轉(zhuǎn)爐全智能煉鋼控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用

倪志國(guó)

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司， 山東 濟(jì)南 271100）

在信息化技術(shù)和智能設(shè)備飛速發(fā)展的今天，安全高效自動(dòng)化、信息化技術(shù)以準(zhǔn)確、真實(shí)的數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)將冶金行業(yè)都推向了一個(gè)新的臺(tái)階，也為煉鋼的生產(chǎn)提供了有力支撐，融合了自動(dòng)化信息化的智能控制技術(shù)使得煉鋼更加安全高效。山信軟件股份有限公司通過(guò)與型鋼煉鋼廠合作，通過(guò)PLC自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)精確操控設(shè)備將裝備、物料、人員等信息進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的轉(zhuǎn)換，逐步完善網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和信息化建設(shè)，形成了具有自動(dòng)化、信息化、安全、高效的符合煉鋼實(shí)際的智能化體系，為實(shí)現(xiàn)“智能煉鋼”打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 全自動(dòng)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性可靠性是智能煉鋼的前提，煉鋼數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為行車(chē)、廢鋼、鐵水成分溫度三大采集系統(tǒng)。

行車(chē)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)安裝在行車(chē)上的定位模塊以及行車(chē)行走輥道上的定位標(biāo)簽用于判斷是否進(jìn)入兌鐵區(qū)域，同時(shí)利用稱(chēng)重儀表上的通訊接口，將質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到無(wú)線發(fā)射模塊，無(wú)線發(fā)射機(jī)將定位標(biāo)簽、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)匯總后發(fā)送給數(shù)采接收機(jī)，最總匯入數(shù)采服務(wù)器。

廢鋼采集系統(tǒng)通過(guò)安裝在廢鋼平板車(chē)上的無(wú)線稱(chēng)重儀表，將廢鋼質(zhì)量實(shí)時(shí)傳送到廢鋼數(shù)采接收機(jī)，通過(guò)廢鋼行車(chē)上的廢鋼組分模塊，發(fā)送裝載廢鋼斗內(nèi)的廢鋼成分到廢鋼數(shù)采接收機(jī)，最終廢鋼數(shù)采接收機(jī)將數(shù)據(jù)匯總后發(fā)至數(shù)采服務(wù)器。

鐵水成分及溫度采集系統(tǒng)通過(guò)測(cè)溫儀機(jī)及化驗(yàn)室分析儀的通訊接口，通過(guò)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送至成分采集機(jī)內(nèi)，成分采集機(jī)將數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送至數(shù)采服務(wù)器。

2 智能精準(zhǔn)的自適應(yīng)均勻布料控制系統(tǒng)

通過(guò)數(shù)采服務(wù)器采集的當(dāng)前爐次數(shù)據(jù)，二級(jí)控制系統(tǒng)利用煉鋼模型計(jì)算出當(dāng)前爐次采用的料單，包含氧布、料種代碼、物料質(zhì)量，利用網(wǎng)關(guān)PLC發(fā)送給一級(jí)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型智能計(jì)算下料時(shí)間、下料重量，通過(guò)比較模型數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)后按照下料時(shí)間比例、料質(zhì)量比例，分步多批次、小批量的加入礦石等料種，同時(shí)實(shí)現(xiàn)檔位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。吹煉5 min前，第一批料下料時(shí)間為1 min30 s；吹煉5 min后，第二批料的下料方式為定量定時(shí)的算法，在不同的料重的情況下，按照料重百分比和下料時(shí)間百分比多次下料。礦石質(zhì)量小于2500kg，下料時(shí)間5min；礦石質(zhì)量大于2500 kg，小于3000 kg，下料時(shí)間為5 min 30 s；礦石重量大于 3000 kg，小于 4000 kg，下料時(shí)間為6 min；礦石質(zhì)量大于4000 kg，小于5000 kg，下料時(shí)間為6 min 30 s；礦石質(zhì)量大于7000 kg，下料時(shí)間為7 min30 s。實(shí)現(xiàn)運(yùn)行畫(huà)面如圖1所示。

圖1 均勻布料參數(shù)設(shè)置畫(huà)面

3 全自動(dòng)無(wú)人干預(yù)智能濺渣護(hù)爐控制系統(tǒng)

智能濺渣護(hù)爐控制系統(tǒng)避免了人工濺渣容易造成槍位定位不準(zhǔn)等問(wèn)題，并根據(jù)鋼種冶煉需求設(shè)計(jì)了三種自動(dòng)模式，正常濺渣模式、濺渣加料模式和留渣濺渣模式，滿足不同鋼種冶煉完成后對(duì)于濺渣護(hù)爐的需求。

