炼钢物流

炼钢物流（共7篇）

炼钢物流 篇1

0 引言

在炼钢厂, 生产管理需要获得混铁炉铁水的入炉量、出炉量, 按班、日、月进行统计汇总, 获得转炉每炉钢的入铁量、废钢放入量、产钢量, 这些数据的获取可通过现场天车吊运物料的重量变化、天车的位置变化再与炼钢厂的工艺流程相结合, 计算机就可以根据重量逻辑、位置逻辑和时序逻辑来定性、定量判断天车进行了何种作业, 从而自动计量出兑入铁水量、加入废钢量、出钢量和连铸消耗等, 代替了抄报员的繁重工作。炼钢现场电磁干扰比较严重, 天车的作业性质决定其数据只能无线传输, 所以天车物流子站的设计是物流管理系统的核心。

本文以河南凤宝炼钢厂天车物流管理系统的天车物流子站设计为例, 介绍了物流子站的设计方案。现场情况如图1所示, 共有三跨:600t混铁炉跨, 加料跨, 浇钢跨, 为了实现天车吊运作业内容和吊运物料种类进行判断, 我们根据实际需要选定以下12个位置作为天车定位点 (每个定位点加装位置标识即加装射频卡) 。

1 子站结构及工作原理

子站系统采用模块化设计方法, 由射频卡定位模块、重量调理模块、数据远传模块组成。

1.1 射频卡读卡器的设计

1.1.1 射频卡定位原理

射频识别是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID识别系统通常由射频卡标签、读写器、天线组成。工作时, 读写器通过系统天线发送一定频率的射频信号, 当射频卡标签进入发射天线工作区域时产生感应, 从而获得能量并被激活。激活后的射频卡标签将自身编码等信息通过其内置天线发送出去, 系统天线接受到射频卡标签发送来的载波信号, 经读写器对其进行解调和译码, 并将译码后的数据送到主系统进行相关处理以判断该卡的合法性, 利用射频卡的这种特性就可以在天车定位点安装射频卡, 在天车侧面安装射频卡读卡器, 及时获取天车的位置信息。

1.1.2 射频卡读卡器的设计

1) 读卡器天线设计

读卡器中的天线用于产生磁通量, 而磁通量用于向射频卡片提供电源, 对读卡器天线的设计有三点要求:

(1) 天线线圈的电流最大, 用于产生最大的磁通量。

(2) 功率匹配, 最大程度地利用产生磁通量的可用能量;

(3) 足够的带宽, 以无失真地传送数据调制的载波信号。

根据频率范围的不同, 使用不同的方法将天线线圈连接到读卡器发送器的输出端, 通过功率匹配将天线线圈直接连接到功率输出级, 或通过同轴电缆来馈送到天线线圈。由于MFRC531是低功耗设计, 因此卡和天线之间的耦合系数必须满足一定的值, 卡和天线之间的耦合系数不能低于0.3, 天线的直径要求介于0.5~1.5mm之间。在本设计中, 天线采用65cm×54cm、天线导体宽度为本1mm、圈数为三圈的方形天线。这样, 天线的电感通过下列公式计算得到[3]:

其中:L:读卡器天线感应;I:天线导体长度 (1圈) ;D:天线导体宽度 (必须介于0.5~1.5mm之间) ;N:天线导体圈数 (3圈) 。

2) 读卡器电路设计

读卡器的硬件组成见原理框, 如图3所示。Mifare射频卡进入距离射频天线100mm内, 读卡器就可以读到卡中的数据。读卡器读到Mifare卡中的数据后, 系统单片机要将所读卡号及时间一起存入存储器, 同时指示灯闪一次, 喇叭响一次, 表示完成一次操作。

读卡要执行一系列的操作指令, 调用多个C51函数。包括装载密码、询卡、防冲突、选卡、验证密码、读卡、停卡, 这一系列的操作必须按固定的顺序进行。

读卡器和主CPU (C8051F020) 之间采用应答方式通讯, 可随时把卡号及读卡时间传送给主CPU。

1.2 称重传感器信号调理、秤体安装

称重传感器采用QS-M鱼背式传感器, 传感器的灵敏度为2.0±0.005m V/V, 最大供桥电压15V, 信号调理电路由AD620高精度集成运算放大器和OPA27组成的滤波电路组成, 电路增益通过调节Rg来实现, 即G=49.4/Rg+1, 电气原理图如图5所示。

