張立雪

（河鋼集團(tuán)承鋼公司 工程技術(shù)有限公司，河北 承德 067002）

線材事業(yè)部煉鋼系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、連鑄系統(tǒng)等，為適應(yīng)新的要求對(duì)120 噸系統(tǒng)從工藝及自動(dòng)化方面著手，通過智能化技術(shù)讓設(shè)備和機(jī)器可以模仿人類的思維模式，促進(jìn)自動(dòng)化水平的提升，使得機(jī)械設(shè)備完成一系列的無人工序，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化智能化的功能，并可以單獨(dú)處理一些高危、高難度的工序，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的新高度。

1 環(huán)保節(jié)能新技術(shù)

（1）風(fēng)機(jī)類環(huán)保節(jié)電技術(shù)研究方面：

圖1 正常爐次情況下吹煉前期轉(zhuǎn)爐煙氣成分圖

上圖為正常爐次情況下從吹煉前期分析的轉(zhuǎn)爐煙氣成分圖，以煙氣成分分析圖為基礎(chǔ)分析轉(zhuǎn)爐煙氣狀況，研究節(jié)能環(huán)保技術(shù)，利用一次除塵風(fēng)機(jī)、二次除塵風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制得以實(shí)現(xiàn)。

120 噸2#、3#轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)管道并聯(lián)，共同負(fù)責(zé)2#、3#轉(zhuǎn)爐的二次除塵，原來二次除塵風(fēng)機(jī)控制不精準(zhǔn)。存在的弊端為：風(fēng)機(jī)無功運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象；煙氣較大時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢風(fēng)量小導(dǎo)致除塵效果不佳；煙塵較小時(shí)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量大導(dǎo)致風(fēng)量和電量的無端浪費(fèi)等。為達(dá)到更好地除塵效果，同時(shí)更好地保證設(shè)備運(yùn)行安全、降低電能消耗，利用自動(dòng)化手段重新編寫二次除塵風(fēng)機(jī)控制模型，使得二次除塵風(fēng)機(jī)與轉(zhuǎn)爐工藝過程無縫銜接，達(dá)到完美契合，旨在實(shí)現(xiàn)二次除塵風(fēng)機(jī)速度精準(zhǔn)控制，達(dá)到更好地除塵效果，同時(shí)節(jié)省電能。根據(jù)工藝要求重新對(duì)二次除塵風(fēng)機(jī)的操作模式進(jìn)行劃分:雙風(fēng)機(jī)模式、單風(fēng)機(jī)模式。雙風(fēng)機(jī)模式下，通過轉(zhuǎn)爐兌鐵、出鋼、吹煉等不同工藝下對(duì)2#爐和3#爐共同運(yùn)行或單個(gè)運(yùn)行下的不同工藝過程進(jìn)行組合，經(jīng)過多次調(diào)試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最終確定五個(gè)不同速度：兩座轉(zhuǎn)爐不兌鐵、不出鋼、不吹煉時(shí)風(fēng)機(jī)速度為一速24HZ，兩座轉(zhuǎn)爐同時(shí)吹煉時(shí)速度為三速30HZ，一座轉(zhuǎn)爐吹煉另一座轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)速度為四速31HZ 等。單風(fēng)機(jī)模式下，通過轉(zhuǎn)爐兌鐵、出鋼、吹煉等不同工藝下對(duì)2#爐和3#爐共同運(yùn)行或單個(gè)運(yùn)行下的不同工藝過程進(jìn)行組合，經(jīng)過多次調(diào)試，跟蹤數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，觀察除塵效果最終確定三個(gè)不同速度。

