苗利明 常超 杜亞男

（新興鑄管股份有限公司，河北武安 056300）

鋼包精煉爐又稱為LF爐，是目前很多鋼鐵企業(yè)普遍采用的煉鋼工藝。LF爐鋼包精煉主要是通過埋弧加熱的方式，在非氧化性氣氛下制造高堿度還原渣；并通過吹氬的方式強化精煉反應，進而去除和減少鋼液中的硫、氧等有害成分，提高鋼液的潔凈度，為生產高品質鋼種提供條件。LF爐鋼包精煉具有投資少、功能強、鋼液潔凈度高的優(yōu)點。隨著工業(yè)自動化控制技術的發(fā)展，在滿足鋼包精煉工藝的基礎上，新興鑄管運用自動化控制系統(tǒng)實現了對鋼包精煉各環(huán)節(jié)工序及其工藝參數的自動化控制。同時結合生產實踐中遇到的問題，對煉鋼環(huán)節(jié)的自動化電氣設備進行了相應的技術改造。有效提高了煉鋼生產效率，降低了人員勞動強度，提高了產品質量。本文分析了新興鑄管煉鋼車間鋼包精煉自動化控制系統(tǒng)結構組成和功能應用，并對一些創(chuàng)新改造項目進行了探討。

1.自動化控制系統(tǒng)的構成及特點

1.1 自動控制系統(tǒng)的硬件構成及特點

新興鑄管鋼包精煉爐的自動化控制系統(tǒng)采用了西門子S7-400可編程控制器，由基礎自動化和過程自動化兩個控制級組成?；赑ROFIBUS DP現場總線和工業(yè)以太網構成了完整的自動化控制系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括：可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)PC機、打印機、工業(yè)以太網及其通訊線纜等幾部分組成。新興鑄管鋼包精煉爐自動控制系統(tǒng)的基礎級采用西門子公司的S7-400控制系統(tǒng)，作為主PLC系統(tǒng)；并由通訊線纜擴展至多個I/O分站。PLC系統(tǒng)主機架到I/O分站（擴展機架）的數據傳輸主要由發(fā)送模塊、接受模塊和通訊線纜完成，采用工業(yè)以太網進行通訊。S7-400控制系統(tǒng)與現場自動控制單元、變頻器等采用PROFIBUS DP進行通訊。為了提高LF爐自動化控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，采用了CPU對CPU的通訊方式建立了LF爐主PLC與電極調節(jié)系統(tǒng)之間的通訊連接。新興鑄管LF爐自動化系統(tǒng)具有良好的開放性，整個煉鋼系統(tǒng)中的LF爐、RH爐、連鑄機、結晶器、轉爐以及水系統(tǒng)等，可全部通過工業(yè)以太網連接在一起。實現了各生產工序間的通訊連鎖，實時為轉爐、連鑄、質檢化驗等設備和工藝環(huán)節(jié)提供所需要的數據。以此作為LF/RH備選調用的數學模型，從而實現以上工序之間計算機系統(tǒng)之間的通訊。同時，為了避免因停電等特殊原因造成的系統(tǒng)停止運行和生產事故，自動控制系統(tǒng)還設置有備用電源和UPS電源保護系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以在主電源斷電的情況下使用備用電源繼續(xù)正常工作30min以上。以便于操作人員采取緊急措施，避免事故發(fā)生[1]。

1.2 系統(tǒng)的軟件構成及特點

LF爐自動化控制系統(tǒng)采用Windows7作為操作系統(tǒng)軟件。上位機使用的軟件為西門子SIMATIC，系統(tǒng)的監(jiān)控與編程則分別采用WinCC和STEP7。WinCC作為一款可供開發(fā)編輯的監(jiān)控軟件，它的靈活性和模塊性為自動化系統(tǒng)的設計和任務執(zhí)行提供了全新的可能。利用上位機組態(tài)軟件WinCC不僅可以將現場數據實時反映在控制室顯示屏幕上，實現對現場數據的在線監(jiān)控；而且還可通過CRT上的按鈕，來實現對現場設備的遠程操作。此外，WinCC還具有圖形圖像顯示和處理功能和數據庫的相關功能，可將存在里面的數據文件采用數據曲線的方式展示給用戶；用戶可任意選取時間節(jié)點，查看該時間段內的工藝歷史曲線圖。從而為生產提供便利[2]。

2.自動化控制系統(tǒng)的主要功能

LF精煉爐電氣系統(tǒng)具有較高的自動化控制水平，幾乎覆蓋了煉鋼生產的每一個環(huán)節(jié)。包括由合金加料控制系統(tǒng)、電極升降自動調節(jié)系統(tǒng)、鋼包走行控制系統(tǒng)、吹氬系統(tǒng)、溫度測量及報警系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)和喂絲機控制系統(tǒng)等。這些自動化控制系統(tǒng)分別執(zhí)行相應的自動化控制功能，并通過通訊線纜將控制信號連接至控制室，從而實現對各環(huán)節(jié)生產工序的遠程控制和對各項工藝參數的實時監(jiān)控。

