《自动化技术与应用》２０１１年第３０卷第２期Techniques of Automation & Applications | 63 经验交流Technical Communications收稿日期：２０１０－０９－０９莱钢120t 转炉综合自动化系统的开发马 丽，孟祥彬（莱芜钢铁集团有限公司自动化部，山东 莱芜 ２７１１０４）摘 要：以转炉本体系统为中心，进行转炉各工艺系统控制功能的开发，完成了脱硫—混铁炉—转炉—精炼工艺流程上的集群控制，协调作业，实现了生产计划—工艺流程—自动控制的全流程综合自动化。
关键词：转炉；综合自动化；集群控制中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１１）０２－００６３－０５Development of The Comprehensive Automation Systemin Laiwu Steel Group’s 120t- ConverterMA li, MENG Xiang-bin( Automation Department of Laigang Group, Laiwu 271104 China )Abstract: This paper takes the converter’s main body as the center to develop the control function of converter’s each processsystem. It complets the desulfurization - hot metal mixer - converter - refining’s cluster control and coordinate work, and realizes the whole process’s comprehensive automatization of the plan - process - automatic control.Key words: converter; comprehensive automation system; cluster control１ 引言近年来，用户对钢材性能和质量的要求越来越高，钢材的应用范围越来越广，同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量，扩大品种，节约能源和降低成本越来越重视。
在这种情况下，转炉生产工艺流程发生了很大变化。
铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。
目前由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理—复吹转炉吹炼—炉外精炼—连铸这一新的工艺流程［１，２］。
这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点，在这种形势下，炼钢流程中，转炉区域的综合自动化系统的实现就变得非常的必要且重要。
莱钢银山型钢炼钢厂共有１２０ｔ转炉三座，是莱钢目前炉容最大的三座转炉，每炉出钢量达到１４０ｔ，为后道工序的２台板坯连铸机，１台异型坯连铸机提供优质钢水，在炼铁－炼钢－轧钢的冶炼大工艺流程上起到了重要的作用。
１２０ｔ转炉区域的自动控制系统主要实现了基础自动化和部分过程自动化级的功能。
各主要工序，如３座脱硫、１座混铁炉、３套转炉本体系统、３座精炼、综合水处理系统、二次除尘系统、煤气柜等基本实现了基础级自动控制，但相对独立，形成“孤岛”，相互之间缺少信息的传输与交换，无法实现生产管理对现场生产的自动调度与信息反馈，不能实现全流程各工序的紧密衔接、互动协作、节律匹配。
