关键词: 计算机控制　 二次精炼　 合金加料

1 前言

　 合金加料是炼钢工艺的一个重要生产环节，无论在转炉炼钢、电炉炼钢、VOD精炼，还是LF炉二次精炼不锈钢都是非常重要的，通过向钢包内加入不同种类和重量的合金料，以达到调整钢水成分的目的。计算机自动化控制系统为整个生产过程提供了稳定、可靠的安全运行。本文结合LF炉合金加料、底吹氩调节二大主要系统计算机软件、网络设计、编制、调试、改进的经验，对太钢50万t不锈钢工程二次精炼LF炉计算机控制系统做简要介绍。

2 工艺设备简介

　 LF炉精炼过程主要是在钢包内通过顶部电弧加热，底部吹氩搅拌还原渣，在还原气氛下进行脱氧、脱硫，均匀和调整钢水温度和成分，去除部分夹杂。

2.1 LF炉钢包

　 LF炉钢包为75t椭园形包，下部有透气砖，上部设有快速接头和通气管。工艺上还要求钢包上沿要保持一个平面，当LF炉炉盖罩上时能保持密封，不使空气侵入，以实现还原性气氛处理。

2.2 LF炉钢包车系统

　 设有1#位2#位两个钢包车，每个车有2台电机、l台抱闸和1台变频器组成。主要功能是在吊包位和处理位之间运输钢包。

2.3 LF炉炉盖提升系统

　 炉盖提升采用液压传动，最大提升高度离包壳上沿约200～300㎜。

2.4 LF炉炉盖水冷系统

　 水冷炉盖由无缝蛇形钢管组装制成，内部焊有爪钉，涂有耐火材料，以起隔热作用。其侧面有测温取样孔，并有活动炉门。炉盖上装有10个热电阻，用来检测内部冷却水温度。

2.5 LF炉电极升降系统

　 电极升降采用液压传动，主要功能：将电极下端部升到钢水包以上，才能实现钢包车的行走；将电极下端部下降到钢水表面并保持一定的距离以产生稳定的电弧加热钢水。

2.6 LF炉除尘系统

　 在LF炉上方设置一个大的排烟罩，收集冶炼中所散发出的烟气，最后进入专用除尘器内。电器部分包括：1个150kW除尘引风电机。

2.7 LF炉合金加料系统

　 合金加料系统装有8个高位仓及振动给料器，2个称量斗及振动给料器，1个可逆皮带机及1个垂直皮带机，1个排料仓及振动给料器，1个挡烟阀。电器部分包括：18个振动电机，9个变频器。

2.8 LF炉底吹氩系统

　 底吹氩系统包括：1#2#底吹氩站控制柜，每个柜内装有1个调节阀，3个快断阀，2个压力表，2个小流量计，出口流量通过计算机控制实现自动调节。

3 计算机控制系统硬件及网络配置

　 LF炉的计算机自动化控制系统的硬件及网络配置如图1所示。

　

图1 LF炉计算机控制系统硬件及网络配置图

3.1 控制系统硬件及网络配置

　 LF精炼炉计算机控制系统硬件设备采用德国西门子公司的PLC/HMI系统，设有3套PLC S7—400控制主站，2套ET一200控制从站，分别完成LF炉的炉体、合金加料、电极调节以及1#2#底吹氩控制功能；2套HMI计算机操作员站，实现人机友好对话。3套PLC S7—400控制系统之间，以及它们与HMI上位工控计算机采用以太网相连接，实现数据传输。2套ET一200M控制从站与炉体PLC S7—400控制主站通过PROFIBUSDP现场总线通讯。

3.2 控制站功能分担简介

　 LF炉体控制站主要完成钢包车系统、炉盖提升系统、炉盖水冷系统、电极升降系统、液压系统、除尘系统、电气系统的控制；合金加料控制站主要完成自动/手动合金称量、加料控制；电极调节控制站主要完成通过给定电流值实现电极自动动态调节；另外，炉体控制站还完成底吹氩系统的氮/氩切换、压力、流量自动调节功能。

4 计算机控制系统主要功能及软件设计

4.1 LF炉计算机控制合金加料系统(图2)

　

图2 LF炉计算机控制合金加料系统

　

