PDF《LF 精炼钢包底吹氩自动控制系统的开发与应用》

1 前言随着现代科学技术的发展和工业的发展, 人们 对钢的质量(如钢的纯净度)、 使用性能、 炼钢生产率 及成本等方面提出了越来越高的要求, 对钢水的成 分、 温度和气体的含量等也提出了严格的要求.

钢 包吹氩技术是一种经济适用而且简单易行的精炼 方法, 因有效地均匀钢水温度和成分, 去除有害气 体和夹杂物, 改善钢液质量而被广泛应用.

2 工艺原理 LF 是通过分布在极心圆上的

3 根电极产生电 弧对熔池表面的钢水加热, 并将热量通过渣层和熔 池表面的钢水向熔池内部传递的电弧炉.吹氩气 是通过透气砖进行的, 其目的在于使氩气泡细小而 分散, 以延缓气泡在钢水中的上升速度, 同时提高 净化效果.氩气搅拌有利于钢水与钢渣之间的化 学反应, 在环流过程中, 大颗粒夹杂、 脱氧产物在流 经顶渣下部区域时传递进入顶渣, 可以加速钢-渣 之间的物质传递, 利于钢液的脱氧、 脱硫反应的进 行, 而且由于在这些小气泡内钢水中的有害气体 氮、 氢的分压力几乎等于零, 因此, 这些小气泡对于 氮、 氢来说相当一个 "真空室" , 于是溶解在钢液中 的有害气体不断地向氩气泡中扩散, 有利于脱硫、 脱气、 深脱碳, 工艺原理如图1所示.

3 底吹氩自动控制系统 3.1 自动化仪表 精炼底吹氩有两套钢包吹氩系统, 分别为南北 钢包车底吹氩控制.以南钢包车底吹氩系统为例: 1) 进气压力表, 显示南钢包车氩气进气压力;

2) 南 钢包车吹氩又分为两条――1# 、 2# 底吹氩支路, 分别 连通到钢包底吹的两个吹氩口;

3) 氩气切断阀, 通 过开关切断阀控制氩气;

4) 氩气流量计, 显示单位 时间内通过的氩气, 同时具备氩气流量累计功能, 以便成本核算;

5) 两条支路之间又有一条高压氩气 旁通支路, 有两个旁通阀分别连向 1# 、 2# 支路, 在任 何一条支路故障下能够打开旁通支路保证吹氩. 为了控制氩气流量的大小, 现场有一套操作箱控制 按钮, 分弱吹 (80 L/min) 、 中吹 (200 L/min) 、 强吹 (500 L/min) 、 强强吹 (800 L/min)

4 个等级, 可以调 节氩气流量, 此外还有增减按钮, 可以在选定的吹 氩模式基础上增减流量. 3.2 程序设计 鉴于该系统要求较为严格, 该自动化控制系统 使用了处理速度快、 通讯性能强大和CPU资源充裕 的西门子 PLC400 硬件来组态, Step7 软件程序编 写, Wincc6.2设计画面, 程序编写逻辑性强, 画面用 户界面友好且操作简便.西门子PLC400 作为主站 通过 CP 通讯模板以 Profibus 电缆连接

5 个西门子 S7300 远程从站, 一个西门子 S7

200 远程从站形成 总线网络.主站与从站通过网络进行数据交换.

4 底吹氩控制模式 4.1 手动模式 精炼底吹氩手动控制模式按照操作地点的不 同, 分为远程操作和就地操作. 远程操作即画面操作, 画面上有手动按钮和吹 ?????????? ?? ?????????? ?? 信息化建设 信息化建设 LF精炼钢包底吹氩自动控制系统的开发与应用 王学恩(山钢股份莱芜分公司 炼钢厂, 山东 莱芜 271104) 摘要: LF精炼底吹氩控制系统是通过建立动静态模型, 查找最优参数, 手自动控制, 保证氩气流量通过PID控制按照设定 值平稳的从吹氩口吹入钢包, 通过调整氩气搅拌强度降低硫等有害元素、 降低夹杂物、 均匀温度, 达到最优合金比, 提高钢 水纯净度, 保持钢水温度、 成分. 关键词: LF精炼;

钢包底吹氩;

自动控制系统 中 中图分类号 号: TF345 文献标识码: B 文章编号: 1004-4620 (2018) 02-0052-02 收稿日期: 2017-12-18 作者简介: 王学恩, 男, 1984年生, 2008年毕业于东北大学冶金工程 专业.现为山钢股份莱芜分公司炼钢厂工程师, 从事转炉炼钢工 艺技术工作. C A B 石墨电极 钢包盖 钢水 氩气 吹氩口 图1 LF精炼工艺原理 第40卷第2期2018年4月山东冶金Shandong Metallurgy Vol.40 No.2 April

