王佐偉

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼微爾自動(dòng)化公司，河北 唐山 063000）

1 前言

LF精煉爐的作用是對(duì)鋼水成分進(jìn)行微調(diào)，對(duì)鋼水溫度進(jìn)行控制，已達(dá)到連鑄的要求所以LF爐作業(yè)的效率和準(zhǔn)確率非常重要，它是鋼區(qū)生產(chǎn)線上不可缺少的控制成分、溫度及保存鋼水的設(shè)備，它是轉(zhuǎn)爐至連鑄的緩沖環(huán)節(jié)，它的作業(yè)時(shí)間彈性很大，所以要求操作人員的技術(shù)嫻熟，設(shè)備自動(dòng)化程度。成分控制和溫度控制會(huì)直接影響連鑄板坯的質(zhì)量，故LF爐的全流程控制尤為重要。

本文以唐鋼中厚板公司LF爐為研究對(duì)象，把現(xiàn)有的手動(dòng)控制方式進(jìn)行優(yōu)化改造，根據(jù)LF爐二級(jí)控制模型計(jì)算值，LF爐一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施。對(duì)鋼包在LF爐的處理，所涉及到的過(guò)程有進(jìn)站、氬氣控制、輔料、升溫、測(cè)溫、合金料、取樣、喂絲、手投料等。

2 LF爐一級(jí)系統(tǒng)優(yōu)化

依據(jù)前期的調(diào)查研究分析，制約LF爐作業(yè)時(shí)間和目標(biāo)準(zhǔn)確性的是成分控制和升溫控制，所以這是優(yōu)化的重點(diǎn)，其他屬于輔助系統(tǒng)。

2.1 氬氣控制

改造前是天車把鋼包坐到鋼包車上后，開(kāi)啟氬氣，根據(jù)不同的階段，人為調(diào)節(jié)氬氣流量大小，如果人為控制不及時(shí)，會(huì)影響鋼水溫度，這樣不僅增加了氬氣的消耗量，還需要反復(fù)升溫，增加電量消耗和電極損耗。優(yōu)化后的氬氣控制系統(tǒng)如下圖1。

圖1 氬氣自動(dòng)控制

氬氣控制系統(tǒng)優(yōu)化后，操作工選成“二級(jí)模式”并且手動(dòng)輸入“中吹流量”和“中吹時(shí)間”此流量值會(huì)起到破渣殼的作用，二級(jí)根據(jù)鋼包車位置、測(cè)溫取樣、投料、升溫等階段，給出不同的氬氣流量值，下發(fā)到一級(jí)系統(tǒng)去執(zhí)行，這樣不需要人為干預(yù)，人為誤操作的因素可以排除。

根據(jù)不同的鋼包處理過(guò)程階段，低吹氬氣攪拌的過(guò)程主要分為進(jìn)站攪拌、頭批料攪拌、停電加合金后攪拌、出站軟吹。

（1）進(jìn)站攪拌：爐次開(kāi)始時(shí)，由于鋼包在轉(zhuǎn)爐出鋼后需要加入一批物料，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)后，鋼水表面的渣層相對(duì)會(huì)比較硬實(shí)，此時(shí)需要一個(gè)強(qiáng)流量的吹掃。

（2）頭批料攪拌：鋼包進(jìn)入處理位，加熱升溫開(kāi)始之前，會(huì)向鋼包中加入輔料（石灰、螢石等），此時(shí)為了使輔料與鋼水充分反應(yīng)，此時(shí)需要一個(gè)中等流量的吹掃。

（3）停電加合金后攪拌：此階段需要一個(gè)較大的底吹流量值，從而使得投入的合金充分融入鋼水中。

（4）出站軟吹：鋼包出站后，為了能讓鋼水和冶煉過(guò)程中加入的物料更加充分的進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)，變?yōu)檐洿担钡綘t次結(jié)束。

