董躍華

（山鋼股份萊蕪分公司　自動(dòng)化部，山東　萊蕪271104）

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LF底吹攪拌過程自動(dòng)控制

董躍華

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

摘要：介紹了一種用于LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的底吹攪拌控制方法，包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)模型就是根據(jù)鋼種目標(biāo)硫元素不同，分區(qū)間建立幾種固定攪拌的模型；動(dòng)態(tài)模型就是鋼水取樣后根據(jù)化驗(yàn)室化驗(yàn)分析獲得的實(shí)際硫元素所占的比例與目標(biāo)硫元素比較，以確定配成分后攪拌的模型。該方法實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)攪拌氣體的種類和攪拌強(qiáng)度，以降低鋼水中的硫含量，提高了生產(chǎn)鋼水的潔凈度。

關(guān)鍵詞：精煉爐；過程自動(dòng)化；攪拌強(qiáng)度；控制模型

1　前　言

爐外精煉已成為現(xiàn)代化鋼廠的重要組成部分，是生產(chǎn)潔凈鋼保證連鑄順利進(jìn)行的重要手段。底吹攪拌控制是LF中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前，LF底吹攪拌常用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式，存在操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，人為因素多，操作人員的技術(shù)水平、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)直接影響生產(chǎn)節(jié)奏和鋼水的質(zhì)量等缺陷。特別是MES在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用后，手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的要求。為此，需要對(duì)LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的底吹攪拌進(jìn)行自動(dòng)控制。

2　LF精煉過程控制系統(tǒng)

LF過程控制系統(tǒng)主要包括1臺(tái)服務(wù)器、1臺(tái)冶金工程師站、1臺(tái)客戶端、1臺(tái)MES服務(wù)器、1臺(tái)化驗(yàn)室服務(wù)器和基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC。

LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器接收及發(fā)送基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)和控制信號(hào)，接收化驗(yàn)室服務(wù)器的鋼水取樣的分析數(shù)據(jù)，接收并發(fā)送MES服務(wù)器的生產(chǎn)計(jì)劃及運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)、生產(chǎn)實(shí)績(jī)。冶金工程師站主要顯示底吹攪拌模型的參數(shù)，并對(duì)攪拌模型進(jìn)行維護(hù)。操作人員通過LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)客戶端給出操作指令，同時(shí)顯示精煉爐的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)、生產(chǎn)實(shí)績(jī)、生成生產(chǎn)報(bào)表等。LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向見圖1。

3　LF底吹攪拌控制

圖1　LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向

LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有底吹攪拌模型。底吹攪拌模型在第一個(gè)試樣收到前為靜態(tài)模型。靜態(tài)模型就是根據(jù)鋼種目標(biāo)S元素不同，分區(qū)間建立幾種固定的攪拌模型。鋼種S元素在鋼水中的所占比例的最大值，要求冶煉終點(diǎn)硫的比例不高于目標(biāo)硫。不同鋼種對(duì)S元素含量的要求不同。靜態(tài)模型可以通過工程師站進(jìn)行修正，以適應(yīng)不同的工藝條件。底吹攪拌模型在收到化驗(yàn)室的第一個(gè)試樣后轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)模型。動(dòng)態(tài)模型就是鋼水取樣后根據(jù)化驗(yàn)室化驗(yàn)分析獲得的實(shí)際硫元素所占的比例與目標(biāo)硫元素比較，以確定配成分后攪拌的模型。底吹攪拌模型把整個(gè)精煉底吹攪拌過程根據(jù)冶煉的進(jìn)行分為貫穿全過程的弱攪，穿插弱攪過程中的4次強(qiáng)攪和出站后的軟吹等幾個(gè)子過程。4次強(qiáng)攪按先后順利分別是進(jìn)站攪拌、頭批料后攪拌、第一次停電攪拌、配成分后攪拌。

3.1進(jìn)站攪拌

爐次開始時(shí)，啟動(dòng)1個(gè)計(jì)時(shí)器T精煉，用來紀(jì)錄本爐次所使用的時(shí)間，隨著冶煉的進(jìn)行計(jì)時(shí)器T精煉不斷增大。爐次開始后為底吹為弱攪，在鋼包剛進(jìn)站信號(hào)上升沿記錄當(dāng)時(shí)T精煉為T鋼包進(jìn)站。鋼包進(jìn)站延時(shí)時(shí)間t1后變?yōu)閺?qiáng)攪，這個(gè)強(qiáng)攪的過程定義為進(jìn)站攪拌。鋼包進(jìn)站延時(shí)時(shí)間t2后進(jìn)站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次?qiáng)攪條件到達(dá)。即當(dāng)T精煉＞T鋼包進(jìn)站+t1時(shí)，變?yōu)閺?qiáng)攪，隨著精煉進(jìn)行當(dāng)T精煉＞T鋼包進(jìn)站+t2時(shí)，進(jìn)站攪拌結(jié)束。其中t2＞t1，t1、t2為模型參數(shù)，存儲(chǔ)在LF精煉爐過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中，可在冶金工程師站上進(jìn)行維護(hù)。