2018 52 氩4种模式, 选择手动后, 根据实际选择软吹、 中吹、 强吹、 强强吹

4 种模式进行氩气流量调节, 这4种模式对应的氩气流量具体参数只在画面上设定. 就地操作模式是在生产现场有一个就地操作 箱, 方便操作人员一边观察钢水搅拌状态一边调节 吹氩模式.就地操作箱中有炉前允许操作按钮, 选 择炉前允许操作按钮, 则画面不能操作.操作箱中 也有

4 个按钮对应软吹、 中吹、 强吹、 强强吹

4 种模 式.就地操作模式比画面操作模式多两个增加减 少按钮, 方便操作人员在选定了一种吹氩模式后, 对该吹氩模式进行微调, 该微调的步长为程序中设 置好的固定值, 一般为50 L/min. 4.2 自动模式 钢包底吹氩自动模式也成为智能精炼优化模 式, 即钢包进站后按照

1 炉精炼钢的正常生产模 式, 吹氩时按照软吹 3~5 min, 中吹 3~5 min, 强吹 3~5 min, 中吹 3~5 min, 软吹 3~5 min 的模式启 动, 全过程无人工干预.

5 监控界面设计 项目的监控画面都是在WinCC6.2图形编辑器 中绘制完成, 内置所有操作和管理功能, 控件丰富, 支持扩展.1) 用户管理, 权限管理.针对不同的操 作员设置不同的操作权限, 只有登录操作员才能允 许相关的操作, 软件具有5级以上的权限保护.2) 报警及趋势.操作画面报警完整, 流量超量程或流 量设定值错误等情况均会报警提示, 所有画面操作 按钮及设备运行均有趋势, 方便管理.

6 结语LF 精炼底吹氩技术作为二次精炼的一项关键 技术, 其技术水平的高低影响钢材的质量.目前在 国内钢厂中, 精炼底吹氩过程的参数主要依靠操作 人员的经验, 其过程也大多依靠手动控制, 在复杂 的工艺现场, 常常伴有扰动, 难以保证控制效果. 自动吹氩控制方法, 具有不依赖对象数学模型、 能 够适应控制系统环境变化的特性, 特别适合对模型 难己知的非线性系统的控制.山钢股份莱芜分公 司炼钢厂在实际的炼钢背景下, 以底吹氩控制系统 为对象, 成功实现了底吹氩流量调节, 投入使用后 效果良好. Application and Research on Automatic Control System of LF Refining Steel Bottom Blowing WANG Xueen (The Steel Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China) Abstract: Abstract: The dynamic and static model of the LF refining bottom-argon control system was established. It can find the optimal parameters and control automatically by hand to ensure that the argon flow is smoothly blown into the ladle from the argon-arc opening according to the set value through the PID control, and the argon stirring intensity is adjusted. The harmful sulfur and inclusions is reduced, uniform temperature and the optimal alloy ratio can be achieved, and ultimately the purity of the molten steel is improved and the molten steel temperature and composition are maintained. Key words: Key words: LF refining;

ladle bottom argon blowing;

automatic control system LF精炼钢包底吹氩自动化控制系统的开发与应用 王学恩 2018年第2期 国家发改委2018年第3号公告, 发布了 《国家重点节 能低碳技术推广目录 (2017年本, 节能部分) 》 , 以下简称 《目录》 , 慧敏科技的高辐射覆层技术已是连续

4 年入编 本 《目录》 . 《目录》 旨在引导用能单位采用先进适用的节能新技 术、 新装备、 新工艺, 促进能源资源节约集约利用, 促进 绿色发展, 《目录》 中涉及煤炭、 电力、 钢铁、 有色、 石油石 化、 化工、 建材等

13 个行业, 共260 项重点节能技术.其 中我公司的高辐射覆层技术主要应用于钢铁行业的高炉 热风炉和焦炉, 可提高蓄热体蓄热量10%以上, 在热风炉 应用可节约煤气5%以上, 或提高风温10 ℃, 或延长送风 时间5%以上;

在焦炉应用可节约煤气3%以上. 《目录》 技术报告中列举了高辐射覆层技术在首钢京 唐2#

5 500 m3 高炉热风炉应用情况, 多次检测的煤气节 约率都在7%以上 (技术报告详见3号文件) , 年节约标煤 达51 434.67 t.目前高辐射覆层技术已在宝武集团、 首 钢集团、 鞍钢集团、 山钢集团、 浦项制铁和安赛乐米塔尔 等国内外

70 余家钢铁企业

520 余座热风炉和焦炉上应 用, 累计实现节约标准煤 289.9 万t, 节能效益 93.2 亿元, 减少二氧化碳排放约716.0万t. 慧敏科技高辐射覆层技术连续4年 入编 《国家重点节能低碳技术推广目录》 53