1984年创立的白俄罗斯钢铁厂第一电冶炼车间设有两台变压器功率75mv.a的100t交流电弧炉和2台断面125×125mm的连铸机。炉子按照当时的现代化手段进行装备 —检测装置:称重,测量熔体温度、含碳量和钢水氧化性,钢包中钢水重量的局部系统;钢的化学成份光谱分析仪等。2级控制系统可优化和控制电冶炼规范,计算出成本最低的一组合金材料。
应用过程中扩大了系统的功能,其中增补了根据以前规定程序自动控制供给造渣材料,电规范和点弧时供给造渣材料的系统,形成详细的冶炼报告。但是这些变化几乎未涉及到系统中随着时间磨损、老化的仪器和程序设备。因此,1997~2000年工厂及时采取了更新措施,吸引奥钢联合公司投资,在3#连铸机、3#电弧炉、1#连铸机上安装了新式工艺自动化控制系统。
不吸引外资先后改造了1#电弧炉、2#电弧炉的工艺自动化控制系统。新系统由工厂自动化控制专业人员和顿涅茨克国家技术学院的科学家们共同研制而成。还在80年代他们就基于严格的热力学计算和考虑工艺过程的动力学研制出了Оракул系统。该系统可分析冶炼过程中的钢渣化学成份,并在此基础上按最低的处理消费设计工艺过程。Оракул模量为新系统奠定了良好基础,在1#电弧炉内对其进行了实际生产试验。为此模量与目前的控制系统相结合。试验表明其完全符合实际冶炼操作,因此投入使用这个混合系统。与此同时开始在现代技术和程序系统中设立新系统的研制工作。2000年完成了这项工作,2001年2月进行试验,从2001年3月系统开始运行。
系统的主要功能
⑴冶炼规划—从完成钢坯订货的日计划中选择需要的项目;输入原始数据(炉料重量、期望的出钢时间、应用材料等)。
⑵设计规定的炼钢过程—按照规定限制进行综合冶炼;计算冶炼过程中的控制作用(输入功率大小、吹氧范围和强度、造渣和合金材料数量);根据规划作用计算冶炼结束前冶炼产品化学成份的分析值;将冶炼方案按估价数字以表格和图表形式输给炼钢工。
⑶监测工艺过程—从1级系统和装置获取数据,基于分析采用的信号和计算值确定常规冶炼时间和近似冶炼时间。
⑷预测冶炼产品的化学成份—反应区的预测和计算模量根据采用的材料,输入能量和计算温度确定冶炼产品的化学成份。
⑸优化材料的输出—计算最低造渣材料和合金材料数量,计算时达到冶炼产品规定的化学成份。
⑹预测温度—计算冶炼过程的常规温度,以及在设计模量中计算期望的设计冶炼末期温度。
⑺模型匹配—跟踪工艺过程参数的缓慢变化和调节输入的模型系数。
⑻肉眼观测,对话—确保工艺人员与系统的相互作用,采用多窗口图表,以曲线图形式显示数据。
⑼保持标准咨询信息—输入并保持材料和钢种指南、表格和物理系数、设备数据等。
⑽同其它1、2、3级系统交换信息—将控制指令、常规和最终冶炼数据(生产、材料和能量耗量、停机)传送到钢包和连铸机的车间控制系统。从车间系统中获得生产计划和科研咨询信息。
⑾报告—向工作人员提供计算和分析数据。
控制工艺过程
基于模量计算的冶炼方案控制输入能量、供给造渣材料。输入原始数据后采用优化模量设计情况下计算出最初方案,优化模量保证最低冶炼成本。成品方案以表格和图表形式输给炼钢工进行鉴定。如果炼钢工对冶炼指标,例如,冶炼时间或耗量不满意,炼钢工可以改变原始数据和完成新的设计。采用方案将成为控制工艺过程的基础,其包括:
