［摘 要］介紹了攀鋼釩2#板坯LF爐鐵合金加料控制系統(tǒng)的組成、控制系統(tǒng)的配置、控制功能。對于提高稱量精度、縮短加料時間、保證鋼水質(zhì)量起到了積極的作用。
［關(guān)鍵詞］LF爐 合金加料 自動控制
1引言
     LF爐也稱鋼包精煉爐，其功能是對鋼水進(jìn)行升溫、合金成分微調(diào)、脫硫、脫氧、造渣、夾雜物控制及均勻溫度等處理以提高鋼水品質(zhì)，是煉鋼與連鑄工藝間的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，能協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)爐與連鑄機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏等，目前已被越來越多的鋼廠廣泛應(yīng)用。而其中向鋼水中投入可控量的鐵合金及造渣料，以精確的控制鋼水的化學(xué)成分，對鋼種的質(zhì)量有著至關(guān)重要的調(diào)控作用。本文以攀鋼釩2#板坯LF爐為背景，對LF爐鐵合金自動加料系統(tǒng)的控制作簡單介紹。
2LF爐鐵合金工藝簡述
     LF爐鐵合金工藝過程包括鐵合金裝料、配料、排料以及投料。其工藝流程如圖1所示。

      2.1 裝料：鐵合金或渣料分品種裝入2m3體積大小的底開式料罐中，用汽車運(yùn)至爐子跨，通過爐子跨的起重機(jī)將鐵合金或渣料料罐吊起，吊裝到10m3鐵合金高位料倉上。
      2.2 配料：從煉鋼轉(zhuǎn)爐送來的每一罐鋼水，由于成分有一些差異和產(chǎn)品鋼種不同，所以需要加入不同數(shù)量和種類的合金料。合金和渣料按操作人員確認(rèn)了的配料單進(jìn)行稱量，經(jīng)振動給料機(jī)從高位料倉卸到稱量斗。1號稱量斗按料單順序完成1#~6#料倉的稱量，2號稱量斗按料單順序完成7#~10#料倉的稱量，3號稱量斗按料單順序完成11#~15#料倉的稱量。物料及稱量斗參數(shù)如下表所示。 

物料及稱量斗參數(shù)表

      2.3 排料：排料包括正常排料和事故排料。正常排料，是將已配好的料從各稱量斗向LF爐的中間料斗的運(yùn)輸過程，在配料及生產(chǎn)正常情況下，正常排料按逆物料方向依次啟動設(shè)備。事故排料，是在配料或生產(chǎn)異常時，將各稱量斗物料向事故料斗排空。
      2.4 投料：投料就是通過對爐蓋合金加料門上的球閥、中間料斗的振動給料機(jī)的控制將中間料斗的物料輸送到LF爐中。
      3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)(L1) 和二級過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(L2)組成。基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)包括自動控制系統(tǒng)和HMI監(jiān)控系統(tǒng)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、過程回路控制、參數(shù)設(shè)定、設(shè)備順序控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作監(jiān)視及報(bào)警等基本控制功能；二級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成澆鑄計(jì)劃、澆鑄模型計(jì)算、配料模型計(jì)算、鋼水成分物流跟蹤等過程控制功能，兩級系統(tǒng)共同完成LF爐鐵合金自動加料的控制，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確配料、自動上料功能，適時掌控所添加物料的品種和數(shù)量。控制系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)配置圖

      基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)控制站采用德國西門子公司的S7-400，CPU 板為CPU414-2DP，采用以太網(wǎng)與L2及以上系統(tǒng)進(jìn)行通訊?？刂普竟灿?個ET200 遠(yuǎn)程I/O站,采用PROFIBUS-DP 接口通訊。系統(tǒng)編程軟件采用STEP7，軟件平臺基于Microsoft Windows2000/XP 操作系統(tǒng)，安裝方便，界面友好。監(jiān)控軟件采用Wonderware INTOUCH，畫面圖形編制、數(shù)據(jù)讀寫、通訊組態(tài)、趨勢記錄、報(bào)警記錄等都極為方便。系統(tǒng)布局合理，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定、通訊暢通。
