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1、1武钢炼钢三分厂全过程计算机自动炼钢新进展刘水斌 邹继新 赵元 钱辉 肖文斌 （武汉钢铁集团公司）摘要 本文介绍了武钢炼钢总厂三分厂在成功应用计算机自动控制炼钢技术的基础上，近年来不断对计算机硬件系统进行升级改造，对应用软件进行更新，同时根据生产模式的变化和外界原料条件的变化，改进了预出铁模型、静态、动态模型，增加了终点磷、硫预测模型，优化了自动拉碳和快速出钢等技术，使 2009 年计算机全自动炼钢率达到 83.4、自动拉碳率达到 85.1、转炉终点碳、温双命中率平均达到 96.3的国际先进水平。关键词：全过程计算机自动炼钢；碳温双命中；自动拉碳率Development of Computer
2、 controlled LD Blowing Process At No.3 Steel Plant, WISGCO(Wuhan Iron & Steel Corp.)ABSTRACT It is described in this paper that computer controlled LD blowing process has been greatly improved in recent years at No.3 Steel Plant, WISGCO, by upgrading of computer system hardware, developing of applic
3、ation software as well as innovation of related process technologies, including pre-tapping of hot metal, quick adjustment of static and dynamic model coefficients, automatic stopping blowing and quick tapping of converter, which reached average autoblowing rate of 83.4and C-T hitting rate of 96.3%
4、at blowing end in 2009.Key words：computer controlled LD blowing process；C-T hitting rate；autoblowing rate1 前言武钢炼钢三分厂自 1996 年下半年投产以来，一直致力于计算机炼钢技术的开发和应用。通过自身研发和升级改造，将原Digital 公司的 VAX4400 小型机升级改造为 COMPAQ 公司的 Alpha DS20 计算机系统。同时对应用软件进行更新，实现了单台计算机控制两座转炉同时进行计算机炼钢的功能。然后在 2005 年第三座转炉投产后，在新转炉的计算机控制上实现了 S7 系统
5、的升级，并2逐步将原先二座转炉的 S5 系统进行升级改造成 S7 系统。在进行硬件、软件更新改造的同时，我们还根据实际生产情况及原辅材料的现实条件，先后开发了预出铁模型、静态模型系数快速调整技术、动态模型快速调整技术、自动拉碳技术、快速出铁技术等一系列计算机自动炼钢技术，并输出到国内多个厂家，如迁安、唐钢。通过这些技术的应用，转炉终点碳、温命中水平达到了较高的水平。但在转炉冶炼过程中，还是需要操作工进行一定的人为控制，如废钢条件的不稳定导致操作工需要对静态计算结果进行一定的调整，在操作过程中因化渣条件的变化需对过程氧枪枪位进行细微调整来控制喷溅，不能自动进行二次副枪测量等等。自 2008 年，