　 合金加料系统是通过计算机控制设备的动作顺序，以满足生产工艺要求。合金称量、加料系统的程序由以下几部分构成：操作控制模式选择切换，设定值读人及初始化处理。自动称量控制，自动加料控制，数据网络通讯，HMI操作画面显示，故障报警显示，趋势显示，现场信号读入和数据采集，现场计算机控制信号设备输出等。

4.1.1 合金加料系统的操作方式

　 合金加料系统的操作方式有HMI中央自动方式；中央半自动方式；现场手动方式；故障中断方式。

　 中央自动方式: 操作人员根据工艺规程，通过HMI设定各种合金物料加入量，加料运行后，计算机根据设定好的合金物料量，按一定优先顺序启动高位仓振动给料器，将料排入对应称量斗，当达到预期加料时刻自动由可逆皮带机、垂直皮带机、排料仓及振动给料器进入钢包内。

　 中央半自动方式: 操作人员通过HMI对合金称量和加料分别进行操作和控制。合金称量完毕后，由操作人员确定加料时刻，发出加料指令进行加料控制。

　 现场手动方式: 在现场通过就地操作箱进行各个加料设备的运行操作，主要用于现场设备的维护、调试。

　 故障中断方式: 无论在自动方式或半自动方式，当计算机判定称量或系统故障时，或操作人员认为有必要时，可以切到故障中断方式。操作人员可随时根据情况恢复称量或将合金料返到返料斗。

4.1.2 设定值读入及初始化处理

　 合金称量和加料的设定值是操作人员通过计算机HMI画面输入的，上位计算机经以太网向PLC发出开始命令后，控制程序读入设定值，对高位仓按优先顺序排位，对设定值进行检查，当设定各高位仓合金料总重量超过称量斗允许重量时，PLC自动进行分割称量计算，每次称量总重量不超过称量斗的允许值。

4.1.3 合金加料自动控制

　 合金加料自动控制分合金称量和合金加料两部分。合金称量过程为：称量斗按优先顺位对设定高位仓依次进行称量，称量完成时或分割称量完成一次分割称量时，称量斗等待排料命令。

　 合金称量斗装备有电子称、闸板阀、振动给料器、变频器，1#称量斗为5t，对应1#～4#高位仓称量，2#称量斗为3t，对应5#～8#高位仓称量。

　 自动称量计算机程序的主要控制功能有：高位仓合金料排出顺序控制，合金料排出称量控制，高位仓排出量误差补正，高位仓准确排料控制。

4.1.4 自动加料控制

　 自动方式下，在吹炼达到加料时刻时自动发出合金称量加料命令，半自动方式下，操作人员发出合金称量加料命令，PLC系统启动合金加料程序，自动完成合金加料。

4.1.5 高位仓物料管理

　 高位仓共有8个，合金上料由天车完成，高位仓物料高度由阻旋式料位仪检测，料仓在库量由PLC根据合金上料输入量和排出量计算得到。PLC记录每次称量、加料的合金种类、数量，使操作人员能随时监控存料情况，同时能够记录每炉钢水总共加料数量和种类，并将数据送上位工控机HMI。

4.2 底吹氩计算机控制系统的改进

　 底吹氩系统对LF炉冶炼过程中钢水成分均匀化、化学反应速度起着重要作用，原设计2个底吹氩站，采用传统的快断阀、调节阀、小流量计控制。由于控制流量较小，最小达10L/min，所以达不到工艺要求的控制精度和稳定性，且PLC与2个底吹氩站用硬电缆连接，经济费用高、浪费资源、可靠性差。因此改进设计，设置2个ET一200M控制从站，用PROFIBUS DP网络与S7—400主站连接，节省了电缆用量，提高了系统通讯的可靠性。LF炉对底吹氩搅拌压力、流量要求均衡、稳定、精度高，因此，1#、2#底吹氩自动调节控制系统改由电磁阀岛构成，它全套由西安通联科技有限公司引进，它的调节由PLC软件控制电磁阀岛不同组合来实现，在调节快速性、实时性、稳定性、精度等方面都优于传统的调节系统。

5 结束语

　 太钢第二钢炼钢厂50万t不锈钢工程二次精炼LF炉已于2003年11月正式投产运行，经过2年多实际运行，证明其合金上料计算机控制应用软件设计是成功的，完全满足了生产工艺要求；计算机控制系统安全可靠，HMI人机界面友好，更便于生产操作和维护。