      過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由1臺服務(wù)器、1臺開發(fā)維護(hù)終端、1臺操作站及相應(yīng)的以太網(wǎng)組成；服務(wù)器采用磁盤陣列技術(shù)，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性；服務(wù)器、開發(fā)維護(hù)終端和操作站安裝在LF爐操作室內(nèi)，它們之間通過星型以太網(wǎng)連接；二級計(jì)算機(jī)通過服務(wù)器與基礎(chǔ)自動化通訊；服務(wù)器通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。
      4控制功能
      加料系統(tǒng)的控制包括上料系統(tǒng)的控制、配料系統(tǒng)的控制、排料系統(tǒng)的控制以及投料系統(tǒng)的控制。
      4.1 上料控制
      1）手動上料，根據(jù)操作畫面上的鐵合金及渣料高位料倉的低料位報(bào)警信號或憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)定期上料。采用超聲波料位計(jì)通過超聲波回聲定位檢測料倉內(nèi)合金的存量，當(dāng)料位低于15％時，在操作站上有報(bào)警顯示，提醒操作人員及時補(bǔ)充合金。
      2）上料過程中要與高位料倉除塵閥的進(jìn)行聯(lián)鎖控制。
      3）L2操作畫面上顯示各料倉名稱，如果料倉對應(yīng)物料品種有變化，將實(shí)際物料通過L1操作畫面錄入，并上傳至L2系統(tǒng)，同時L1操作畫面上料倉號與貯存物料名稱的對照表也將自動作相應(yīng)調(diào)整。
      4.2 配料控制
      1）配料控制分機(jī)旁手動、遠(yuǎn)程手動、自動配料控制方式。機(jī)旁與遠(yuǎn)程的切換地點(diǎn)設(shè)置在機(jī)旁操作盤上，自動與遠(yuǎn)程手動控制方式的切換點(diǎn)在操作室畫面上。
      2）機(jī)旁手動。不用于生產(chǎn)，用于設(shè)備調(diào)試和維修，調(diào)試和維修人員可在機(jī)旁手動啟、停各振動給料機(jī)。
      3）手動配料
      a）在操作畫面上，將“操作方式”切至“手動”方式。
      b）配料系統(tǒng)處于操作室手動控制狀態(tài)，操作人員可手動分別對各振動給料機(jī)進(jìn)行啟、?？刂?；并在接近稱重終點(diǎn)時，手動切換振動給料機(jī)到弱振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)慢速加料。
      c）手動配料用于配料后合金品種的微量調(diào)整或者生產(chǎn)要求有變化時稱量斗的合金補(bǔ)料。正常生產(chǎn)方式下，配料都采用自動配料方式。
      4）自動配料
      a）在操作畫面上，將“操作方式”切至“自動”。
      b）鋼水通過測溫、取樣送到檢化驗(yàn)系統(tǒng)，檢化驗(yàn)系統(tǒng)分析出鋼水成分通過計(jì)算機(jī)傳到過程控制系統(tǒng)L2級，L2綜合精煉鋼種、鋼水溫度、化學(xué)成分、設(shè)備性能等因素，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到所需添加合金數(shù)量和加熱時間。按畫面上“請求二級”按鈕，將需加入LF爐的合金和渣料下載到基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，顯示在HMI畫面上的設(shè)定值建議區(qū)，對于建議區(qū)的設(shè)定值，操作人員根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來確認(rèn)，也可對過程計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修改；在過程計(jì)算異常時，必須由操作人員在操作畫面上人工輸入設(shè)定值。