6、我们提出了全过程计算机自动炼钢的目标，即在整个冶炼过程中操作工均不进行人为干预，在开吹下枪指令发出后，吹炼过程枪位、供氧、熔剂加入、冷却剂加料、副枪测量、拉碳提枪均由计算机模型自动控制。通过硬件、软件的升级改造和调整，以及对各计算模型的优化、操作模式的调整，在 2009 年下半年初步实现了这一目标，全自动计算机炼钢率达到 83.4的水平，同时平均终点碳温双命中率达到 96.3的水平。下面将着重介绍自 2005 年以来三分厂在全自动计算机炼钢技术的研究与开发方面所取得的新进展2 近年来计算机炼钢技术研究与开发的新进展2.1 转炉过程控制计算机系统优化和更新自 2005 年开始，我们逐步将原来的
7、S5 系统升级到 S7 系统以来，同时还在应用软件方面针对原设计两座转炉的切换生产模式，即任意时刻只能控制一座转炉炼钢的模式，开发了同时控制三座转炉的应用软件模式，满足了转炉“三吹三”生产的需要。2.1.1 转炉过程控制计算机二级机应用程序优化2.1.1.1 吹炼模式传送优化吹炼模式数据量大，集中传输易使通讯堵塞，导致模式确认异常。通过对吹炼模式程序和通讯应用程序的完善和优化，对吹炼模式中氧步数据进行分步延时传输，过滤无实际数据的氧步，保证了吹炼模式传送的实时性和准确性，为计算机自动炼钢提供了前提条件。2.1.1.2 自动提枪指令发送当第一次副枪测量值传送到二级机后，计算机动态模型开始3启动，
8、根据实际吹氧量和加入冷却剂重量，周期性计算吹炼终点碳、温度预测值，当预测值达到目标时，产生提枪指令，并发送到一级机，由一级机执行吹炼停止指令，实现自动提枪功能。2.1.1.3 动态矿石发送程序优化计算机动态模型根据第一次副枪测量值计算出动态阶段所需吹氧量和动态矿石重量，但二级机只发送了吹氧量，未发送动态矿石设定值，通过完善和优化动态模型程序和通讯应用程序，保证了动态模型计算后实时向一级机发送动态矿石设定值，由一级机执行动态矿石的自动加入。2.1.1.4 动态模型程序优化动态模型程序优化后，二级机通讯程序接收到动态矿石实际加入量后，实时传送到动态模型，由动态模型计算出校正后的温度，画出动态矿石加
9、入后的实际动态曲线，保证动态模型的精准。2.1.2 转炉过程控制计算机一级机应用程序优化按照全过程计算机自动炼钢的要求，整个吹炼过程只需一键完成，但在实际过程中，其动态阶段下冷却剂的加入、及动态提枪停吹仍然由操作工完成，不仅如此，由于一级机过程数据的传输率较低，也影响了二级机模型计算。为解决以上问题，真正实现一键式炼钢，必须对一级机炼钢控制程序、网络数据传输程序予以修改。2.1.2.1 动态阶段控制程序修改修改主要分为两大部分：通讯数据表的建立及动态控制策略程序编制。通讯数据表的建立主要是利用工业以太网的架构，开发通讯数据表模块程序，建立加料PLC与付抢PLC通讯数据表，增加付抢“开始测量”
10、、 “结束测量”事件报文，建立加料PLC与二级机动态冷却剂数据表，接受动态冷却剂名称、重量数据。动态控制策略程序主要采用结构化的程序没计思想来编写，程序都是采用语句表(STI )的形式编写，而且大量运用数据矩阵和指针等控制策略，完成计算出动态控制阶段需要的末期吹氧量、冷却剂添加量及动态提枪停吹。2.1.2.2 网络数据传输程序修改我厂一级机主要是 SIEMENS 系列 PLC,二级机主要为 ALPHA机，时常出现过程数据无法正常传输等现象。经大量现场摸索实4践，发现此类现象主要集中在吹炼阶段，数据主要体现为熔剂及冷却剂数据报文。经研究发现，整个吹炼阶段报文数据发送量较大，而 ALPHA 机内存
11、页面交换空间有限，并对一级机发送时间有严格的要求。为此，首先我们对一、二级机整个数据报文发送程序进行清理，清除掉一些不必要的垃圾报文，减少报文数据发送量，减轻 ALPHA 数据负荷；然后修改一级机通讯中断控制程序时间，以满足二级机的时间要求。2.2 预出铁模型的改进转炉冶炼静态过程结束时钢水碳和温度能否准确进入控制范围，从而达到冶炼终点碳和温度命中目标，很大程度上决定于冶炼前主原料（铁水、废钢）的计算和准备得是否合适。为达到准确计算铁水和废钢量的目的，并满足全连铸生产节奏的要求，我厂开发了预出铁模型。具体操作步骤是：提前 2 炉用脱硫站铁水温度和成份数据进行第一次主原料计算，铁水进厂后立即预出