通過在畫面上制作風(fēng)機(jī)速度設(shè)定接口，實(shí)現(xiàn)崗位人員在允許的情況下修改各個(gè)速度的設(shè)定功能。

一次除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要用于轉(zhuǎn)爐煉鋼中的煙氣凈化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收。我們?cè)谵D(zhuǎn)爐系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中存在多方面的問題：一方面是原來的一次除塵系統(tǒng)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的控制與轉(zhuǎn)爐工藝過程匹配不嚴(yán)；另一方面由于轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)爐均可以提釩和煉鋼互為備用，如此一來一次除塵系統(tǒng)中對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的控制工藝已經(jīng)不適用。多次出現(xiàn)除塵效果不好，風(fēng)機(jī)無功運(yùn)轉(zhuǎn)，影響環(huán)保效果的同時(shí)造成不必要的電耗。為了適用于轉(zhuǎn)爐煉鋼和提釩兩個(gè)不同工藝，研究一次除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)，原則上與轉(zhuǎn)爐工藝過程相匹配。通過對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼和提釩中不同的工藝過程進(jìn)行定性定態(tài)，確定出不同工藝過程的固定信號(hào)狀態(tài)傳輸至一次除塵系統(tǒng)中，通過試驗(yàn)研究，統(tǒng)計(jì)出大量數(shù)據(jù)，得到不同工藝過程與風(fēng)機(jī)速度的匹配值，將經(jīng)驗(yàn)值按照百分比給定風(fēng)機(jī)速度。編寫一次除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速模型。將煉鋼過程分為包括轉(zhuǎn)爐待料、打爐口、兌鐵、吹煉、下副槍、吹煉中斷、復(fù)吹氧、濺渣、出鋼等多個(gè)不同的工藝過程，各個(gè)工藝過程下，均通過試驗(yàn)出來的不同速度經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定出一次除塵風(fēng)機(jī)的速度。轉(zhuǎn)爐提釩狀態(tài)下，在煉鋼過程的基礎(chǔ)上再進(jìn)行細(xì)化，將吹煉周期分為四個(gè)階段，吹煉開始至吹煉中50S 得到的風(fēng)機(jī)速度65%為最佳；吹煉中50S 至吹煉中70S 得到的風(fēng)機(jī)速度70%為最佳；吹煉中70S至吹煉中120S 內(nèi)加入一氧化碳含量信號(hào)，含量大于5%得到的風(fēng)機(jī)速度75%為最佳，小于5%得到的風(fēng)機(jī)速度70%為最佳；吹煉中大于120S 后加入一氧化碳含量信號(hào)，含量大于5%得到的風(fēng)機(jī)速度78%為最佳，小于5%得到的風(fēng)機(jī)速度75%為最佳。實(shí)現(xiàn)了一次除塵風(fēng)機(jī)更大程度的滿足環(huán)保要求。

2 精煉爐底吹工藝

氬氣節(jié)省研究：120 噸每個(gè)精煉系統(tǒng)有兩套吹氬系統(tǒng)供1#鋼包車和2#鋼包車用，每套吹氬系統(tǒng)有兩路管路可進(jìn)入鋼包底部供鋼包底吹用，由于外控因素較大，四套底吹系統(tǒng)管道上的閥門定位均出現(xiàn)較大的偏差致使吹氬流量不準(zhǔn)，使得鋼水成分和溫度的均勻性較差，影響鋼坯質(zhì)量。對(duì)每套系統(tǒng)閥門開度進(jìn)行嘗試性地單獨(dú)調(diào)整并修改閥門組合，重新定位每個(gè)閥門開度，在西門子200PLC 中調(diào)節(jié)各個(gè)閥門的組合，實(shí)現(xiàn)底吹流量設(shè)定值與反饋值相協(xié)調(diào)的目的。避免了鋼包底吹時(shí)氣體流量過大導(dǎo)致鋼水表面冒泡嚴(yán)重，以及流量過小使得鋼水成分和溫度均勻性差等嚴(yán)重影響鋼水質(zhì)量的問題，同時(shí)流量值控制精準(zhǔn)度的提高也進(jìn)一步節(jié)省了氣體成本。

精煉爐底吹工藝采用全程吹氬的方式，為了節(jié)約成本增加氮?dú)迩袚Q功能，編程實(shí)現(xiàn)氬氣和氮?dú)獾那袚Q。對(duì)于一般鋼種采用底吹氮?dú)饣虼禋逡欢螘r(shí)間后切換氮?dú)獾那闆r，聯(lián)合生產(chǎn)單位技術(shù)人員通過多次測(cè)溫取樣，進(jìn)行了不同底吹氮?dú)饬髁繉?duì)精煉鋼水碳含量影響的試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，限定鋼包底吹氮?dú)饬髁恐导按档獣r(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮含量要求極為嚴(yán)格的鋼種采用全程吹氬，對(duì)于一般鋼種均采用底吹氮?dú)饣虼禋逡欢螘r(shí)間后切換氮?dú)?，在進(jìn)行鋼包底吹氮?dú)獾耐瑫r(shí)保證鋼水質(zhì)量，氬氣成本較高，降低了氣體成本。

烤包器自動(dòng)烘烤模型研究降低煤氣消耗。

（1）編寫烘烤時(shí)間計(jì)時(shí)器軟件，此功能是作為烤包器烘烤開始的時(shí)候觸發(fā)計(jì)時(shí)，烤包器烘烤結(jié)束后計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器中包含了小時(shí)、分鐘、秒鐘三個(gè)時(shí)間單位，便于時(shí)間積累。