2.1 合金加料控制系統(tǒng)

在煉鋼的過程中加入一些合金，可以改善鋼材產品的某些物理性質，但需要對合金加入量進行嚴格控制。煉鋼生產線LF爐與RH爐共用合金加料系統(tǒng)，兩個精煉爐利用各自PLC的CPU，通過PROFIBUS DP網線建立通訊連接，并通過發(fā)送加料信號協(xié)調加料生產。比如當RH爐需要加料時，它的系統(tǒng)會向料倉和LF爐發(fā)送請求加料的信息，然后PLC再控制加料閥門向RH爐加料。LF爐與RH爐對加料系統(tǒng)的控制權限在上位機上切換。比如當加料系統(tǒng)準備向LF爐加料時，請求加料的信息便會通過RH爐CPU上的DP總線傳到LF爐。系統(tǒng)接受到加料信號并計算料重后，將加料信號發(fā)送至RH爐和料倉，由PLC控制料倉電磁閥執(zhí)行加料操作。

2.2 鋼包車行走系統(tǒng)

鋼包車的行走與調速均有變頻器控制，同時在加熱工位和吊包工位設置限位開關以限制鋼包車的行走位置。鋼包車運行有機旁手動控制和遠程自動控制兩種控制方式，各位置均設有減速、停車、超極限保護開關。為了保證鋼包車安全運行，鋼包車的行走系統(tǒng)、電極升降機構、鋼包蓋升降機構均設置了連鎖保護。當鋼包車行走到設定位置時，才會發(fā)送位置信號給連鎖系統(tǒng)，允許升降機構動作。同時，鋼包車會將位置信號發(fā)送給連鎖系統(tǒng)，并在中控室HMI監(jiān)視畫面上顯示。

2.3 吹氬系統(tǒng)

煉鋼精煉爐的吹氬系統(tǒng)采用頂底復吹的方式。由設置在吹氬管道上的流量變送器、壓力變送器和電磁閥來控制氬氣開關以及壓力、流量。電磁波的開閉以及氬氣流量、壓力的調節(jié)則根據設置好的工藝要求，按照吹氬曲線自動調節(jié)；同時，為了適應特殊條件下的吹氬操作，也可根據需要對流量值進行人工設定[3]。

2.4 水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)需要監(jiān)控的工藝參數主要有總進水壓力、流量。由于水冷爐蓋處于高溫區(qū)，所以要保證水的冷卻，在水冷爐蓋的總進水管上也設有流量和壓力傳感器，由HMI進行畫面監(jiān)控顯示。

3.自動化控制系統(tǒng)的創(chuàng)新改造

（1）連鑄澆鋼操作箱增加拉速鎖定功能。拉品種鋼需要恒定拉速，在生產過程中往往由于信號干擾、電位器質量等原因導致拉速穩(wěn)不住，嚴重影響鑄坯質量。通過在澆鋼操作箱上增加鎖定開關，修改拉速控制程序。設定好拉速后，把開關轉到鎖定位置，拉速就會鎖定到當前數值，不再受外界的影響。解決了由于拉速波動導致的廢坯等問題。

（2）連鑄中包鋼水高低溫報警系統(tǒng)。溫度是連鑄的生命線，如果發(fā)生低溫結瘤或者高溫漏鋼，造成的影響會十分惡劣。在畫面上設定高低溫報警值，在連鑄平臺、精煉爐平臺安裝聲光報警器，可以在第一時間對異常溫度報警，及時提醒連鑄和精煉爐崗位工采取措施，杜絕事故擴大化。自改造完成后，未發(fā)生過結瘤停機的情況，創(chuàng)效10萬元。

（3）精煉爐爐臺增加連鑄拉鋼信息顯示屏。利舊兩臺電腦，制作畫面和PLC通訊，能夠實時顯示連鑄拉速、大包和中包重量等信息，有利于崗位工根據連鑄生產信息調整精煉生產節(jié)奏。

（4）爐后測溫數據傳至連鑄大屏。連鑄可以對比出鋼溫度和連鑄測溫，如果溫度差距過大，及時跟轉爐溝通，預防結瘤或者漏鋼。如果連鑄來不及測溫，可以依據爐前溫度控制澆注節(jié)奏。

（5）電磁攪拌改造。電磁攪拌可以使結晶器里的鋼水攪拌均勻，是拉品種鋼的重要環(huán)節(jié)。原來經常出現跳閘、電纜過電流燒斷等情況導致電磁攪拌無法正常使用。通過改變電纜路由，改進線圈的接線方式使得線圈電纜不易受高溫烤壞，能夠承受更高的電流。電磁攪拌的正常運行，保證了品種鋼的鑄坯質量。

（6）結晶器自動液面電纜改造。拉鋼過程中經常發(fā)生非正常塞棒關閉或者塞棒全開。通過排查是由于結晶器液面檢測受到干擾引起的塞棒誤動作導致。為了能夠解決干擾的問題，利用檢修時間把自動液面檢測信號線重新走線并全程穿鍍鋅管，遠離動力電纜橋架。改造完成后，未發(fā)生過類似的故障。