t8、t9、g8、g9、q8、q9进行修正，这就是动态模型。

4　结　语

LF过程自动化系统底吹控制采用静态模型与动态模型相结合的方式，实现了底吹搅拌过程的全自动控制，降低了操作人员的劳动强度，减少了人为因素对钢水质量的影响，实现由经验炼钢到科技炼钢的转变，是洁净钢生产平台的技术保证。

Automatic Control of Bottom Blowing Stirring Process for Refined-smelting Ladle Furnace

DONG Yuehua

（The Automation Department of Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstract:A kind of automation system control method for LF refining furnace bottom blowing stirring process was introduced in this paper. The method included static model and dynamic model. Static model is set up according to different steel grade goal of sulfur, partition between several fixed mixing models. To determine with ingredients after mixing model, the dynamic model is obtained according to the analysis of laboratory test after molten steel sampling actual sulfur proportion compared with the target of sulfur. The automatic program and type of mixing gas stirring intensity can be realized through this method. It can reduce the sulfur content in liquid steel, improve the production of steel cleanliness, and has wide value.

Key words:ladle furnace; process automation; stirring intensity; control model

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2016）02-0054-02

收稿日期：2015-11-18

作者简介：董跃华，女，1983年生，2006年毕业于内蒙古科技大学测控技术与仪器专业。现为莱钢自动化部工程师，从事自动化控制工作。