2.2 成分控制

改造前是手動(dòng)配料，投料入鋼包里，物料的投入量完全靠人的主觀推斷，如果投入量不夠，還需要二次投料，這樣就會(huì)增加作業(yè)時(shí)間，現(xiàn)在物料的投入量完全依據(jù)二級(jí)的成分模型，成分模型計(jì)算出的投入量下發(fā)到一級(jí)控制系統(tǒng)，操作人員只需要把下料模式切換到“二級(jí)模式”即可，操作簡(jiǎn)單方便，每個(gè)料倉(cāng)根據(jù)二級(jí)設(shè)定值，逐個(gè)自動(dòng)進(jìn)行配料，配料完成后反饋給二級(jí)，待稱量倉(cāng)稱重完畢，物料可投放到皮帶上送入鋼水中，投放值也會(huì)反饋給二級(jí)系統(tǒng)，成分模型會(huì)根據(jù)兩次反饋值判斷實(shí)際投入到鋼水中的物料量，作為報(bào)表數(shù)據(jù)采集使用。成分模型根據(jù)取樣結(jié)果進(jìn)行第二次配料，經(jīng)過(guò)兩次配料，就可以到達(dá)目標(biāo)成分。這樣，二級(jí)系統(tǒng)模型通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行精準(zhǔn)的物料計(jì)算，整個(gè)配料的過(guò)程實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，無(wú)需人工干預(yù)，既保證了投料的準(zhǔn)確性，又減少了操作上的失誤[2]。優(yōu)化后的人機(jī)界面如下圖2。

圖2 成分自動(dòng)控制

根據(jù)不同的鋼包處理過(guò)程階段，成分控制主要分為輔料投放、一次合金料投放、二次合金料投放[4]。

（1）輔料投放：鋼水進(jìn)站后，為了使渣層滿足工藝要求，需要投入輔料進(jìn)行造渣

（2）一次合金料投放：根據(jù)目標(biāo)成分要求，二級(jí)系統(tǒng)計(jì)算需要投入適當(dāng)比例的合金物料，計(jì)算完成后下發(fā)一級(jí)系統(tǒng)執(zhí)行操作。

（3）二次合金料投放：根據(jù)一次取樣結(jié)果與目標(biāo)成分差值，二級(jí)系統(tǒng)計(jì)算需要投入的最終比例的合金物料，計(jì)算完成后下發(fā)一級(jí)系統(tǒng)執(zhí)行操作。

一般配料系統(tǒng)的慣性量是人工輸入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，這樣的做法不客觀，容易出現(xiàn)每次下料量跟設(shè)定值都有很大的差別，這樣經(jīng)過(guò)兩次投料，成分不會(huì)到達(dá)目標(biāo)值，需要進(jìn)行多次投料，又增加作業(yè)時(shí)間，還造成資源浪費(fèi)，操作人員需要反復(fù)試驗(yàn)才能確定慣性量。但是如果現(xiàn)場(chǎng)料倉(cāng)的物理特性發(fā)生變化，此慣性量亦發(fā)生變化，還需要操作人員反復(fù)試驗(yàn)獲得，這樣的操作太繁瑣，而改造后的慣性量是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，不是一個(gè)固定數(shù)值，它是根據(jù)每次設(shè)定值與反饋值的偏差乘以1/3進(jìn)行配料，每次配料完成的慣性量累加作為下次配料開(kāi)始的慣性量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，就可自動(dòng)算出此料倉(cāng)的實(shí)時(shí)慣性量，此慣性量會(huì)隨著料倉(cāng)物理特性的改變而自動(dòng)改變，不需要人工干涉。

料倉(cāng)可用性功能的增設(shè)完善了二級(jí)成分模型控制和一級(jí)自動(dòng)下料系統(tǒng)，由于客觀條件，料倉(cāng)處于不可用狀態(tài)時(shí)，二級(jí)成分模型需要知道此信息，計(jì)算物料時(shí)避開(kāi)此料倉(cāng)，根據(jù)其他糧倉(cāng)的合金含量進(jìn)行配料，一級(jí)控制系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的糧倉(cāng)顯示為不可用狀態(tài)。有些特定環(huán)境需要主觀條件，使料倉(cāng)處于不可用狀態(tài)，防止誤操作，造成生產(chǎn)事故。

