计算机控制在80t转炉中的研究应用

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1 引言

莱芜钢铁总厂银山前区1#80t氧气顶吹转炉于2005年7月正式投产。本系统由转炉本体、干法除尘及蒸发冷却、汽化冷却、散状料上料、循环水、湿法除尘及煤气回收等部分组成。在控制上采用PLC自动控制，完成对转炉炼钢过程的数据采集、监测与监控。在控制网络上采用先进、可靠的工业以太环网，通讯速率为10.0Mbps自适应。PLC与 PLC之间的数据传输采用SIEMENS STEP7专用的通讯模块。网络监控画面采用功能强大的SIEMENS WINCC，人机界面好，便于操作使用。

2 工艺概述

转炉系统主要完成将铁水和废钢冶炼成钢水，同时将冶炼过程中产生的煤气和水蒸汽进行回收再利用。转炉主体设备主要包括炉体、炉门、烟罩、倾动机构、氧枪升降机构、氧枪横移机构、称重装置、上料装置、冷却装置等。其中，氧枪有两套，靠横移小推车转换，实现互为备用。装料时炉门打开，烟罩提升，将铁水倒入转炉，加入废钢，装料完成后，炉门关闭，烟罩下移。冶炼过程中，氧枪下降，从炉体顶部向炉内吹氧，或加合金料，以改善钢水成分。出钢时，氧枪上升，倾动炉体，钢水由钢包车运至精炼炉精炼。出钢完成后，吹氮气以溅渣护炉，最后将钢渣倒入渣罐车。炼钢过程中，氧枪和烟罩通过循环冷却水降温，产生的汽包蒸汽经加压后送用户使用;风机将烟罩内气体吸出，经煤气回收后放散到大气中。

3 转炉网络通讯配置

银山前区1#转炉采用8台德国ＳＩＭＡＴＩＣＳ7-400ＰＬＣ主站,分别完成转炉本体控制、散状料上料站、铁合金站、煤气加压站、汽化冷却和煤气回收及循环水站。其配置主要有主机架、扩展机架、电源、ＣＰＵ、接口模块、通信模块,以及数字量和模拟量输入/输出模块等。8台主站之间通过100M光纤以太环网完成数据通信。煤气回收ＰＬＣ主站下设1个ＥＴ200 Ｍ远程从站,通过工业现场总线Ｐrofibus DP完成主从通信。1台工程师站用于完成系统的开发设计,七台操作员站完成整个生产过程监控。自动控制系统网络构成如图1所示。

图1 转炉系统计算机网络配置图
4 控制系统硬件配置

莱钢80t转炉本体控制系统根据工艺生产要求控制转炉倾动、钢包车、渣车、炉口清理机、挡渣球投放装置、电动挡火门、活动烟罩等设备，采用1套控制站和1台监控站实现整个转炉本体生产流程的过程控制，控制系统采用德国SIEMENS S7-400大型控制系统，采用以太网实现与散装料控制系统、煤气回收加压站控制系统、余热锅炉控制系统、循环水控制系统通讯，并配备打印机打印生产报表。硬件配置图见图2:

图2 硬件配置
5 自动控制系统功能

整个转炉系统的自动控制由ＰＬＣ控制程序完成，通过开放的Profibus DP现场总线连接各个部件，构成分布式控制系统，实现顺序逻辑控制、联动联锁控制以及信号传输、报警和数据采集等，同时设有人工紧急停车处理按钮。

5.1 转炉倾动系统

转炉倾动分两地操作，炉前主操作室和炉后机旁操作室，两处只能由一处操作，在主操作室设有指令转换开关，其中一点倾动转炉时，另外一地就不能实现倾动转炉，炉前主操作室操作转炉兑铁水、加废钢;炉前操作室操作转炉测温、取样、出渣，炉后操作室操作转炉出钢。转炉倾动操作有快速、慢速、正反转。有信号显示和炉子倾角显示。1#转炉顶吹氧气压力调节原理如图3。其它单回路调节原理相同。

图3 转炉顶吹氧气压力调节原理
如实现转炉倾动1#变频器、转炉倾动2#变频器、转炉倾动3#变频器、转炉倾动4#变频器的快速、慢速频率设定。

5.2 炉前电动挡火板:

电动挡火板的操作由操作工在主控室的上位机上或现场按钮完成，上位机的画面中有电动推杆开、关和开门、关门按钮。点击电动推杆开、关按钮时，电动推杆开或关;点击开门按钮时，挡火门开门;点击关门按钮时，挡火门关门。这两个操作均为点动，满足的条件:炉前挡火板电源正常，炉前挡火板不过载。

5.3 活动烟罩

活动烟罩的操作地点在主控室，可选择联锁或解除联锁、集中操作或机旁操作;活动烟罩配有两台变频器(一用一备)。只有转炉处于垂直位置(±2°)时，才允许烟罩动作。在主控室的操作台上设有操作开关，当打到升罩位时，电机正转运行，烟罩上升，到上限位停止;当打到降罩位时，电机反转运行，烟罩下降，到下限位停止。当工作变频器出现故障时，将自动切换到备用变频器。

5.4 氧枪升降设备、氧枪横移设备

氧枪控制分A枪和B枪，采用变频交流电机驱动，氧枪升降速度为快速40m/min，慢速4m/min。断电时，用气动马达提升。A枪和B枪的控制方式相同，仅以A枪为例进行说明。氧枪升降操作在炉前主控室完成。换枪操作可在两地进行，分别为炉前主控室和31m平台。氧枪的操作方式包括氧枪定位，氧枪升降，介质检测，换枪操作。标高以地面为零高度点。

(1) 降枪

氧枪下降时，从+22.5m到+18.5m为慢速下降，从+18.5m(为上变速点)到+13.5m(等待位)为快速下降，下至11.8m(开氧点)氧气快速切断阀自动打开供氧，下至9.8m(变速点)变为慢速下降，吹炼位(7.8m~8.8m)。

(2) 提枪

氧枪有刮渣和不刮渣两种操作选择。不刮渣时，氧枪上升从吹炼位上升到等待位+13.5m，就自动停止。若需再上升时，从+13.5m到+18.5m为快速上升，过+18.5m就改为慢速上升。到+22.5m自动停止。当刮渣操作时氧枪上升从吹炼位慢速上升，到下等待位不停止，当氧枪上升到+24.87m时，刮渣头合上，开始刮渣操作，此时氧枪提升速度要小于6m/min。

(3) 换枪操作

工作方式有两种，在主控室手动进行换枪操作，在机旁操作箱手动进行换枪操作。在何处换枪，应先在画面上选择，画面上有本地和远程两个按钮。

选择在主控室进行换枪(从画面上操作):当A枪出现故障时，按下换枪按钮之后，A枪自动提升至换枪位,氧枪停止升降，然后进行换枪操作。首先按下对中装置解锁按钮，对中装置反转，到对中原位;然后由1#横移小车将A枪移至A枪原位作备用;同时，2#横移小车将B枪由B枪原位移至B枪工作位，当B枪到达工作位后，然后由对中装置正转将B枪锁定，换枪完毕。

(4) 介质计量

A枪氧气流量累计:当打开切断阀后，延时3s后，开始累计，直到关闭切断阀。有每次吹炼累计以及总累计。