      c）經(jīng)檢查，確認(rèn)建議區(qū)設(shè)定值數(shù)據(jù)正確后，按下操作畫面的“確認(rèn)”按鈕后，控制系統(tǒng)對設(shè)定值進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證內(nèi)容包括：
   需要下料的高位料倉料位信號不為“空”。
   每一種物料的設(shè)定重量值> 相應(yīng)的高位料倉振動給料機(jī)停止給料后的“落差量”。
   所設(shè)定的由某個稱量斗稱量的所有物料的重量和體積的累計(jì)量不能超過稱量斗的稱量量程和有效容積。
      如設(shè)定值驗(yàn)證未通過，應(yīng)有報(bào)警提示操作人員。設(shè)定值通過驗(yàn)證后，將建議區(qū)的設(shè)定值下送至接受區(qū)；接受區(qū)域內(nèi)的設(shè)定值不能修改，只能接受或清除。在設(shè)定值由建議區(qū)轉(zhuǎn)入接受區(qū)的之后，并自動復(fù)位清零建議區(qū)的設(shè)定值。
      d）設(shè)定值驗(yàn)證通過后，操作人員觸發(fā)“自動配料開始”按鈕，控制系統(tǒng)檢查“配料”前提條件是否成立。在計(jì)算機(jī)配料開始時，檢查電氣系統(tǒng)是否“準(zhǔn)備就緒”、對應(yīng)稱量料斗為空、且對應(yīng)稱量斗下的振動給料機(jī)處于停振狀態(tài)。如檢查未通過，配料過程處于停止?fàn)顟B(tài)并且有報(bào)警提示操作人員；如果正常，則“自動配料開始”按鈕在自動配料過程中失效，且物料設(shè)定值禁止修改；控制系統(tǒng)立即自動啟動相應(yīng)料倉的振動給料機(jī)，開始進(jìn)行自動稱量。在自動配料過程中，“自動配料停止”按鈕優(yōu)先，如在自動配料過程中按下“自動配料停止”按鈕，則系統(tǒng)立即停止。
      e）不同稱量斗的物料可以同時開始稱量，對同一稱量斗而言，稱量采用累計(jì)稱量的方法，即一個稱量斗如果有2種物料需要稱量，必須按照先后順序進(jìn)行，待一種物料稱量完畢，不必放空稱量斗，再馬上開始第二種物料的稱量，重量累計(jì)。
      f）對每個稱量斗而言，稱量過程就是稱量斗重量值（稱量斗壓頭反饋重量信號）與目標(biāo)值接近的過程。當(dāng)重量值與下料目標(biāo)值相差一定數(shù)量（轉(zhuǎn)低速值）時，即到了由高速轉(zhuǎn)低速的“變速點(diǎn)”，振料機(jī)在弱振狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)重量值與下料目標(biāo)重量相差一定數(shù)量（落差量）時，即發(fā)出停止振動信號，停止振料機(jī)，由于慣性繼續(xù)落下的物料（落差量）正好使其達(dá)到設(shè)定值，一種物料稱量完畢。
      g）所有設(shè)定的物料全部按順序稱量完后，計(jì)算機(jī)自動配料過程自動結(jié)束。
      4.3 排料控制
      1）排料系統(tǒng)設(shè)置“自動”、“遠(yuǎn)程手動”和“機(jī)旁手動”3種控制方式。“機(jī)旁手動”與“遠(yuǎn)程”的切換地點(diǎn)設(shè)置在機(jī)旁操作盤上， “自動”與“遠(yuǎn)程手動”切換地點(diǎn)在HMI操作畫面上。
      2）遠(yuǎn)程手動排料。當(dāng)操作地點(diǎn)為遠(yuǎn)程，并在HMI上選擇了手動模式，排料系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程手動控制狀態(tài)，操作人員可手動啟、停排料系統(tǒng)的設(shè)備。
      3）機(jī)旁手動。不用于生產(chǎn)，用于設(shè)備調(diào)試和維修，調(diào)試和維修人員可在機(jī)旁手動啟、停各排料系統(tǒng)設(shè)備。
      4）操作人員判斷稱量斗的稱量實(shí)際情況和生產(chǎn)情況，決定在HMI上選擇“正常排料”或“事故排料”方式。
      5）自動正常排料。當(dāng)在HMI上選擇了“自動排料”方式；先確認(rèn)稱量斗的稱量作業(yè)已完成，且中間料斗振動給料機(jī)處于停振狀態(tài)；操作人員在HMI上按下“正常排料”按鈕，“正常排料”和“事故排料”按鈕失效，實(shí)現(xiàn)自動正常排料。
