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        轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案

        2019-04-10 12:28:46田媛
        科學(xué)與技術(shù) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:氧量數(shù)學(xué)模型控制

        摘要:本文論述了一種新的轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案,該控制方案可使轉(zhuǎn)爐頂吹吹氧量快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值,且保證氧量的穩(wěn)定,很好地滿足工藝要求,做到“要多少輸出多少”,有效避免輸出浪費(fèi)。

        關(guān)鍵詞:氧量;控制;數(shù)學(xué)模型;PID(比例積分)控制器

        一、概述

        在轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉工藝過程中,氧氣的吹入量是需要不斷地進(jìn)行調(diào)整,主要是因?yàn)樵谝睙捚陂g,隨著副原料的加入及反應(yīng)時(shí)間的不斷變化,鐵水中的化學(xué)成分不斷變化,這樣氧氣需求量也在不斷的變化。只有根據(jù)不同冶煉期的工藝要求隨時(shí)改變供氧量才能保證生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格的鋼水。因此,頂吹氧量的控制無疑是關(guān)鍵所在。

        傳統(tǒng)的控制方式亦或?yàn)槎髁靠刂?,亦或定壓控制,使用該控制方式,時(shí)常發(fā)生氧量不穩(wěn)定且超調(diào)等現(xiàn)象,存在嚴(yán)重影響到鋼水質(zhì)量、增加無謂的能耗、不滿足后序工藝生產(chǎn)要求等生產(chǎn)弊端。為克服傳統(tǒng)控制方式的弊端,還有一種控制方式是,先采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)氧量,待流量穩(wěn)定后再使用PID自動(dòng)調(diào)節(jié)氧量,這仍然不是一個(gè)較好的調(diào)節(jié)方式。

        為此,如何能夠使轉(zhuǎn)爐頂吹氧量快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值,且保證氧量的穩(wěn)定,成為我們急需解決的問題。

        二、解決方案

        針對(duì)原有轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制的缺點(diǎn),我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的轉(zhuǎn)爐頂吹氧量控制方案。

        系統(tǒng)的設(shè)備組成包括:總管切斷閥(1)、壓力調(diào)節(jié)閥(2)、壓力變送器(3)、流量檢測裝置(4)、流量調(diào)節(jié)閥(5)、支管切斷閥(6)。

        吹煉開始前,程序根據(jù)轉(zhuǎn)爐加入原輔料等情況,用數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算每爐鋼所需氧氣總量。

        在吹煉模式下,總管壓力調(diào)節(jié)閥首先進(jìn)入預(yù)調(diào)節(jié)模式,同時(shí),根據(jù)所需的總氧量計(jì)算結(jié)果,控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出流量調(diào)節(jié)閥開度預(yù)設(shè)值。待吹煉開始后,控制系統(tǒng)將穩(wěn)定總管氧氣壓力于設(shè)定值,此時(shí)的流量調(diào)節(jié)閥也將根據(jù)各生產(chǎn)階段需氧量的計(jì)算值,使氧量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的趨向于計(jì)算值,最終使氧量穩(wěn)定于計(jì)算值。

        本控制方案還可實(shí)現(xiàn):根據(jù)冶煉模式對(duì)總管氧氣通斷進(jìn)行控制;通過對(duì)工作槍及連鎖條件的判定,自動(dòng)控制工作槍氧氣的通斷。

        下面我們僅描述在吹煉模式下設(shè)備動(dòng)作情況。

        ● 吹煉開始且各生產(chǎn)工藝參數(shù)正常,支管切斷閥(6)自動(dòng)打開,待吹煉完畢或在吹煉過程中某個(gè)工藝參數(shù)異常,支管切斷閥(6)自動(dòng)關(guān)閉。

        ●吹煉開始前,控制系統(tǒng)可根據(jù)轉(zhuǎn)爐加入原輔料等情況,用數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算每爐鋼所需氧氣總量,以及生產(chǎn)階段所需氧氣量(A1)。

        吹煉開始前,壓力調(diào)節(jié)閥(2)首先進(jìn)入預(yù)調(diào)節(jié)模式,吹煉開始后,控制系統(tǒng)通過PID控制器穩(wěn)定總管氧氣壓力于設(shè)定值(A2),待吹煉完畢,壓力調(diào)節(jié)閥(2)完全關(guān)閉。

        有關(guān)閥門PID自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)的說明:

        為使被控量(壓力變送器(3))穩(wěn)定于設(shè)定壓力(A2),我們采用PID(比例積分)控制器,其輸入和輸出關(guān)系見公式(1-1):

        p(t)= Kp·? + Ki·∫?dt ???????公式(1-1)

        ?——實(shí)際值與設(shè)定值的差值

        p(t)——PID控制器輸出,作為閥門開度的輸出。

        Kp——比例增益;

        Ki——積分時(shí)間;

        通過現(xiàn)場調(diào)試確定合理的Kp、Ki值,使壓力調(diào)節(jié)平穩(wěn),響應(yīng)快速,超調(diào)量小。

        同時(shí),根據(jù)所需的總氧量計(jì)算結(jié)果,控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出流量調(diào)節(jié)閥(5)的開度預(yù)設(shè)值(A3)。吹煉開始后,流量調(diào)節(jié)閥(5)閥門開度首先處在預(yù)設(shè)值(A3)。隨著冶煉階段的變化,控制系統(tǒng)通過PID控制器使氧量在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的調(diào)節(jié)至氧量計(jì)算值(A1),并保持平穩(wěn)。本控制系統(tǒng)還設(shè)置了微調(diào)模式,通過“↑”和“↓”按鈕對(duì)氧量計(jì)算值(A1)進(jìn)行微調(diào),PID控制器將使實(shí)際氧量(4)穩(wěn)定于微調(diào)模式下的氧量值。待吹煉完畢,流量調(diào)節(jié)閥(5)完全關(guān)閉。

        為使被控量(流量檢測裝置(4))穩(wěn)定于氧量計(jì)算值(A1),我們采用PID(比例積分)控制器,其工作原理同壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID控制器,在此不再重復(fù)說明。

        三、結(jié)束語

        下圖為本控制方案的應(yīng)用實(shí)例,可看出本控制方案可更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)的控制轉(zhuǎn)爐頂吹氧量,有效防止氧量超調(diào),很好地滿足工藝要求,做到“要多少輸出多少”,有效避免輸出浪費(fèi)。

        作者簡介:田媛,女,1986年6月26日,漢族,天津工業(yè)大學(xué)碩士研究生,主修自動(dòng)化控制。

        (作者單位:中冶東方工程技術(shù)有限公司)

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