论文部分内容阅读
摘 要 本文针对邯钢一炼钢厂自动化炼钢系统的具体应用过程，详细介绍了一炼钢在引进的自动化炼钢技术上不断完善优化，同时配套多套辅助控制及信息系统，各系统之间通过工业以太网络实现信息交互，协同工作，对存在的问题逐一拿方案，逐一解决，实现了炼钢过程全流程自动化生产目标，短周期实现命中率达到国内领先水平，同时实现负能炼钢及煤气回收达标，并在后续生产中正常运行，取得了吹炼稳定性、减少补吹炉数、延长炉衬寿命、缩短转炉冶炼周期、提高劳动生产率、改善炼钢工作环境等方面取得满意的效果，为一炼钢厂信息化和自动化水平的提高和生产顺行起到积极作用，取得了良好的经济效益。
关键词 自动化炼钢；煤气回收；冶炼模式
中图分类号：TF7l 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-198-02
1 项目概况
一炼钢转炉自动化系统是邯钢钢轧系统改造项目重点建设工程。系统采用三电一体化控制方式，按照标准现代化钢厂自动化控制流程设计，其中副枪、转炉二级模型、除尘及煤气回收控制系统引进国外技术，同时配套多套辅助控制及信息系统，各系统之间通过工业以太网络实现信息交互，协同工作，实现了炼钢过程全流程自动化生产目标，短周期实现命中率达到国内领先水平，同时实现负能炼钢及煤气回收达标，此项目具有如下特点：1）首次实现炼钢过程全流程自动化生产目标。2）首次实现功能最完善、信息最全面的炼钢“炉炉清”目标。3）通过二次开发实现“少渣冶炼”模型化自动控制。4）首次实现了废钢配比、铁水重量、温度数据、检化验数据的自动上传和跟踪，实现了倒罐站及废钢间作业自动化管理。5）首次实现了车间内行车和铁钢包定位实时监控，行车及铁钢包调度作业自动化管理。6）实现在保证高命中率同时实现高煤气回收率。
通过完善的一级和二级系统实施及优化，转炉自动化系统实现了三级计划管理，二级工艺参数优化，一级精细化控制的目标，是邯钢目前最为完备的炼钢自动化系统。系统经过一年的生产实践检验，性能稳定，功能完备，完全满足工艺要求，达到国内领先国际先进水平。
2 项目背景
一炼钢转炉自动化系统整体设计理念先进，除引进先进控制系统及模型外，同时配套多套辅助控制及信息系统，但先进的系统不可能照搬过来就能适应邯钢具体工艺要求及工况条件，要使先进的系统达到先进的功能指标，需要完成大量的本地化适应性技术工作。同时，炼钢车间工艺路线复杂，各工艺岗位生产控制相对独立，转炉自动化系统功能达标同时，还需考虑上下游多套控制及信息系统紧密连接，协同生产，实现最终产品铸坯的高质量和计划完成率，体现炼钢厂整体效益最大化。
3 實施过程
3.1 炼钢过程全流程自动化生产
一炼钢转炉自动化系统包含多套一二级子系统，按功能划分可分为25套一级PLC系统，二级过程控制系统9套，一套三级MES产销系统，整个系统通过明确的功能划分和接口设计，实现了各自动化一级、二级及三级控制系统紧密连接，各司其职，协同生产，完成炼钢车间全流程自动化控制目标。
订单在生产部分解后下发至一炼钢三级系统，调度在三级系统中制定生产计划传至转炉二级系统，根据计划时间和钢种要求提前完成工艺计算准备。倒罐站操作人员根据物流终端计划执行铁水配包作业，铁水取样对应包号送检化验二级系统分析，物流系统从一级系统中取得对应包号铁水重量及温度信息。废钢间操作人员根据铁钢包系统终端计划完成废钢配比作业。
天车操作员通过行车调度系统车载终端得到行车作业信息，将计划指定铁包或废钢斗吊运至指定转炉完成兑入作业，作业完成后在车载终端上完成确认工作，物流系统根据实际加入铁包号或废钢斗号将相应铁水重量及温度信息传至转炉或脱硫二级系统，对应铁水成分信息则从检化验二级系统得到。至此完成转炉二级和脱硫二级模型计算所需关键原料信息自动化传输流程，具体网络实施流程图1所示。