⑴电功率的输入范围。熔化炉料期间,工作人员按电子表格形式指定炉子变压器的一组作业应力级。设计冶炼时确定输入功率的必须变化时间,即从1 个规定级转向另一级。
⑵燃烧器的作业范畴。系统中具有气体氧喷枪的特征,其中包括最低和最大输入功率。设计过程中确定开关喷枪时间;
⑶氧气烧枪作业曲线图;
⑷造渣材料输出曲线图。根据保持工艺过程必须的物理化学参数一碳氧化,保持必须的泡沫渣数量、按最低成本去除杂质,计算出氧气烧枪作业和造渣材料输出曲线图;
⑸冶炼设计模量根据实际的工艺过程循环完成其余冶炼部分的设计。自动发送指定的应力级和变换信号控制应力级变换,同样地自动向称量装置控制系统发送信息来控制造渣材料的供给,根据全图象提示规范控制气体氧喷枪和氧气烧枪。获取规定钢种的一组合金材料通过优化模量计算。
⑹最低合金元素耗量得益于采用单一炼钢法。按推荐化学成份的下限计算合金化。该计算与冶炼设计相同,并考虑到炉中常规的钢渣化学成份。
⑺能够自动控制供给合金材料。在这种情况下技术人员检验计算过程,然后向材料称量系统发送有关合金材料类型和重量的信息。
⑻按提示规范,系统推荐的一组合金材料被输送到显示器屏幕上,炼钢工自己控制经1级称量系统供入材料。
标准—咨询信息
1#电弧炉的工艺过程自动化控制系统采用以下指南:钢种(包括1#电弧炉冶炼钢种工艺图);材料(包括1#电弧炉上应用材料特点:化学成份、成本、熔化热量、热含量、供给速度和最低份额、钢渣间分布)门捷列夫元素周期表的物理化学元素性能;模型的调整系数;停机符号和标准;1#电弧炉生产组成及其它。该系统和程序保障中设有相应的对话系统保持标准咨询信息。
肉眼观测、对话、报告
经显示器、对话和系统设立人机接口。设立2个主要肉眼观测窗口;常规冶炼状态,冶炼方案。主窗口设有菜单,利用菜单可以呼唤;计划冶炼对话;吊筐装载对话;停机对话;冶炼报告;停机报告;冶炼过程中的测量和计算值,以及间断信号曲线图。系统记录约150个值。利用菜单可以选择需要炉次和必须的参数和规模;其它报告。
系统应用阶段
第一阶段进行实际冶炼试验。为此将必须的信息从现有的工艺自动化系统中传送到设有Оракул系统的浇铸系统中。传送有关吊筐数量和其装载量、炉中供入材料和全部类型能量、测量温度和化学成份的数据。对冶炼过程中冶炼产品温度和化学成份预测的准确性进行了检验。获得满意结果后,计算控制作用和按提示规范将其输送给工艺人员。但是,按这种规范难以确定其作业质量。1999末改为控制冶炼过程和开始使用这个混合系统(旧系统+模量)。
当然用这样复杂的形式传送大量信息当然不是特别可靠和快速的。因此同时开始在现代技术设备和程序系统中研制新系统。信息从1级局部系统平行地进入新系统中,也就是新系统可以独立于旧系统作业。2001年初期经检验、完成和试验后使用新系统,拆除旧系统。
结 语
1#电弧炉上使用设有Оракул模量的新工艺自动化控制系统表明,新系统在质量上保证控制钢水冶炼过程的新可能性:完全能够自动冶炼;优化冶炼过程;稳定炉渣成份和渣规范,更充分利用其脱磷能力;提高炉子的技术经济作业指标;设备和程序保障系统高度可靠作业。系统作业便利、信息化、可深入分析冶炼。
基于1#电弧炉使用工艺过程自动化控制系统的结果,工厂决定用类似系统装备其它炼钢设备。2002年4月在2#电弧炉上使用新系统,目前正在解决第二冶炼车间钢水炉外处理设备工艺自动化控制系统的改造问题。