3.2頭批料后攪拌

第1次測(cè)溫定氧延時(shí)時(shí)間t3后變?yōu)閺?qiáng)攪，這個(gè)強(qiáng)攪的過程定義為頭批料后攪拌。第1次測(cè)溫定氧延時(shí)時(shí)間t4后進(jìn)站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏嚕⒈３秩鯏囍钡较乱淮螐?qiáng)攪條件到達(dá)。即第1次測(cè)溫定氧信號(hào)上升沿記錄當(dāng)時(shí)T精煉為T第一次測(cè)溫定氧，當(dāng)T精煉＞T第一次測(cè)溫定氧+t3時(shí)，變?yōu)閺?qiáng)攪，隨著精煉進(jìn)行當(dāng)T精煉＞T第一次測(cè)溫定氧+t4時(shí)，頭批料后攪拌結(jié)束。其中t3＜t4。t3、t4為模型參數(shù)，存儲(chǔ)在LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以在冶金工程師站上進(jìn)行維護(hù)。

3.3第1次停電攪拌

第1次停電延時(shí)時(shí)間t5后變?yōu)閺?qiáng)攪，這個(gè)強(qiáng)攪的過程為第1次停電攪拌。第1次停電延時(shí)時(shí)間t6后進(jìn)站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏嚕⒈３秩鯏囍钡较乱淮螐?qiáng)攪條件到達(dá)。即第1次停電信號(hào)上升沿記錄當(dāng)時(shí)T精煉為T第一次停電，當(dāng)T精煉＞T第一次停電+t5時(shí)，變?yōu)閺?qiáng)攪，隨著精煉進(jìn)行當(dāng)T精煉＞T第一次停電+t6時(shí)，第1次停電攪拌結(jié)束。其中t5＜t6，t5、t6為模型參數(shù)，存儲(chǔ)在LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以在冶金工程師站上進(jìn)行維護(hù)。

3.4配成分后攪拌

首個(gè)成分到達(dá)延時(shí)時(shí)間t7后變?yōu)閺?qiáng)攪，這個(gè)強(qiáng)攪的過程定義為配成分后攪拌。首個(gè)成分到達(dá)延時(shí)時(shí)間t8后進(jìn)站攪拌結(jié)束，底吹變?yōu)槿鯏?，并保持弱攪直到下一次?qiáng)攪條件到達(dá)。即首個(gè)成分到達(dá)信號(hào)上升沿記錄當(dāng)時(shí)T精煉為T首個(gè)成分到達(dá)，當(dāng)T精煉＞T首個(gè)成分到達(dá)+t7時(shí)，變?yōu)閺?qiáng)攪，隨著精煉進(jìn)行當(dāng)T精煉＞T首個(gè)成分到達(dá)+t8時(shí)，配成分后攪拌結(jié)束。其中t7＜t8，t7、t8為模型參數(shù)，存儲(chǔ)在LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以在冶金工程師站上進(jìn)行維護(hù)。

鋼包出站后，變?yōu)檐洿?，直到爐次結(jié)束。即鋼包出站信號(hào)上升沿記錄當(dāng)時(shí)T精煉為T鋼包出站，當(dāng)T精煉＞T鋼包出站+t9時(shí)，變?yōu)檐洿担钡綘t次結(jié)束。其中t9為模型參數(shù)，存儲(chǔ)在LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以在冶金工程師站上進(jìn)行維護(hù)。

綜上所述，整個(gè)底吹攪過程為爐次開始→弱攪→進(jìn)站攪拌→弱攪→頭批料后攪拌→弱攪→第一次停電攪拌→弱攪→配成分后攪拌→弱攪→軟吹。修改t1～t9大小，就能修改各次攪拌的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。在LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器冶金數(shù)據(jù)庫(kù)中再增加兩組參數(shù)g1～g9和q1～q9，分別對(duì)應(yīng)每個(gè)子過程氣體類型和氣體流量。這樣時(shí)間延時(shí)t1～t9、氣體類型g1～g9、氣體流量q1～q93個(gè)參數(shù)組就能夠唯一確定一個(gè)如附圖2所示的LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的底吹攪拌過程曲線圖，也就建立了一個(gè)底吹攪拌靜態(tài)模型。冶金工程師根據(jù)生產(chǎn)工藝和鋼種硫的要求不同建立多個(gè)參數(shù)組，每個(gè)參數(shù)組即為一種底吹攪拌方式，也就是一個(gè)靜態(tài)模型，可用于一個(gè)或多個(gè)鋼種。

圖2　LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)的底吹攪拌過程曲線

在接收化驗(yàn)器服務(wù)器分析數(shù)據(jù)前，由于沒有冶煉鋼種成分反饋，底吹攪拌模型為靜態(tài)模型。接收到分析數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)中各元素成分及鋼種目標(biāo)最大硫的要求來分析是否需要配碳、是否需要配成分。底吹模型根據(jù)分析的情況和加料實(shí)績(jī)動(dòng)態(tài)對(duì)配成分后攪拌子過程的參數(shù)t8、t9、g8、g9、q8、q9進(jìn)行修正，這就是動(dòng)態(tài)模型。

4　結(jié)　語(yǔ)

LF過程自動(dòng)化系統(tǒng)底吹控制采用靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了底吹攪拌過程的全自動(dòng)控制，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人為因素對(duì)鋼水質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)由經(jīng)驗(yàn)煉鋼到科技煉鋼的轉(zhuǎn)變，是潔凈鋼生產(chǎn)平臺(tái)的技術(shù)保證。

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

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0054-02

收稿日期：2015-11-18

作者簡(jiǎn)介：董躍華，女，1983年生，2006年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼自動(dòng)化部工程師，從事自動(dòng)化控制工作。