本系统以转炉本体系统为中心，进行了转炉本体（包括散状料上料、散状料下料、合金上料、本体、底吹氩、转炉干法除尘、余热锅炉）控制功能的开发；完成了脱硫—混铁炉—转炉—精炼工艺流程上的集群控制，协调作业；实现了生产计划—工艺流程—自动控制的全流程综合自动化。
２ 转炉冶炼开氧统计模型的开发在银山型钢的转炉系统中，采用了干法除尘（ＬＴ）工艺作为转炉的一次除尘，以代替传统的ＯＧ湿法除尘。
《自动化技术与应用》２０１１年第３０卷第２期64 | T ec hni q ues o f A utomati o n & A ppli c ati o ns 经验交流Technical CommunicationsＬＴ系统由于其采用静电除尘器进行除尘的工艺特点，在满足爆炸条件的情况下会产生泄爆现象，从而导致电场跳电、冶炼中止，极大的影响了冶炼节奏，同时对设备的损害较大。
经过分析发现原因主要为：１） 开吹两分钟内碳氧反应剧烈，压力波动大；２） 吹氧操作不规范，氧气压力波动大，造成过量氧气进入静电除尘器，达到爆炸条件；３） 点吹泄爆的原因可能是终点碳控制过高，造成拉碳时碳氧反应剧烈所致；４） 废钢和铁水的加入顺序、加入量不规范；５） 冶炼时枪位不在要求位置，操作不规范。
鉴于这些情况，通过对很多炉次冶炼情况的统计与分析，建立了开吹氧压表，为总管压力、每座转炉的开吹氧压、阀门开度等参数建立了曲线对应关系，总结出了开吹氧压控制模型。
实现了在各种总管压力情况下，开吹氧压在两分钟内平稳的自动提升到设定值的功能，有效的减少了转炉的泄爆次数，提高了开吹质量。
银山型钢一座转炉因泻爆问题导致的飞枪停止冶炼，造成每月平均影响冶炼时间０．４５小时，影响冶炼炉次０．７炉。
使用新系统后，泻爆次数大大减少，每月平均减少故障时间０．３５小时，保证了炼钢生产的顺行。
３ 氧枪枪位的自动快速定位控制采用位置控制闭环系统，将氧枪设定位置与实际位置的偏差值作为控制信号，并将其转化为一个控制传动装置的速度指令。
为缩短氧枪上升与下降时间，在设定值与实际偏差较大时，以最大速度运行，当设定值与实际偏差越来越小时，控制速度也随之减小，最终使氧枪准确停止在所要求的位置上。
要达到上述要求，关键在于找出偏差距离与速度给定之间的关系。
即偏差为多少时，速度给定开始从最大值下降，并且以怎样的规律下降。
根据控制及传动系统的特性建立动态数学模型，找到它们之间的动态关系，同时在现场调试过程中根据实际情况加以修正。
以实现氧枪枪位的自动快速定位控制。
４ 干法除尘智能控制系统的开发大型转炉煤气净化的方法，目前世界上主要有两种，以日本ＯＧ法为代表的湿法净化系统（以下简称ＯＧ法）和以德国鲁奇与蒂森两公司联合开发的ＬＴ法为代表的干法净化系统（以下简称ＬＴ法），两者都在工程上得到了应用。
我国宝钢８０ 年代初首次从日本引进ＯＧ法系统，国内各钢厂在消化宝钢技术的基础上都采用了ＯＧ法。
１９９９年，我国宝钢二炼钢厂２×２５０ｔ转炉顶底复吹转炉的煤气净化与回收系统首先采用了ＬＴ方法。
随后，莱钢的３×１２０ｔ转炉也采用了此先进的工艺，并在投产后迅速达到了设计要求，成为国内第二家使用此工艺的钢铁公司。
干法除尘的主要控制功能有：４．１ 通过控制模型对蒸发冷却器实现自调节的PID 喷水控制ｎＨ２０＝ＣＰＧａｓ・１０－３・Ｖｎ・（Ｔｅ－Ｔａ）／ｒＨ２０其中，ｎＨ２０ ｍ３／ｈ 所需的喷水速率ＣＰＧａｓ ｋＪ／ｍｎ３・Ｋ 烟气的平均比热ｒＨ２０ ｋＪ／ｋｇ 水的汽化热Ｔｅ ℃ ＥＣ入口温度Ｔａ ℃ ＥＣ出口温度Ｖｎ ｍ３／ｈ 标况下的烟气流量烟气的平均比热值为：ＣＰＧａｓ＝１．３８ｋＪ／ｍ３・Ｋ（取决于烟气的成分和温度）对于水的汽化热：ｒＨ２０＝２．５０ｋＪ／ｋｇ调节框图如图１所示：４．２ 无极调速的风机吸入控制与炉口微差压调节吸入速率应适应于转炉冶炼过程不同阶段产生的随变烟气速率。