鱼背式传感器安装于定滑轮轴或称重轴下方, 每根轴装有2只传感器, 传感器测得滑轮轴上钢丝绳张力, 从而得到被吊重物的重量, 传感器安装图如图6所示。

1.3 C8051F020单片机[1]

C8051F020是美国CYGNAL公司推出的混合信号系统芯片, 是高度集成的片上系统, 它嵌入了一款高速、低功耗、高性能的8位微处理器, 最突出的特点是高速指令处理能力。C8051F020采用CIP-51微控制器内核, 与MCS-51指令完全兼容。CIP-51采用流水线结构, 与标准的8051相比, 指令执行速度有很大的提高。片内集成了多通道12位和8位A/D转换器以及一个双12位D/A转换器, 两个增强型UART串口, 便于模拟量和数字量的采集, 该单片机还集成有4KB内部数据RAM和64KB Flash, 片内还配置了标准的JTAG接口, 调试方便。

1.4 图形式LCD显示

系统采用320X240点阵图形式液晶显示模块, 显示清晰、分辨率高、文本图形显示、具有EL背光。根据需要显示站号 (S) 、重量 (W) 、射频卡位置 (P) 等信息。

1.5 通讯接口[2]

通过交叉开关把C8051F020单片机的P0.0, P0.1设置为TX0, RX0。采用SP3223转换器实现TTL电平与RS-232电平相转换, 数传电台采用ND-250A, 其主要特点是日本原装, 采用FET放大电路, 体积小, 功耗低。

2 系统软件设计

2.1 主程序设计

软件设计采用模块化编程结构, 包括初始化子程序、数据采集处理子程序、数据存储子程序、LCD显示子程序、按键获取程序、传感器标定子程序、站号设定子程序、串口通讯子程序。所有程序代码采用C语言编写, 可以方便地调试和下载程序, 主程序流程如图8所示。

2.2 通讯程序

地面上主站为及时获得每个天车重量 (毛重、皮重) 、位置信息, 由逻辑推理后可自动生成各种报表, 动态流程画面。主站采用轮寻点名方式通过无线数传电台ND250发送站号指令, 所有子站收到站号指令后均与机内用户设定的站号比较, 站号相同的子站把最新数据 (包括位置数据、毛重量数据、净重量数据) 通过数传电台ND250打包发送回去。为了降低无线传输中的误码率, 采用循环冗余校验 (CRC) 的误码检测技术, 在数据包后面添加数据校验和, 为了减少数据包长度, 提高传输效率, 本系统采用了8位的CRC校验, 生成多项式为[5]:G (x) =x8+x5+x4+1, CRC编码由程序完成。

3 结论[4]

射频卡代替传统的光电开关组, CPU采用SOC芯片单片机, 无线传输部分采用功率、频段、BAUD可调的日精数传电台, 系统抗干扰能力强、可靠性高、维护工作量小。该子站已在河南凤宝炼钢厂运行一年, 满足设计要求。

参考文献

[1]C8051F02x Data Sheets, Cygnal Corporation.

[2]李刚, 林凌.与8051兼容的高性能、高速单片机-8051Fxxx.北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[3]莫德举.刘丽丽.RFIC卡读写器研发[J].仪器仪表学报, 2003 (8) :14-16.

[4]王广淘, 扬喜梅.天车对位下料装置改进方法的探讨[J].铸造设备研究, 2007 (4) :26-28.

[5]宋汉珍.微型计算机原理[M].北京:高等教育出版社, 2005.

炼钢物流 篇2

最近几年中, 电脑掌控冶金活动已经获取了非常显著的成就, 现在我国的许多单位都在一定程度上引进了电脑控制体系。为了提升综合产量, 提升品质, 扩大种类, 减少费用和使用的资源的数量, 确保生产活动稳定, 在转炉中融入电脑技术, 必然成为时代发展的必然要素。在生产活动中使用动态炼钢活动之后, 能够大大的提升品质以及总数, 合理的优化活动步骤, 对于提升综合效益来讲, 意义非常的重大。所以, 在行业中引入50吨转炉进行动态炼钢控制是时代发展到必然性。

2 体系简介

莱钢4#转炉, 为无副枪顶吹型式, 年设计生产能力为50万吨, 早在十年之前的时候就应该开始运行, 通过扩容活动, 现在它具有非常高的生产力, 而且与大方坯连铸机构成了产能匹配的短流程生产线。

