模型控制在转炉复吹中的应用

・４６・　２００２年第２５卷第５期　国　《垒　

务　模型控制在转炉复吹中的应用　

刘相贵　（攀钢提钒炼钢厂）　

摘要：４ｔ－绍复吹工艺中控制模型的建立，重点说明炼钢冶炼复吹供气模式的要求、控制方案及控　制系统组成。通过控制模型的实践应用，为转炉炉龄的不断攀升起到了重要的作用。　关键词：复吹；供气模式；模型控制　

ｌ　引言　复吹工艺是转炉冶炼过程中提高钢水质　量、缩短冶炼时间、降低冶炼金属吹损、提高　转炉炉龄的重要技术。提钒炼钢厂早在　１９８５年便开始了转炉复吹的试验。在早期　的复吹控制中，多采用常规仪表、开关按钮和　继电器实现逻辑控制，因其控制精度低，检测　手段落后，复吹的效果不尽理想，往往使用到　几百炉后，便因多种因素而停止复吹。随着　控制技术的进步，提钒炼钢厂于１９９５年进行　了转炉基础自动化的改造，复吹控制技术也　得以更新。现有的复吹控制利用美国西屋的　ＷＤＰＦ—ＩＩ集散系统的控制功能，设计了多　种控制模型，操作人员只须点选相应的供气　模型代码，即可由计算机自动完成冶炼过程　

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的气种转换和供气强度调节。由于其可靠、　控制精度高、人机界面友好，在实际应用中效　果显著，目前，２＃炉复吹使用寿命已达８　０３５　炉，基本实现了与炉龄同步。　２工艺要求　复吹是通过向转炉炉底供入惰性气体，　以加强对熔池的搅拌。在供气过程中，因　Ｎ２、　的特性和成本不同，须在不同的冶　炼时段进行Ｎ２和　的切换及供气强度的　调节。目前，提钒炼钢厂采用的复吹供气模　式共有五种，即高中碳钢供气模式、低碳钢　供气模式、透气元件形成覆盖渣供气模式、　后搅拌模式、溅渣复吹供气模式。前两种供　气模式如图１、图２所示。　

非生产　开吹　３ｍｉｎ　１０ｍｉｎ　倒炉　补吹倒炉补吹倒炉出钢　时间／ｍｉｎ　

图ｌ冶炼高中碳钢供气模式　

维普资讯 http://www.cqvip.com 攀钢技术　・４７・　ｌ＾０．　昌　ｎ　ｇ　Ｚ　、　０．　

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长　非生产　开吹３ｍｉｎ　１２ｒａｉｎ　１５ｒａｉｎ　倒炉　补吹倒炉出钢　

时间／ｍｉｎ　图２冶炼低碳钢供气模式　

以上五种模式中，前两种使用频率较高，　后三种则根据炉况进行选择。后搅模式是在　冶炼后期大气量供氩气，供气强度为０．１　Ｎｍ３／（ｍｉｎ・ｔ），起停时间由操作人员控制。　透气元件形成覆盖渣供气模式是在出钢后配　合造渣过程供氮气，在透气砖上形成保护层　以减轻炉底侵蚀，供气强度在０．０３～０．０６　Ｎｍ３／（ｍｉｎ．ｔ）范围内调节。溅渣复吹供气　模式是在溅渣过程配合吹氮气，保证钢水液　面的渣分布均匀。分析复吹供气模式可看　出，吹氧后期必须配合吹氩气，其它时段则转　换为氮气。　３控制方案　利用ＷＤＰＦ集散系统的控制功能和现场检　测技术，根据工艺要求，将复吹供气模式设计为　相应的供　膜型，控制方案分以下步骤来实施。　３．１外部设备组成　根据提钒炼钢厂复吹使用两块砖供气，设　计外部气源管路为两条管线，采用切断阀、调　节阀进行气种的倒换和调节，并设定流量、压　力检测做为调节的反馈。管路分布见图３。　如图３所示，外部设备由ＺＪ　一４．０　Ｂ　的气动薄膜调节阀、ＺＳＰＱ一４．０　Ｂ的快速切　断阀、罗斯蒙特８８００涡街流量计、横河ＥＪＡ　４３０压力变送器及相应的电气转换器和电磁　阀组成。其中，切断阀Ｎｏ．１、Ｎｏ．２负责Ｎ２、　的切换控制，Ｎｏ．３、Ｎｏ．４负责大小流量的　切换，Ｎｏ．５～Ｎｏ．８四个调节阀负责供气强　