转炉二级将炉次过程关键实绩信息传至三级系统和后续岗位二级系统作为计划修正依据。炉次完成后出钢信息传至三级系统。天车操作员根据行车调度系统计划将钢水吊运至下道工序，对应岗位二级系统根据来料实绩完成工艺计算准备工作。每道工序前后信息衔接，岗位操作人员能够及时根据前后工序状况调整生产作业，同时根据二级实时上传三级的工艺实绩，调度人员能够随时掌握生产全局。
3.2 利用自动化一级、二级、三级系统，实施“炼钢炉炉清”功能
1）根据钢包车限位和重量变化触发毛重、皮重和净重上传事件，二级自动采集温度、重量数据，在邯钢首次实现了转炉铁水数据自动采集功能。
2）完成了“一钢炉炉清”基础自动化部分的计量仪表配备、数据调查、编写计量控制软件，将转炉、精炼、连铸等300余项物料、能源消耗信息准确无误的上传二级、三级，开发“炼钢炉炉清”管理系统软件，实现了单炉生产成本的有效测算，做到了成本高低有据可查、质量分析控制可以追溯，为实现自动化炼钢的质量控制、降本增效、精细化管理提供了科学的依据和手段。
3.3 “少渣冶炼”模型化自动控制应用
1）自主设计并实施渣车重量称量及确认采集系统，开发自动计算净重PLC程序，实现倒渣量自动上传二级系统功能。
2）对二级模型原有双渣冶炼模式及留渣计算功能进行二次开发及优化，实现少渣冶炼模式下的模型控制自动化炼钢，提高收得率的同时保证命中率。
3.4 倒罐站、废钢间、行车及铁钢包调度作业自动化管理
物料跟踪管理系统采用服务器客户机形式，通过以太网实现同炼钢MES（生产管理）系统和相关L2 进行通信，在倒罐站操作室、废钢称量操作室、地下料仓操作室设有操作终端。
3.5 优化煤气回收系统
强化煤气回收是实现转炉负能炼钢的基本保障，同时加强蒸汽回收对稳定转炉负能炼钢具有重要的意义；通过对转炉相关控制系统的不断优化和改进，逐渐提高了煤气回收率。 1）减少蒸发冷故障，避免事故提枪。
在对喷水趋势做了反复研究后，最终将阀门在吹炼开始的前30秒钟初始开度确定在40%，用大水量来抑制快速的温升，避免了温度瞬间过高而引起事故提枪。其次在软件中增加温度过高延时报警功能，优化蒸发冷却器出口温度及电除尘器入口处的温度报警连锁条件，在保证设备安全运行的情况下提高了报警准确率，保障转炉顺利生产。
2）优化回收、放散杯阀动作时间。
生产过程中，在煤气满足回收条件下，回收杯阀开始打开，放散杯阀开始关闭。首先回收杯阀开始打开30%进行憋压，放散杯阀缓慢关闭，当回收杯阀两侧压力差达到一定值时，回收杯阀迅速打开，放散杯阀迅速关闭，开始煤气回收过程。
3.6 优化活动烟罩氮封控制，降低氮气降耗
实际生产中，工艺人员发现，当转炉溅渣结束提枪后，活动烟罩氮封切断阀时常处于开状态，致使调节阀一直以2000 m3/h的流量进行调节。造成了氮气大量浪费。经查看分析程序，发现原程序设计不合理。通过进一步完善程序，修改了对阀门的逻辑控制关系，优化了切断阀的控制，每年减少大约611万m3氮气消耗。
1）系统存在问题。
设计之初，活动烟罩氮封的控制工艺为：兑铁即开氮封，流量保持在2000m3/h，直至吹炼结束；溅渣护炉时氮封流量稳定在2000m3/h，溅渣结束切断阀不关。这样，氮气消耗量很大，同时回收煤气中的氮气含量偏高，造成转炉煤气热值低。
2）最终解决方案。
经过长时间的摸索试验，总结出一套完备的控制工艺，即兑铁即开氮封，流量稳定在500 m3/h。转炉开始吹炼时，调整氮封流量为1600 m3/h，直至吹炼结束。溅渣护炉时氮封流量保持在500 m3/h，濺渣结束阀关。完善吹炼工艺后，既能保证转炉兑铁和吹炼时的烟尘控制良好，同时也降低了回收煤气中的氮气含量，提高了煤气热值，减少了氮气消耗。
4 实施效果
通过系统优化和完善，实现了炼钢过程全流程自动化生产目标，短周期实现转炉终点碳-温双命中率达到国内领先水平，增加了煤气回收量，减少了环境污染，实现了煤气、蒸汽和除尘灰的回收再利用，提高了资源的利用效率。
参考文献
[1]王芳，何俊正，李静.基于副枪控制技术的转炉模型炼钢[J].自动化应用，2011（01）：38-40.