2.3 溫度控制

改造前是手動(dòng)計(jì)算升溫時(shí)間，手動(dòng)進(jìn)行升溫控制，一級(jí)控制系統(tǒng)中加入主觀因素過(guò)多，會(huì)制約其使用范圍，舍棄原有控制方式，優(yōu)化為二級(jí)溫度模型計(jì)算升溫時(shí)間，它根據(jù)每次測(cè)溫結(jié)果與目標(biāo)溫度進(jìn)行對(duì)比，再根據(jù)所處的工藝階段，綜合計(jì)算出每次升溫時(shí)間和檔位[3]。

溫度模型將升溫時(shí)間和檔位下發(fā)給一級(jí)控制系統(tǒng)，一級(jí)控制系統(tǒng)的升溫控制包括起弧、小弧區(qū)、穩(wěn)弧、大弧區(qū)等四個(gè)階段，每個(gè)階段電極的給定速度是不一樣的，升溫開(kāi)始電極快速下降至起弧區(qū)，根據(jù)弧流反饋與給定值計(jì)算電極下降速度，在弧流目標(biāo)值附近，電極進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，升溫完畢后，將加熱耗電量發(fā)送給二級(jí)系統(tǒng)，作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)使用[1]。

根據(jù)不同的鋼包處理過(guò)程階段，鋼水升溫的過(guò)程主要分為一次升溫、二次升溫、出站升溫。

（1）一次升溫：爐次開(kāi)始時(shí)，由于鋼包在轉(zhuǎn)爐出鋼后需要加入一批物料，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)后，鋼水溫度會(huì)有所下降，并且進(jìn)站后，也需要加入輔料進(jìn)行攪拌，此時(shí)需要進(jìn)行一次升溫，以保證鋼水溫度不會(huì)太低。

（2）二次升溫：當(dāng)鋼水成分合格后，需要對(duì)鋼水進(jìn)行二次升溫，已滿足連鑄進(jìn)站溫度。

（3）出站升溫：由于生產(chǎn)節(jié)奏的問(wèn)題，連鑄不需要鋼包進(jìn)站，此時(shí)鋼包需要在精煉進(jìn)站位等待，當(dāng)隨著時(shí)間的推移，鋼水溫度會(huì)逐步下降，連鑄需要鋼水進(jìn)站時(shí)，精煉還需要進(jìn)行最后一次升溫，才能到達(dá)連鑄要鋼溫度。

每次升溫完成，二級(jí)模型會(huì)計(jì)算鋼水溫度，模型計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值偏差在±10℃以內(nèi)。優(yōu)化后的人機(jī)界面如下圖3。

圖3 溫度自動(dòng)控制

3 結(jié)語(yǔ)

LF爐全自動(dòng)控制流程是將來(lái)工廠生產(chǎn)工藝過(guò)程中一個(gè)非常重要的控制方式，是將來(lái)的必然趨勢(shì)，升溫控制和下料控制的準(zhǔn)確性會(huì)影響到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，人工干預(yù)不僅耗時(shí)耗力，而且精準(zhǔn)度不高，易出現(xiàn)錯(cuò)誤，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以提高精準(zhǔn)度，效率高。

[1]員衛(wèi)國(guó).煉鋼電弧爐電極升降微機(jī)控制的回顧與總結(jié)[J]工業(yè)加 熱，2000，29（1）：1-4.

[2]謝樹(shù)元，杜斌，林云，等. LF 爐過(guò)程控制模型的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 [J]. 冶金自動(dòng)化，2006，增刊（S2）：47-50.

[3]劉國(guó)元.LF精煉爐溫度預(yù)估模型與合金化模型的研 究和實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安理工大學(xué)，2008.

[4]于鵬，戰(zhàn)東平，姜周華，等. LF 精煉終點(diǎn)成分預(yù)報(bào)模型開(kāi)發(fā) [J]. 材料與冶金學(xué)報(bào)，2006，5（1）：20-22.