该转炉动态炼钢控制系统于2004年01月开始实施, 它的运作非常的安稳, 可以合乎动态炼钢对信息的规定。此体系关键进行已实现的生产管控活动。

3 世界以及我国的具体状态分析

要想切实的提升生产总数, 具有优秀的品质, 同时还能够扩充类型, 减少费用和资源的使用量, 确保工艺合乎规定, 就应该适时的引入电脑控制工艺, 它较之于别的工艺意义更加的关键, 所以在钢铁领域中, 转炉是首先使用计算机控制的机组。现在, 在世界上的很多国家都使用电脑控制体系, 我国从上个世纪的中后期逐步的进行该项探索活动, 而且也获取了非常显著地成就。现在, 我国的几大钢厂都已经在各个层次上开展了该项活动。开展生产步骤的电脑管控意义非常的关键。转炉炼钢为紧凑型生产, 所以, 引进优秀的电脑控制体系是确保品质以及生产总数得以提升的关键要素, 所以, 我们选择了静态模型和动态模型。

4 关键特征要素

4.1 基础级到计算机级数据传输程序设计:50吨转炉数据传输的控制程序通过使用西门子公司专用的编程软件STEP7, 并采用LAD、CSF、STL三种灵活的方式编制而成。整套控制程序采用模块化/结构化编程方法:整个程序又可以分成很多的单一要素, 所有的要素的程序以及信息都处于各程序块中, 并由主程序OB1在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能;除此之外, 在所有的步骤中, 进行细致的论述。此类编程措施使得一些查阅和功效的发展等活动变得非常的简便, 很好的提升了活动的灵便性以及功效性等特征。

4.2 炉气分析系统通过对转炉炉气进行分析, 获取对活动步骤的分析。

4.3 数据传输控制系统中的监控系统, 它有非常多的功效特征, 比如信息收录, 传递以及自行的预警等等的一些要素, 正是因为有这些优势特征, 所以可以确保活动能够得到精准的记载等。

5 重要工艺

5.1 对于氧枪的精确性分析

一般来讲, 在活动过程中, 针对氧枪开展的定位活动是否合理, 会对很多要素产生影响, 比如碳的多少等, 而且, 对于生产安稳以及设备的使用年限等都有着非常深入的意义。所以, 把氧枪的定位当成是非常关键的要素来处理, 硬件上采用德国TURCK增量型编码器和西门子FM450高速计数模板配合, 主要负责方位信息的收集。对于定位信息的分析, 一般是按照点线融合的措施来开展的, 对于极限位、待吹位、开氧/闭氧位、变速位等需精确定位的关键点, 采用10次往返计数值加权平均的方法, 以抵消提升加速和下降加速引起的卷扬钢绳弹性形变所造成的定位误差。对于纵轴线上的枪位显示数据, 则采用自动定量补偿和人工校准相结合的方法予以处理:也就是说在设备上升和落下的时候, 在编码器读数的基础上, 分别加或减一个补偿量, 这个补偿量是对氧枪1000次往返读数与实测枪位误差的统计处理结果, 用这一数据补偿, 在氧枪的工作行程上, 可以达到+/-2CM的定位精度, 可以有效地合乎枪位的精确性规定。除此之外, 为了提升体系的稳定性, 通过MMI设置了枪位校准按钮, 如果失误比较大的话, 可将其下降至校准区域, 按下校枪按钮进行软手动校枪, 这时候定位体系就能够自行具有精确性。

枪位计算公式如下:

L升= (W+M-N升) × (3.1416×D) ÷S

L降= (W+M+N降) × (3.1416×D) ÷S

其中:L升:提升过程实际枪位;L降:下降过程实际枪位;W:计数模板当前计数值;N升:提升过程补偿量;N降:下降过程补偿量;M:校准点初始计数读数;S:编码器每周脉冲数;D:提升装置卷扬辊直径

5.2 炉气分析系统

炼钢厂四号转炉动态炼钢炉气分析系统分为三个部分, 即EMG模块、SPS模块和图表站。第一个要素是应用到DOS下, 关键是开展信息的探索活动。第二个要素是建立在UNIX下, 关键是用语获取控制阀的相关信息。最后一个是用来获取气体量的多少的。