[2]赵海峰.顶底复吹转炉副枪控制技术应用概述[J].河北冶金，2011（09）：13-17，27.
[3]魏志强，李勇.转炉底吹全程吹氮工艺可行性研究[J].价值工程，2011（24）：38.
作者简介
叶瑞海（1985-），男，助理工程师，学士学位，2008年7月毕业于西南大学自动化专业，现在河北钢铁集团邯钢一炼钢厂从事电气及自动化系统维护和管理工作。
关键词 自动化炼钢；煤气回收；冶炼模式
中图分类号：TF7l 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-198-02
1 项目概况
一炼钢转炉自动化系统是邯钢钢轧系统改造项目重点建设工程。系统采用三电一体化控制方式，按照标准现代化钢厂自动化控制流程设计，其中副枪、转炉二级模型、除尘及煤气回收控制系统引进国外技术，同时配套多套辅助控制及信息系统，各系统之间通过工业以太网络实现信息交互，协同工作，实现了炼钢过程全流程自动化生产目标，短周期实现命中率达到国内领先水平，同时实现负能炼钢及煤气回收达标，此项目具有如下特点：1）首次实现炼钢过程全流程自动化生产目标。2）首次实现功能最完善、信息最全面的炼钢“炉炉清”目标。3）通过二次开发实现“少渣冶炼”模型化自动控制。4）首次实现了废钢配比、铁水重量、温度数据、检化验数据的自动上传和跟踪，实现了倒罐站及废钢间作业自动化管理。5）首次实现了车间内行车和铁钢包定位实时监控，行车及铁钢包调度作业自动化管理。6）实现在保证高命中率同时实现高煤气回收率。
通过完善的一级和二级系统实施及优化，转炉自动化系统实现了三级计划管理，二级工艺参数优化，一级精细化控制的目标，是邯钢目前最为完备的炼钢自动化系统。系统经过一年的生产实践检验，性能稳定，功能完备，完全满足工艺要求，达到国内领先国际先进水平。
2 项目背景
一炼钢转炉自动化系统整体设计理念先进，除引进先进控制系统及模型外，同时配套多套辅助控制及信息系统，但先进的系统不可能照搬过来就能适应邯钢具体工艺要求及工况条件，要使先进的系统达到先进的功能指标，需要完成大量的本地化适应性技术工作。同时，炼钢车间工艺路线复杂，各工艺岗位生产控制相对独立，转炉自动化系统功能达标同时，还需考虑上下游多套控制及信息系统紧密连接，协同生产，实现最终产品铸坯的高质量和计划完成率，体现炼钢厂整体效益最大化。
3 實施过程
3.1 炼钢过程全流程自动化生产
一炼钢转炉自动化系统包含多套一二级子系统，按功能划分可分为25套一级PLC系统，二级过程控制系统9套，一套三级MES产销系统，整个系统通过明确的功能划分和接口设计，实现了各自动化一级、二级及三级控制系统紧密连接，各司其职，协同生产，完成炼钢车间全流程自动化控制目标。
订单在生产部分解后下发至一炼钢三级系统，调度在三级系统中制定生产计划传至转炉二级系统，根据计划时间和钢种要求提前完成工艺计算准备。倒罐站操作人员根据物流终端计划执行铁水配包作业，铁水取样对应包号送检化验二级系统分析，物流系统从一级系统中取得对应包号铁水重量及温度信息。废钢间操作人员根据铁钢包系统终端计划完成废钢配比作业。
天车操作员通过行车调度系统车载终端得到行车作业信息，将计划指定铁包或废钢斗吊运至指定转炉完成兑入作业，作业完成后在车载终端上完成确认工作，物流系统根据实际加入铁包号或废钢斗号将相应铁水重量及温度信息传至转炉或脱硫二级系统，对应铁水成分信息则从检化验二级系统得到。至此完成转炉二级和脱硫二级模型计算所需关键原料信息自动化传输流程，具体网络实施流程图1所示。
转炉二级将炉次过程关键实绩信息传至三级系统和后续岗位二级系统作为计划修正依据。炉次完成后出钢信息传至三级系统。天车操作员根据行车调度系统计划将钢水吊运至下道工序，对应岗位二级系统根据来料实绩完成工艺计算准备工作。每道工序前后信息衔接，岗位操作人员能够及时根据前后工序状况调整生产作业，同时根据二级实时上传三级的工艺实绩，调度人员能够随时掌握生产全局。
3.2 利用自动化一级、二级、三级系统，实施“炼钢炉炉清”功能