      a）自動正常排料，按垂直皮帶機(jī)、水平皮帶機(jī)的順序逆物料方向依次延時啟動皮帶。
      b）在收到皮帶機(jī)運(yùn)行的信號后，有物料的稱量斗振動給料機(jī)按照料斗的編號順序開始順序啟動，但稱量斗不能同時排料。
      c）當(dāng)稱量斗中的物料重量減少至“偏置值”時，延時5秒振動給料機(jī)停止。
      d）最后一個稱量斗振動給料機(jī)停振后延時10秒停止水平皮帶機(jī)。
      e）水平皮帶機(jī)停止后20秒停止垂直皮帶機(jī)，正常排料過程結(jié)束。
      6）自動事故排料。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，需要把料自動排到事故料斗中。先確認(rèn)稱量斗的稱量作業(yè)已完成，且中間料斗振動給料機(jī)處于停振狀態(tài)；操作人員可以在HMI上，選擇“自動排料”方式，按下“事故排料”按鈕，“正常排料”和“事故排料”按鈕失效，實(shí)現(xiàn)自動事故排料。
      a）自動事故排料按開事故下料三通閥、水平皮帶機(jī)的順序逆物料方向依次啟動設(shè)備。
      b）在收到皮帶機(jī)運(yùn)行的信號后，有物料的稱量斗振動給料機(jī)按照料斗的編號順序開始順序啟動，但稱量斗不能同時排料。
      c）當(dāng)稱量斗中的物料重量減少至“偏置值”時，延時5秒振動給料機(jī)停止。
      d）最后一個稱量斗振動給料機(jī)停振后延時10秒停止水平皮帶機(jī)。
      e）水平皮帶機(jī)停止后3秒關(guān)閉事故下料三通閥，事故排料過程結(jié)束。
      4.4 投料控制
      1）電極在高位才允許合金下料。
      2）投料系統(tǒng)設(shè)置自動、遠(yuǎn)程手動和機(jī)旁手動3種控制方式。機(jī)旁與遠(yuǎn)程的切換地點(diǎn)設(shè)置在機(jī)旁，自動與遠(yuǎn)程手動控制方式的切換點(diǎn)在HMI操作畫面上。
      3）遠(yuǎn)程手動投料。當(dāng)操作地點(diǎn)為遠(yuǎn)程，并在HMI上選擇了手動模式，投料系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程手動控制狀態(tài)，操作人員可手動啟、停中間料斗振動機(jī)和加料球閥。
      4）機(jī)旁手動。不用于生產(chǎn)，用于設(shè)備調(diào)試和維修，調(diào)試和維修人員可在機(jī)旁，手動啟、停各投料系統(tǒng)設(shè)備。
      5）自動投料。在正常排料結(jié)束后，操作人員就可根據(jù)需要，在HMI上按下“自動投料”按鈕，自動開始投料控制。
      a）先打開加料溜管氮封，延時2秒打開爐蓋上方合金加料球閥。
      b）合金加料打開后，延時2秒啟動中間料斗下振動給料機(jī)。
      c）中間料斗下振動給料機(jī)啟動后，延時10秒停止中間料斗下振動給料機(jī)。
      d）中間料斗下振動給料機(jī)停止后，延時2秒關(guān)閉爐蓋合金加料門球閥，然后延時2秒關(guān)閉加料溜管氮封，自動投料結(jié)束。
      4.5 聯(lián)鎖處理
      1） 當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時，其前面（逆物料輸送方向?yàn)榍懊妫┑乃性O(shè)備立即停，而后面的設(shè)備應(yīng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到物料空為止，避免物料堆積。
      2）皮帶機(jī)設(shè)置跑偏開關(guān)、打滑檢測器和拉繩開關(guān)，其信號要與相關(guān)控制設(shè)備聯(lián)鎖控制。
      3）操作畫面及緊急操作臺設(shè)“急?！卑粹o，在設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)需要緊急停止的情況下，使設(shè)備能夠可靠停止，以保證設(shè)備安全。
      5 結(jié)束語
      攀鋼釩2#板坯LF爐鐵合金加料系統(tǒng)于2010 年2月投入運(yùn)行，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好,自動投運(yùn)率達(dá)100 %。典型的配料周期為1分30秒，精度達(dá)1.5%。