Ｆ轴穿管　Ｉ　转炉　Ｉ　

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图３复吹管路分布图（以一座转炉为例）　

维普资讯 http://www.cqvip.com ・４８・　２００２年第２５卷第５期　度的调节。Ｉａ、ＩＩａ为ＤＮ１５的小管，流量范　围０～１５０　Ｎｍ３／ｈ，Ｉｂ、ＩＩｂ为ＤＮ　２５的大管，　流量范围０－－４００　Ｎｍ３／ｈ。　３．２控制系统组成　如图４所示，所有现场信号与操作员指　令均由ＤＰＵ进行处理，ＤＰＵ为分布式过程　处理单元，是整个控制系统的神经中枢，主要　完成各种逻辑判断、控制运算、数据分析维护　等，经程序设计可完成多种控制。操作员站　ＭＭＩ，是ＷＤＰＦ系统的人机接口，利用　ＷＤＰＦ丰富的图形库和编码库，可将整个工　艺控制状态以画面形式展现，取代了原有的　操作盘和仪表柜。所有的数据信息通过两条　冗余的数据大道（ｗ—Ｄａｔａ　Ｈｉｇｈｗａｙ）进行　数据通讯，实现了实时数据传输。　图４控制示意图　３．３操作方式的设定　根据工艺要求，操作方式设为手动（Ｍｆ气Ｎ）　和自动（ＡＩ　）两种。手动方式即由操作人员　根据冶炼状况人工点击各画面的操作按键来控　制阀门的开关和开度调节。自动方式即根据各　种供气模式设计成模型程序，操作人员只需选　定相应的模型代码，由计算机自动判断各冶炼　周期，进行供气调节和转换。　３．４炉况及冶炼时段的判断标志　在冶炼周期中包括冶炼前／中／后期、　倒炉取样、补吹（拉碳）、出钢等，复吹控制是　贯穿整个冶炼周期和非生产期，因此，准确判　断各冶炼时段是进行控制的关键。根据不同　冶炼时段、外部设备（包括风机、氧枪、倾动凸　轮极限等）的状态，来进行逻辑组合和判断，　定义以下标志点。　（１）非生产阶段：以风机低速作为状态标　志，其间可能进行兑铁水、测温取样、造渣、溅　渣护炉等操作。　（２）冶炼前／中期：以氧气切断阀打开作为　起始状态，其间可能会因加废钢而提枪关氧，需　增加程序中计时器计时作为逻辑组合，通常开　氧后１０～１５　ｍｉｎ左右为冶炼前、中期。　（３）冶炼后期：以提枪关氧为结束状态标　志。　（４）倒炉取样：以倾动极限中炉前４５度　兑铁水角信号为状态标志。　（５）补吹（拉碳）：以开关氧的切断阀状态　为标志。　（６）出钢：以倾动极限中炉后出钢角信号　为标志。　３．５供气强度计算及分配　在供气模式中，主要涉及０．０６　Ｎｍ３／　（ｍｉｎ．ｔ）、０．０３　Ｎｍｊ／（ｍｉｎ．ｔ）、０．１　Ｎｍ３／　（ｍｉｎ．ｔ）三种供气强度，根据分配原则，当供　气强度＜０．０３　Ｎｍ０／（ｍｉｎ．ｔ）时，由小管的　调节来实现；当供气强度≥０．０３　Ｎｍ３／　（ｒａｉｎ．ｔ）时，由大管调节实现，调节阀设定值　以流量为信号反馈。设定每炉装入量为１２５　ｔ钢水，则　流量控制目标值＝目标供气强度×６０　（ｍｉｎ／ｈ）×１２５（ｔ）÷２　经计算，当供气强度为０．０３　Ｎｍ３／　（ｍｉｎ．ｔ）时，每支小管供气量应为１１２．５　Ｎｍ３／ｈ；当供气强度为０．０６　Ｎｍ３／（ｍｌｎ．ｔ）　时，每支大管供气量应为２２５　Ｎｍ０／ｈ；当供　气强度为０．１　Ｎｍ３／（ｍｉｎ．ｔ）时，每支大管供　气量应为３７５　Ｎｍ３／ｈ。　４软件设计　仅以冶炼高中碳钢供气模式为例介绍模　型控制中的逻辑框图，如图５所示。　５结语　模型控制在转炉复吹中的成功应用，极　

维普资讯 http://www.cqvip.com 攀钢技术　・４９・　冶炼状态逻辑判断　、　ｆ　检测其它状态标志　＜　№　个　

（炉况处于非生产阶段）阀Ｎｏ．１开，阀Ｎｏ．２关，阀Ｎｏ．３、　Ｎｏ．４关断，Ｉａ、Ⅱａ流量调节给定１　１２．５Ｎｍ　，Ｉｂ、Ⅱｂ流量　调节保持　

开始下枪吹氧，吹氧计时开始　（炉况处于冶炼前期）阀Ｎｏ．１开，阀Ｎｏ．２关，阀Ｎｏ．３、　Ｎ　４打开，Ｉｂ、Ⅱｂ流量调节给定２２５Ｎｍ　／ｈ，Ｉａ、ＩＩａ流量调　节在Ｉｂ、Ⅱｂ流量达设定值的５０％时关闭　