（2）通過軟件編寫自動(dòng)烘烤曲線模型，針對(duì)全修包、大修包、中修包、停用包、黑包、永久層烤包等烘烤曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，在自動(dòng)控制模式下，烤包器調(diào)節(jié)閥的控制遵循烤包曲線的要求。各類包烘烤過程均包括大火、中火、小火三種火烘烤，不同火量的烘烤時(shí)間根據(jù)各類包的不同而存在差異，通過各類包的烘烤工藝要求，長時(shí)間記錄各類包烘烤過程，統(tǒng)計(jì)調(diào)節(jié)閥開度及時(shí)間數(shù)據(jù)，整理出完整技術(shù)資料，制定出可行性計(jì)劃及實(shí)施方案。軟件編寫思路，自動(dòng)模式下，選擇包類型（在HMI 上選擇全修包、大修包、中修包、停用包、黑包、永久層），烘烤開始信號(hào)觸發(fā)整個(gè)烘烤過程，烘烤過程中，首先進(jìn)行小火烘烤，同時(shí)觸發(fā)小火烘烤計(jì)時(shí)器，記錄小時(shí)、分鐘、秒鐘的小火時(shí)間，同時(shí)進(jìn)行小火烘烤小時(shí)、分鐘、秒鐘的時(shí)間轉(zhuǎn)存（后期至畫面顯示），當(dāng)小火烘烤時(shí)間到達(dá)此類包的烘烤時(shí)間時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)中火烘烤計(jì)時(shí)器，記錄小時(shí)、分鐘、秒鐘的中火時(shí)間，同時(shí)進(jìn)行中火烘烤小時(shí)、分鐘、秒鐘的時(shí)間轉(zhuǎn)存（后期至畫面顯示），當(dāng)中火烘烤時(shí)間到達(dá)此類包的烘烤時(shí)間時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)大火烘烤計(jì)時(shí)器，記錄小時(shí)、分鐘、秒鐘的大火時(shí)間，同時(shí)進(jìn)行大火烘烤小時(shí)、分鐘、秒鐘的時(shí)間轉(zhuǎn)存（后期至畫面顯示），大火烘烤完畢后自動(dòng)生成烘烤結(jié)束信號(hào)，用于結(jié)束整個(gè)烘烤過程。每類包均重復(fù)此過程，通過大火、中火、小火烘烤時(shí)間的不同，實(shí)現(xiàn)各類包的烘烤，實(shí)現(xiàn)在線快速升溫鋼（鐵）水罐的烘烤，均勻地提高包內(nèi)襯的溫度水平。

（3）通過軟件編寫調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過PID 自動(dòng)控制，通過對(duì)比例、積分、微分參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥開度的自動(dòng)控制。

圖2 主要操作畫面

（4）通過軟件編寫半自動(dòng)模式下的控制程序，通過模式選擇至半自動(dòng)模式，烘烤開始后崗位人員可以在自動(dòng)烘烤的基礎(chǔ)上對(duì)大火、中火、小火的火量進(jìn)行人工干預(yù)做出調(diào)整，也可以對(duì)大、中、小火的烘烤時(shí)間進(jìn)行人工干預(yù)做出調(diào)整。

（5）通過軟件編寫手動(dòng)模式下的控制程序，通過模式選擇至手動(dòng)模式，烘烤開始后崗位人員通過手動(dòng)對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

（6）畫面功能自動(dòng)模式下：從監(jiān)控畫面上選擇某條烤包曲線后，并單擊“自動(dòng)烤包開始按鈕”，即可進(jìn)入自動(dòng)烤包模式，烤包執(zhí)行完烤包曲線后，調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉至10%，此時(shí)自動(dòng)生成“烤包結(jié)束“?？景€內(nèi)所需的參數(shù)可以在監(jiān)控畫面上進(jìn)行修改，但需要登錄驗(yàn)證。

在手動(dòng)控制模式下，可以手動(dòng)調(diào)整烤包器煤氣調(diào)節(jié)閥的開度，在監(jiān)控界面上和在現(xiàn)場(chǎng)控制箱上均可調(diào)整，在監(jiān)控界面調(diào)整或在現(xiàn)場(chǎng)控制箱調(diào)整要在監(jiān)控畫面上做選擇。點(diǎn)擊“手動(dòng)烤包開始按鈕”，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度后，烤包開始；點(diǎn)擊“手動(dòng)烤包結(jié)束按鈕”，調(diào)節(jié)閥關(guān)至10%，烤包結(jié)束。

在半自動(dòng)控制方式下，分為小火、中火、大火三種模式，其中小火、中火、大火的調(diào)節(jié)閥開度可人為設(shè)定，但需要登錄驗(yàn)證，小火調(diào)節(jié)閥開度20%，中火調(diào)節(jié)閥開度50%，大火調(diào)節(jié)閥開度90%。點(diǎn)擊“半自動(dòng)烤包開始按鈕”，選擇調(diào)節(jié)閥小中大火模式后，烤包開始；點(diǎn)擊“半自動(dòng)烤包結(jié)束按鈕”，調(diào)節(jié)閥關(guān)至10%，烤包結(jié)束。

此項(xiàng)目旨在節(jié)省煤氣和實(shí)現(xiàn)烤包器系統(tǒng)的集中和遠(yuǎn)程操控。滿足安全和節(jié)省煤氣的雙重要求。避免崗位人員記錄不及時(shí)、烘烤時(shí)間過長或過短、大中小火調(diào)整不及時(shí)等多重因素導(dǎo)致煤氣浪費(fèi)及烤包效果不好等問題。