［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，用汽車運至爐子跨，通過爐子跨的起重機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了的配料單進行稱量，經(jīng)振動給料機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
      控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)(L1) 和二級過程計算機系統(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)備運轉(zhuǎn)操作監(jiān)視及報警等基本控制功能；二級計算機系統(tǒng)完成澆鑄計劃、澆鑄模型計算、配料模型計算、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，實現(xiàn)準確配料、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)進行通訊。控制站共有5個ET200 遠程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、報警記錄等都極為方便。系統(tǒng)布局合理，網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定、通訊暢通。
      過程控制計算機系統(tǒng)由1臺服務(wù)器、1臺開發(fā)維護終端、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；二級計算機通過服務(wù)器與基礎(chǔ)自動化通訊；服務(wù)器通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與上位計算機系統(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警信號或憑借操作人員的經(jīng)驗定期上料。采用超聲波料位計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，在操作站上有報警顯示，提醒操作人員及時補充合金。
      2）上料過程中要與高位料倉除塵閥的進行聯(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）配料控制分機旁手動、遠程手動、自動配料控制方式。機旁與遠程的切換地點設(shè)置在機旁操作盤上，自動與遠程手動控制方式的切換點在操作室畫面上。
      2）機旁手動。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旁手動啟、停各振動給料機。
      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進行啟、?？刂?；并在接近稱重終點時，手動切換振動給料機到弱振狀態(tài)，實現(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、取樣送到檢化驗系統(tǒng)，檢化驗系統(tǒng)分析出鋼水成分通過計算機傳到過程控制系統(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)實際經(jīng)驗來確認，也可對過程計算機計算結(jié)果進行修改；在過程計算異常時，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，確認建議區(qū)設(shè)定值數(shù)據(jù)正確后，按下操作畫面的“確認”按鈕后，控制系統(tǒng)對設(shè)定值進行驗證，驗證內(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量不能超過稱量斗的稱量量程和有效容積。
      如設(shè)定值驗證未通過，應(yīng)有報警提示操作人員。設(shè)定值通過驗證后，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。在計算機配料開始時，檢查電氣系統(tǒng)是否“準備就緒”、對應(yīng)稱量料斗為空、且對應(yīng)稱量斗下的振動給料機處于停振狀態(tài)。如檢查未通過，配料過程處于停止狀態(tài)并且有報警提示操作人員；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，開始進行自動稱量。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。
      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）與目標值接近的過程。當(dāng)重量值與下料目標值相差一定數(shù)量（轉(zhuǎn)低速值）時，即到了由高速轉(zhuǎn)低速的“變速點”，振料機在弱振狀態(tài)下運行。當(dāng)重量值與下料目標重量相差一定數(shù)量（落差量）時，即發(fā)出停止振動信號，停止振料機，由于慣性繼續(xù)落下的物料（落差量）正好使其達到設(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，計算機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”、“遠程手動”和“機旁手動”3種控制方式?！皺C旁手動”與“遠程”的切換地點設(shè)置在機旁操作盤上， “自動”與“遠程手動”切換地點在HMI操作畫面上。
      2）遠程手動排料。當(dāng)操作地點為遠程，并在HMI上選擇了手動模式，排料系統(tǒng)處于遠程手動控制狀態(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；先確認稱量斗的稱量作業(yè)已完成，且中間料斗振動給料機處于停振狀態(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，實現(xiàn)自動正常排料。
      a）自動正常排料，按垂直皮帶機、水平皮帶機的順序逆物料方向依次延時啟動皮帶。
      b）在收到皮帶機運行的信號后，有物料的稱量斗振動給料機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秒振動給料機停止。
      d）最后一個稱量斗振動給料機停振后延時10秒停止水平皮帶機。
      e）水平皮帶機停止后20秒停止垂直皮帶機，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。先確認稱量斗的稱量作業(yè)已完成，且中間料斗振動給料機處于停振狀態(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、水平皮帶機的順序逆物料方向依次啟動設(shè)備。
      b）在收到皮帶機運行的信號后，有物料的稱量斗振動給料機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秒振動給料機停止。
      d）最后一個稱量斗振動給料機停振后延時10秒停止水平皮帶機。
      e）水平皮帶機停止后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、遠程手動和機旁手動3種控制方式。機旁與遠程的切換地點設(shè)置在機旁，自動與遠程手動控制方式的切換點在HMI操作畫面上。
      3）遠程手動投料。當(dāng)操作地點為遠程，并在HMI上選擇了手動模式，投料系統(tǒng)處于遠程手動控制狀態(tài)，操作人員可手動啟、停中間料斗振動機和加料球閥。
      4）機旁手動。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。
      c）中間料斗下振動給料機啟動后，延時10秒停止中間料斗下振動給料機。
      d）中間料斗下振動給料機停止后，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（逆物料輸送方向為前面）的所有設(shè)備立即停，而后面的設(shè)備應(yīng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到物料空為止，避免物料堆積。
      2）皮帶機設(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)“急停”按鈕，在設(shè)備運行過程中出現(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月投入運行，目前系統(tǒng)運行良好,自動投運率達100 %。典型的配料周期為1分30秒，精度達1.5%。