吸入控制的影响因素有：１） 炉口压力２）转炉上方的脉动气柱３） 吸入速率会改变ＥＣ喷水导致的烟气内的含水量及ＥＰ的粉尘调质效果４） 转炉的供氧速率和矿石的供应也会影响吸入控制。
在控制上，将转炉的冶炼过程分为６个阶段：停止吹氧、加料、开始吹氧、吹氧、吹氧结束、清理炉口。
除吹氧阶段外，分别为每个阶段提供设定值固定的吸入控制。
吹氧阶段的控制如下：由温压补偿得到风机入口处的湿基流量，图１ 调节框图《自动化技术与应用》２０１１年第３０卷第２期Techniques of Automation & Applications | 65 经验交流Technical Communications然后减去喷入ＥＣ中的水和水蒸气，得到干基标况的烟气流量，与吹氧流量结合计算，作为吸入控制的控制器设定值，同时，与炉口压力调节的控制器级联，进行风机的吸入级联控制。
为提高煤气质量和回收率以及减少转炉烟气外泄对环境的污染，设置了炉口微差压调节系统，它根据炉口烟罩内烟气压力的大小，通过ＰＩＤ控制器来控制风机的吸入速率，从而使炉口压力保持在一定范围内，一般控制在±２０Ｐａ左右。
４．３ 放散与回收的无扰动模糊控制与ＯＧ法回收不同，ＬＴ法采用了两个独立的液压操作杯阀实现烟气的放散与回收控制。
在通往煤气柜的杯阀前后取两个有代表性的点测量压差△Ｐ。
以△Ｐ为设定值对放散杯阀进行ＰＩＤ调节。
在满足条件回收时，放散杯阀缓慢关闭，当△Ｐ达到设定点时，煤气柜杯阀缓慢打开，直到放散杯阀完全关闭，煤气柜杯阀完全打开，可保证两个杯阀的平稳切换，整个控制过程无压力波动，无喘振。
反之，当回收转为放散时亦然。
４．４ L T 智能控制系统可以达到的目标１） ＬＴ法净化后的煤气含尘量可在１０－２５ｍｇ／标ｍ３以下，可直接供用户使用。
湿式系统净化后煤气含尘量约１００ ｍｇ／标ｍ３，供用户使用前需再用电除尘器净化；２） ＬＴ法由于净化后气体含尘量低，因而风机使用寿命长，维护工作量小；３） ＬＴ系统阻力约３０００Ｐａ，湿式系统阻力约１６５００Ｐａ，因此干式系统耗电约为湿式系统的１／５；４） ＬＴ系统耗水量低，对１２０ｔ的转炉系统用水量约１５－２５ｍ３／ｈ，是湿式系统的１／３左右。
整个系统没有污水。
５） 利用ＬＴ系统回收转炉煤气的热值可达到：１８００－２０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ３，回收量为８０ｍ３／吨钢５ 合金模型的开发与应用此模型根据钢种目标成份和预计出钢量，确定出钢时应加入钢包的各种铁合金量以及脱氧用铝量，应加入钢包的各种元素量一般均按下述模型进行计算［３］：Ｗｉ＝（Ｘａｉ－Ｘｉ）Ｗｓｔ／Ｙｉ其中：Ｗｉ—第ｉ种元素量Ｘａｉ—第ｉ种元素的目标含量Ｘｉ —第ｉ种元素出钢时的实际含量Ｗｓｔ—出钢量Ｙｉ —第ｉ种元素的收得率应加入的铁合金量为：Ｗａｊ＝Ｗｉ／Ｒｉｊ其中，Ｗａｊ—第ｊ种牌号铁合金加入量Ｒｉｊ —第ｊ种铁合金中第ｉ种元素的含有率在使用多种牌号的铁合金时，可用线性规划算法选择最佳配比使铁合金成本最低６ 转炉区域集群控制功能的开发６．１ 时间同步系统的开发选择局域网内的一台主机做为时间服务器，在该计算机上安装ＧＰＳ时钟，局域网内的其他计算机安装ＳＮＴＰ客户端软件，定期向时间服务器主机发送时间同步请求，在服务器那里获得时间信息，计算并校正本地时间，在同步周期内，利用计算机内部时钟守时，实现整个局域网络的时间同步。