1）根据钢包车限位和重量变化触发毛重、皮重和净重上传事件，二级自动采集温度、重量数据，在邯钢首次实现了转炉铁水数据自动采集功能。
2）完成了“一钢炉炉清”基础自动化部分的计量仪表配备、数据调查、编写计量控制软件，将转炉、精炼、连铸等300余项物料、能源消耗信息准确无误的上传二级、三级，开发“炼钢炉炉清”管理系统软件，实现了单炉生产成本的有效测算，做到了成本高低有据可查、质量分析控制可以追溯，为实现自动化炼钢的质量控制、降本增效、精细化管理提供了科学的依据和手段。
3.3 “少渣冶炼”模型化自动控制应用
1）自主设计并实施渣车重量称量及确认采集系统，开发自动计算净重PLC程序，实现倒渣量自动上传二级系统功能。
2）对二级模型原有双渣冶炼模式及留渣计算功能进行二次开发及优化，实现少渣冶炼模式下的模型控制自动化炼钢，提高收得率的同时保证命中率。
3.4 倒罐站、废钢间、行车及铁钢包调度作业自动化管理
物料跟踪管理系统采用服务器客户机形式，通过以太网实现同炼钢MES（生产管理）系统和相关L2 进行通信，在倒罐站操作室、废钢称量操作室、地下料仓操作室设有操作终端。
3.5 优化煤气回收系统
强化煤气回收是实现转炉负能炼钢的基本保障，同时加强蒸汽回收对稳定转炉负能炼钢具有重要的意义；通过对转炉相关控制系统的不断优化和改进，逐渐提高了煤气回收率。 1）减少蒸发冷故障，避免事故提枪。
在对喷水趋势做了反复研究后，最终将阀门在吹炼开始的前30秒钟初始开度确定在40%，用大水量来抑制快速的温升，避免了温度瞬间过高而引起事故提枪。其次在软件中增加温度过高延时报警功能，优化蒸发冷却器出口温度及电除尘器入口处的温度报警连锁条件，在保证设备安全运行的情况下提高了报警准确率，保障转炉顺利生产。
2）优化回收、放散杯阀动作时间。
生产过程中，在煤气满足回收条件下，回收杯阀开始打开，放散杯阀开始关闭。首先回收杯阀开始打开30%进行憋压，放散杯阀缓慢关闭，当回收杯阀两侧压力差达到一定值时，回收杯阀迅速打开，放散杯阀迅速关闭，开始煤气回收过程。
3.6 优化活动烟罩氮封控制，降低氮气降耗
实际生产中，工艺人员发现，当转炉溅渣结束提枪后，活动烟罩氮封切断阀时常处于开状态，致使调节阀一直以2000 m3/h的流量进行调节。造成了氮气大量浪费。经查看分析程序，发现原程序设计不合理。通过进一步完善程序，修改了对阀门的逻辑控制关系，优化了切断阀的控制，每年减少大约611万m3氮气消耗。
1）系统存在问题。
设计之初，活动烟罩氮封的控制工艺为：兑铁即开氮封，流量保持在2000m3/h，直至吹炼结束；溅渣护炉时氮封流量稳定在2000m3/h，溅渣结束切断阀不关。这样，氮气消耗量很大，同时回收煤气中的氮气含量偏高，造成转炉煤气热值低。
2）最终解决方案。
经过长时间的摸索试验，总结出一套完备的控制工艺，即兑铁即开氮封，流量稳定在500 m3/h。转炉开始吹炼时，调整氮封流量为1600 m3/h，直至吹炼结束。溅渣护炉时氮封流量保持在500 m3/h，濺渣结束阀关。完善吹炼工艺后，既能保证转炉兑铁和吹炼时的烟尘控制良好，同时也降低了回收煤气中的氮气含量，提高了煤气热值，减少了氮气消耗。
4 实施效果
通过系统优化和完善，实现了炼钢过程全流程自动化生产目标，短周期实现转炉终点碳-温双命中率达到国内领先水平，增加了煤气回收量，减少了环境污染，实现了煤气、蒸汽和除尘灰的回收再利用，提高了资源的利用效率。
参考文献
[1]王芳，何俊正，李静.基于副枪控制技术的转炉模型炼钢[J].自动化应用，2011（01）：38-40.
[2]赵海峰.顶底复吹转炉副枪控制技术应用概述[J].河北冶金，2011（09）：13-17，27.
[3]魏志强，李勇.转炉底吹全程吹氮工艺可行性研究[J].价值工程，2011（24）：38.
作者简介
叶瑞海（1985-），男，助理工程师，学士学位，2008年7月毕业于西南大学自动化专业，现在河北钢铁集团邯钢一炼钢厂从事电气及自动化系统维护和管理工作。