———　＝＝　二　—～～～　：：　ｒ二：：：　——一　

１　．．　、　ｒ　阀Ｎｏ．１开，阀Ｎｏ．２关，　Ｉａ、Ⅱａ流量调节给定１１２．５Ｎｍ　／ｈ，阀　冶炼进入中期计时　Ｎｏ．３、Ｎｏ．４在Ｉａ、Ⅱａ流量达Ｉｂ、Ⅱｂ流量的２０％时关断，调节阀　Ｎｏ．５、Ｎｏ．６关断　

ｌ　供气转为吹氩，阀Ｎｏ，１关，阀Ｎｏ．２开，其它阀状　态保持　

提枪关氧，倒炉取样兑铁水　角接点闭合　

供气转为吹氮，阀Ｎｏ．１开，阀Ｎｏ．２关，其它阀状　态保持　

—　Ｙｅｓ　～～　二　．—／　、【　Ｎｏ　风机低速、出钢，阀状态保持，转入非生产状态　ｌ　

图５模型控制逻辑框图　

维普资讯 http://www.cqvip.com ・５０・　２００２年第２５卷第５期　大地提高了控制效率和控制精度，使冶炼工　艺实现了简单操作和复杂控制的结合，为钢　水质量的提高、品种性能的优化提供了技术　支持和保障，提钒炼钢厂应用复吹控制以来，　配合溅渣护炉等技术，使转炉炉龄已突破　９２００炉，取得了明显的经济效益。　

编辑仲剑丽　收稿日期：２００２—０６—０１　

．　ｉ　攀钢钢研院创建国内最先进的纳米二氧化钛生产基地　ｌ　

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由攀枝花钢铁（集团）公司钢铁研究院自主开发、独立承担的“纳米二氧化钛制备技术研　究”，包括“锐钛型纳米二氧化钛制备技术研究”和“金红石纳米二氧化钛制备技术研究”，在最　近完成工业试验，技术上达到国内领先水平和国际先进水平，产品质量优于国内产品和部分国　外产品。目前正在四川省攀枝花市建设一条年产２００　ｔ的中试线，计划于２００２年９月底投产，　即我国现今技术、装备最先进、品种最齐全的纳米二氧化钛生产基地。　纳米二氧化钛因其粒径只有普通二氧化钛粒径的十分之一，所以它具有普通二氧化钛所　不具备的巨大的表体效应和优越的光、电特性，经济效益较普通二氧化钛高出几倍至几十倍，　是一种高新技术粉体材料，在环保、能源、汽车、涂料、塑料、精细化工等诸多领域有着广泛的用　途和神奇的作用。如将纳米二氧化钛用于高档涂料，既有很强的自洁功能，又可有效的净化空　气。　起源于上个世纪８０年代的纳米二氧化钛制备技术，至今仍然处在国外对国内严密封锁、　国内各单位之间严格保密的状态中。攀钢钢研院钒钛研究所的科技人员，在起步较晚、设备　简陋、技术难度大的条件下，坚持数年，攻关不止，通过近年来多轮实验室扩大试验和工业　试验，终于成功地制备出金红石和锐钛型两大系列各有４个从ｌＯｎｍ至４０ｎｍ的粉体品种，　在用途上可以分别形成塑料、涂料、织物、化妆品４大专用品种和光催化剂、催化剂载体、　抗菌粉体、内墙涂料４大专用品种。钢研院将试生产样品投放市场后，用户评价其技术和产　品质量居于国内外前茅。与此同时，由该院作为第一研究人，联合上海博纳维公司、四川大　学、中科院成都有机所和中科院广州能源所开展的“纳米二氧化钛应用技术研究”，包括　“纳米二氧化钛光催化应用技术研究”和“纳米二氧化钛在涂料中的应用技术研究”，也已取　得多方面的突破和进展，显示出了广阔的市场前景。如金红石纳米二氧化钛在塑料和涂料中　可以提高抗老化性３倍以上，在织物和化妆品中可以有效地屏蔽紫外线；锐钛型纳米二氧化　钛在自然光照８　ｈ的条件下，对室内有害物甲醛的分解率为３０％，用其研制的水处理设备，　已生产出第三代样机，使用效果优良。　唐诗全供稿