炉外精炼自动化系统的操作实践  

　　本文仅介绍自控系统的构成、主要功能及特点。

　　1系统硬件构成

　　基础自动化系统由西门子S5-135U PLC和OS-B41 COROS操作站，通过H1总线组成分布式控制系统。LTS1配有4台PLC和3台操作站，LTS2配有3台PLC和3台操作站。每台PLC负责完成本身承担的设备控制功能，而操作站全部是主站，每个站都能完成其他站的全部功能，互为备用。

　　2PLC承担的主要功能

　　(1)LHF PLC主要功能：氩气搅拌控制；钢包运输车控制；测温取样操作控制；变压器操作监视；高压设备操作监视；液压设备操作监视；冷却水监控。

　　(2)VD PLC主要功能：氩气搅拌控制；VD盖车运动控制；真空泵系统操作控制；测温取样操作控制；喂丝操作控制；可移动弯头小车控制；冷却水监控。

　　(3)合金／熔剂添加系统PLC主要功能：上料系统操作控制；加料系统操作控制；真空料斗动作控制；除尘系统联锁控制。

　　(4)TS PLC主要功能：氩气搅拌控制；喂丝机操作控制；TS盖车操作控制；扒渣机操作控制；测温取样操作控制。

　　(5)电极调节PLC主要功能：电极控制。

　　3通信模块的应用

　　基础自动化局域网采用SINEC H1总线结构，每台PLC配置一块CP143模块，操作站和编程器配置一块CP1413模块，这些模块通过单口或双口收发器上网。指定一台PLC收集H1网上与二级计算机有关信息，通过CP544模块与二级计算机通信。考虑到串行通信速率低，为避免瓶颈现象发生，CP544的一个通道专管发送，另一通道专管接收。此外，应用专用模块实现对philips称重仪、高位料仓料位计、喂丝机PLC和测温定氧仪的通信。所有这些串行通信的应用，增加了系统数据传送的******性，节约了大量信号电缆。

　　4系统设备和控制特点

　　LHF系统

　　80t钢包加热炉采用二台钢包车离线式布置，钢包车用变频调速电机驱动，控制精度±20mm。

　　电极直径Φ400mm，节圆直径Φ700mm，电极行程3000mm，调整速度80mm/s。3个电极固定在电极立柱的一个电极臂上，通过电极立柱一起升降(简称单立柱)，整个结构紧凑、坚固，占用空间小，电极调节容易。电极调节选用ET公司产品ET-DEC-921数字式阻抗调节器(由S5-135U PLC控制)，由于是单立柱调节，实际电流选择三电极电流的平均值(也可以选择***小电流值)进行控制。二次电压设定由二级计算机给出，也可由人工设定。阻抗调节器(采用PID算法)输出信号送至电液比例阀，控制电极升降。

　　变压器选用德国SGB公司的14MVA变压器，初级35kV，次级200～300V，10抽头有载调压，可过载20% 2h，******二次电流39kA，钢水升温速度4℃／min。大电流用德国ET公司的ROGOWSKI线圈检测，将线圈直接安装在变压器次级输出母线管上。当电流在6A以下，线圈感应电压是45mV／A；在7.5～100kA时，线圈感应电压是从270mV开始，以36mV/kA呈线性关系上升，测量精度足够高。感应电压通过变送器转换成标准信号送入PLC，作为实际电流测量值参与调节。

　　为了降低电网谐波量，改善35kV母线的功率因数，系统配备了谐波补偿电路。

　　2）VD系统

　　本系统用一套真空泵系统对两个真空罐位，即双工位。除可移动盖车外，增加可移动弯头小车、喂丝机和测温取样枪小车、旋转皮带等设备，以满足双工位的工艺要求。真空抽气系统由4级5个泵(蒸汽喷射泵和增压泵)组成，抽气能力在67Pa时抽20℃的空气能力为250kg/h，极限真空度为20～30Pa。从大气压到中等真空度抽气由蒸汽喷射泵提供，到达低真空度抽气由增压泵提供，为缩短启动时间增加了启动泵，整个过程由PLC顺序控制。蒸汽喷射泵和增压泵所用蒸汽在喷雾冷凝器中冷却，冷却水流入地下密封水箱。当检测真空压力小于40kPa时，启动PID调节器调节旁通阀门开度，控制抽力使真空度按设定梯度下降，以防止钢水剧烈反应溢出。当真空压力小于4kPa时，关闭PID。

　　3）底吹氩气流量控制

　　氩气流量控制选用德国Rosemowrt Salas公司的5863型质量流量计。该流量计既能检测流量，又能对流量进行PID控制，PID控制设定值由操作人员根据钢种在操作站屏幕上用键盘设置。工艺要求在钢包底部使用两块透气砖，采用两路大流量氩气搅拌深脱硫，PLC根据吹氩总量平均分配给两路氩气流量控制仪，由于透气砖易堵，PID的设定值被设计成当一路流量逐渐减少时，另一路流量逐渐增加，吹氩总量不变。