12、占入炉总铁量约 90的铁水，实测得到铁水温度后，进行第二次主原料计算，确定最终铁水比，然后补齐所需铁水，并准备好废钢。模型如图 1 所示。但随着产量的提高，3 号炉的投产，生产模式由“二吹二”变成了“三吹三”模式，同时新投产了铁水罐脱硫站，有大部分的铁水不经过厂外的鱼雷罐脱硫站，必须先出铁，然后在厂内的铁水罐脱硫站进行脱硫。因此铁水不可能在前四炉进行准备。为此，我们改进了二次出铁模型。我厂废钢装入的最大废钢量为 53t，图 1 原 计 算 机 炼 钢 预 出 铁 模 型 第 一 炉 第 二 炉 第 三 炉 第 四 炉 第 五 炉 脱 硫 脱 硫 结 束 计 算 一 次 出 铁 量 一 次 出
13、铁 结 束 计 算 二 次 出 铁 量 二 次 出 铁 结 束 扒 渣 加 料 开 吹 停 吹 出 钢 溅 渣 结 束 5根据总装入量不变的原则，则铁水的最小装入量为 250t，因此我们将铁水分成两种。一部分铁水是只在鱼雷罐脱硫站进行处理，不在铁水罐脱硫站进行处理的铁水，根据脱硫后温和前样成份，在进行系数修正后进行出铁计算，出完后直接入炉。另外一部分铁水是需在铁水罐脱硫进行脱硫的铁水，这部分铁水必须在鱼雷罐脱硫进行取样，得到铁水成份，在到达倒罐后直接出 250t 铁水之后测温，根据测量的温度和铁水成份（混合计算后的成份）进行计算，之后根据计算结果将铁水补齐。之后在铁水罐脱硫站进行处理，处理后测
14、温并取样并作为入炉成份和温度进行静态计算。采用新的预出铁模型后，铁水只需要提前三炉就能预备好，如图 2 所示。 第 一 炉 第 二 炉 第 三 炉 一 次 出 铁 结 束 计 算 二 次 出 铁 量 出 铁 结 束 扒 渣 加 料 开 吹 停 吹 出 钢 溅 渣 结 束 图 2 改进后的预出铁模型预出铁模型改进后，能较好地满足“三吹三”铁水组织的需要，同时对静态模型影响较小，静态命中率达到保持在 82的水平。2.3 静态模型的调整和优化2.3.1 重新对废钢进行分类，并根据对铁水比系数进行调整吹炼时加入轻重类废钢的比例不同，不仅影响冶炼前期温度变化，而且影响脱碳期熔池内脱碳反应的反应程度，从而
15、影响吹炼期的热反应效率。经对所用废钢结构进行研究发现，在废钢加入量相同的情况下，随所加废钢中重废比例增大，脱碳期熔池反应生成热相应减少。基于这种研究，在进行铁水比计算时，我厂根据不同废钢结构，确定了 5 类废钢模式，分别为全低硫（方式61） 、含少量普废（方式 2） 、普废和低硫各半（方式 3） 、全普废（方式 4） 、全自产废钢（方式 5） ，并各自设定了对应调的铁水比计算系数，保证铁水比计算准确。图 3 为废钢结构与标准铁水比的关系图。随着废钢资源形势的紧张，公司决定大量使用自产废钢和还原铁、热压铁等废钢。自产废钢中包含部分硅钢废，这部分废钢硅含量较高，对热平衡计算有较大影响，同时因前期熔
16、化快导致前期硅高产生喷溅。热压铁和还原铁在前期熔化快，前期温低，产生低温喷溅，对热平衡也有较大影响。对此，我们重新定义了废钢方式，形成了 5 种新的废钢模式，分别对应含大量低硫切头（模式 1） 、切头和轻废各半（方式 2） 、轻废（方式 3） 、含硅废（方式 4） 、含热压铁和还原铁（方式 5） ，并重新设定了铁水比系数，如图 4 所示。图 3 原废钢方式与铁水比的关系 图 4 改进后的废钢方式与铁水比的关系2.3.2 供氧量计算的修正如前所述，不同的废钢结构影响熔池脱碳反应程度，由此带来对冶炼氧气消耗量的影响。如图 7 所示，经过研究发现，随着重废使用比例的增加，氧气消耗量相应减少。当废钢中含硅废时，因废钢中含硅，硅的增加导致供氧量会大幅增加；当废钢中含有热压铁和还原铁时，因前期温低，碳温反应受到抑制，导致耗氧量增加，同时