正常濺渣模式：全自動(dòng)煉鋼模式時(shí)，拉碳放鋼前根據(jù)綜合信息判定自動(dòng)進(jìn)入“正常濺渣模式”即進(jìn)入正常濺渣自動(dòng)控制程序。放鋼后轉(zhuǎn)爐搖回零位，PLC采集到零位信號(hào)，放鋼結(jié)束信號(hào)，爐后操作臺(tái)允許信號(hào)后，氧槍由等待位自動(dòng)下降，降至開(kāi)氮位自動(dòng)打開(kāi)氮?dú)馇袛嚅y，氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)100%輸出，保證氮?dú)鈮毫土髁孔畲蟆Ｔ谘鯓尳档酵鈽屛?.0 m時(shí)停止降槍?zhuān)档?0 s，之后每隔40 s，氧槍降0.5 m，直至氧槍降到外槍位0.5 m，在最低槍位吹氮?dú)? min后提槍到等待位。

加料濺渣模式：全自動(dòng)煉鋼模式時(shí)，拉碳放鋼前根據(jù)綜合信息自動(dòng)進(jìn)入“濺渣加料模式”即進(jìn)入濺渣加料自動(dòng)控制程序。與正常濺渣模式不同的是在濺渣加料模式中，在放鋼過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐本體控制系統(tǒng)將與散裝料控制系統(tǒng)通信，散裝料系統(tǒng)將自動(dòng)稱(chēng)量操作人員在畫(huà)面預(yù)定的料種和料重。稱(chēng)量和加料完畢后再次與轉(zhuǎn)爐本體控制系統(tǒng)通信后，向轉(zhuǎn)爐本體控制發(fā)送稱(chēng)量完成信號(hào)，轉(zhuǎn)爐本體控制系統(tǒng)執(zhí)行與正常濺渣模式相同的控制流程。放鋼后轉(zhuǎn)爐搖回零位，PLC采集到零位信號(hào)，放鋼結(jié)束信號(hào)，爐后操作臺(tái)操作允許信號(hào)，氧槍由等待位自動(dòng)下降，開(kāi)氮（氧）位自動(dòng)打開(kāi)氮?dú)馇袛嚅y，自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥輸出，保證氮?dú)鈮毫土髁孔畲?。在氧槍降到外槍?.0 m時(shí)停止降槍?zhuān)档?0 s，之后每隔40 s，氧槍降0.5 m，直至氧槍降到外槍位0.5 m，吹氮?dú)? min后提槍到等待位。

留渣濺渣模式：全自動(dòng)煉鋼模式時(shí)，拉碳放鋼前根據(jù)綜合信息自動(dòng)進(jìn)入“留渣濺渣模式”。放鋼后轉(zhuǎn)爐搖回零位，PLC采集到零位信號(hào)，放鋼結(jié)束信號(hào)，采集爐后操作臺(tái)允許信號(hào)后，氧槍由等待位自動(dòng)下降，開(kāi)氮（氧）位自動(dòng)打開(kāi)氮?dú)馇袛嚅y，自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥輸出，保證氮?dú)鈮毫土髁孔畲蟆Ｔ谘鯓尳档酵鈽屛?.0 m時(shí)停止降槍吹氮?dú)猓? min后提槍到等待位，轉(zhuǎn)爐自動(dòng)向前搖到120°倒渣，倒渣完畢后轉(zhuǎn)爐搖回0°再次按正常模式進(jìn)行濺渣。

4 自動(dòng)放鋼控制系統(tǒng)

自動(dòng)放鋼系統(tǒng)通過(guò)控制轉(zhuǎn)爐的前傾、后傾、抱閘輸出及鋼包行走完成全自動(dòng)放鋼。根據(jù)滑板的開(kāi)關(guān)和滑板關(guān)閉次數(shù)，放鋼要求可分為單滑和雙滑，通過(guò)自動(dòng)計(jì)算滑板關(guān)閉位置和關(guān)閉次數(shù)，根據(jù)爐傾角度給定不同的力矩，智能執(zhí)行相應(yīng)的放鋼流程。通過(guò)安裝在鋼包車(chē)上的激光測(cè)距儀判斷當(dāng)前鋼包車(chē)位置，并根據(jù)傾動(dòng)角度控制鋼包車(chē)行走距離，通過(guò)多次不間斷的實(shí)驗(yàn)，得出智能放鋼中爐傾與鋼包車(chē)行走距離的最優(yōu)參數(shù)。全自動(dòng)放鋼示意圖如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)智能放鋼示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

全智能煉鋼控制系統(tǒng)的深入研究和應(yīng)用，利用高精度氧槍智能動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)自診斷修正技術(shù)，提高了氧槍定位的可靠性、穩(wěn)定性，采用智能精準(zhǔn)的自適應(yīng)均勻布料控制系統(tǒng)、全自動(dòng)無(wú)人干擾合金加料控制系統(tǒng)、智能爐傾與鋼包行走微調(diào)控制等系統(tǒng)，極大地改善了轉(zhuǎn)爐煉鋼一體化智能控制品質(zhì)，提高了控制系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性，保證了智能煉鋼的高效安全穩(wěn)定生產(chǎn)、降低能源消耗、控制成本、減少排放并提供實(shí)時(shí)精確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，保證了煉鋼生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、順行。