　　二级计算机系统

　　1系统构成

　　主机选用DEC公司ALPHA AXP DEC 3000／600S小型机，服务器选用INFO-SERVER1000，该系统以光缆集线器DEC hub90为中心组成星形通信网络系统。

　　系统主要软件有：

　　OPEN VMS／HANZI V6.0操作系统；

　　在OPEN VMS AXP环境下的系统管理软件MSV，记录管理软件RMS，开发图形用户界面的DEC WINDOWS MOTIF／HANZI和GUIMAN；MDV公司自行开发的系统应用开发工具包case system MODAS。

　　1应用软件结构和功能

　　每个功能又分为若干模块、子模块和单元来完成该功能下特定的任务。功能、模块、子模块和单元的每一部分都是树上的一个节点。每个功能都有自己的一个子目录，该子目录包含该功能下的各个应用程序。

　　3工艺模型特点

　　炉外精炼的工艺模型分为通用模型、LHF模型、VD模型和TS模型。通用模型主要进行合金材料目标值计算；LHF、VD、TS模型主要是进行能量平衡计算，设定值计算，处理时间计算。

　　合金材料目标值计算PGMC

　　本程序计算达到计划钢种成分目标值添加的合金材料量，它由PGMCAI、PGMCOI、PGMCDS 3个子程序组成。

　　(1)合金化操作指令PGMCAI

　　本程序使用单纯型法计算，以实际钢种成分为基础，确定达到要求成分的合金材料***经济的组合。每当从化验室得到新的成分分析数据时自动启动本程序。通过“合金化操作指令”对话，可以设定用以计算的输入数据以及显示计算结果。本程序计算结果为

　　.所选合金材料(材料代码、材料说明、每处添加重量、总重)；

　　.所选合金材料总温度损失；

　　.所选合金材料总价；

　　.***终钢水成分；

　　.***终钢水重量。

　　(2)脱氧操作指令PGMCOI

　　根据钢水中氧的实际含量和目标值，以及钢水温度，通过反应的平衡状态计算出用于脱氧的铝的重量。

　　(3)脱硫操作指令PGMCDS

　　计算用于脱硫和覆盖钢水顶渣所需的石灰和萤石的重量。

　　LHF工艺模型PL

　　本模型计算一炉钢水的能量平衡，确定钢水调整温度和化学成分的设定值，计算处理时间。

　　模型总的处理过程分为准备阶段和调整阶段，处理步骤分为加热、脱氧、脱硫、合金化。

　　LHF的能量平衡计算公式概括为

　　钢包内总能量＝钢包到达时的能量＋能量总输入－能量总损失－测温引起能量变化－加料引起的能量变化

　　计算时考虑下列因素的影响：

　　输入电能；输入电能中损失的能量；水冷炉盖的能量损失；表面幅射的能量损失；搅拌引起的能量损失；添加材料引起的能量输入／损失。

　　计算在程序中分为预测计算，动态计算和非周期性计算。

　　(1)预测计算PLPC

　　预测计算的目的是提前确定在本站的处理持续时间和消耗量，用它来核实钢的化学成分和温度达到目标值的可能性，以及所要求的钢包到达连铸机的时间。预测计算的输入数据为各种目标值和实际测量值。在得到测温数据和以实际分析数据为基础的合金化操作指令时，在钢包到达后完成******预测计算。在测温、有新的合金化操作指令、要求钢包到达连铸机时间改变、手动启动等事件发生时会重新开始预测计算。预测计算通过调用PLPCEC(能量平衡计算)、PLPCPS(过程控制设定值计算)和PLPCTT(处理时间计算)3个子程序来进行。

　　(2)动态计算PLDC

　　动态计算使用来自工艺过程的周期性输入数据，也使用一些预测计算和非周期性计算结果，周期地进行计算。当初始计算完成时，它做第1次计算。动态计算通过调用下列3个子程序来进行。

　　-能量平衡计算PLDCEC

　　本程序周期性地计算一炉钢的能量平衡，根据能量平衡计算钢水实际温度。

　　-剩余处理时间计算PLDCTT

　　依据能量平稳状态和过程目标值，周期性计算剩余的处理时间。

　　-过程控制设定值计算PLDCPS

　　计算电压抽头级。

　　(3)非周期性计算PLAC

　　非周期性计算是估算某些生产事件发生后的工艺过程值。本程序在下列生产事件发生时进行计算：定氧；测温；接收到钢水成分；添加合金材料；开始人工操作。本程序完成的计算项目有：初始计算；取样后钢水成分修改；定氧后氧浓度修改；测温后温度修改；添加合金材料后钢水重量修改；添加合金材料后钢水成分修改；添加合金材料后钢水渣量修改。非周期性计算通过调用PLACSC(初始计算)和PLACTA(温度、成分和重量修改)两个子程序进行。

　　VD模型和TS模型

　　VD模型和TS模型与LHF工艺模型比较，因各工位处理过程不******相同，发生的生产事件和添加物料也有所不同，但模型的计算原理和方法是一样的，这里不再重复。