转炉动态炼钢系统炉气分析采用俄罗斯EMG-20-1型飞行时间质谱仪, 它属于时间质朴仪, 专为记录炼钢转炉或其它冶炼过程所排放气体的质谱图并同时分析其中多个成分含量而设计。

它是在零四年初的时候, 引入本厂的。其位于超净化区域中, 采用真空泵将炉气吸入质谱仪进行分析。

5.3 静态控制模型

它的关键活动是结合物料的性质等寻求最为合理的比例, 而且结合已有的原料明确最佳的冶炼措施。它是电脑终点管控的关键所在, 它的精确性会对碳水以及气温等的性能有非常大的影响。结合建立模型措施的差异, 静态控制模型有理论型、统计型和经验型。炼钢厂50吨转炉, 采用经验型, 构成炉气分析终点控制静态模型。它的存在有一个非常关键的前提, 即炉气分析信息, 进而确保进行终点的管控活动。

5.4 动态控制模型

它是对上一种的精确性的补充。根据物料平衡、能量平衡、化学动力学、化学热力学等理论, 以及炉气分析结果建立脱C速度计算模型、温度变化计算模型、其他元素变化计算模型等, 采用增量校验技术和神经网络技术实现对分析结果延误的矫正和系统误差的消除, 进而提谁给你命中性特征。

动态控制模型主要由炉气定碳模块、温度预报模块、喷溅预报模块、冷却剂控制模块构成。其中对于模型有关的自动学习以及适应特征的获取是切实提升其精确性以及运行性的重要要素。结合方式的差异, 其对失误现象的分析措施又可以如下的两种。

数值处理方法:T.Hara[1]将每个预测模型都表示为

y’=F (x) +△a

式中, 学习项△a在每炉喷吹结束后及时学习实际数据, 并预测下一炉y-F (x) 值。

人工智能方法:

它演示了专门人员的思想以及决定活动, 能够引入人类经验并提高模型弹性, 进而可以有效地应对以往模式中的不利现象。

6 结束语

炼钢脱硫控制系统 篇3

关键词：复合喷吹,取样,硬件组态,软件组态,OPCLink,压差控制

铁水脱硫是现代炼钢生产过程中提高钢产品质量的重要环节之一。目前使用的脱硫剂主要是金属镁粒和CaO, 而加入脱硫剂的主要方式有喷吹式和搅拌式等。介绍混合喷吹式脱硫方法。而喷吹控制系统的控制性能是提高脱硫效果、减小喷溅的关键。着重介绍了喷吹系统设备和自动控制系统的组成, 同时对控制方法也进行了分析。该系统是由日方设计及调试, 于2005年在酒钢投入运行至今。

1 概述

脱硫系统为炼钢厂铁水预处理环节, 主要目的是将进入转炉前的铁水中的含硫量降到某一规定值。系统使用的还原剂为CaO和颗粒Mg, 采用复合喷吹方式, 即:喷吹开始阶段先喷吹CaO;第二阶段同时喷吹CaO和颗粒Mg;第三阶段停喷Mg, 喷吹一段时间CaO后结束一次喷吹过程。

之所以要进行铁水脱硫, 因为, 硫在钢中通常被认为是一种有害元素。有关统计表明, 含硫0.025%～0.040%的钢与含硫<0.015%的钢相比, 连铸坯裂纹增加6倍, 冷成形材缺陷报废率上升10倍, 汽车轮箍火花焊接成形缺陷增加5～10倍, 输油管表面缺陷报废率上升10倍。

硫不仅影响钢的使用性能, 而且影响产品的表面质量, 尤其是连铸坯的表面质量。根据德国蒂森公司的经验, 含硫<0.019%的钢坯的表面缺陷比含硫>0.020%的钢坯减少50%。因此, 在连铸生产中, 要想改善产品的表面质量和减少铸坯的内部裂纹, 就必须将连铸钢水的含硫量控制在≤0.020%的范围内。

2 主要设备情况

在脱硫平台的左侧, 是脱硫的核心部分:喷吹系统。该系统分别由1个镁仓和2个镁粉喷吹罐及1个石灰粉仓和两个CaO喷吹罐组成。其中一侧的镁粉喷吹罐和CaO喷吹罐组成1#处理系统 (简称1系) , 可以对1#、2#喷吹工位进行喷吹。另侧的镁粉喷吹罐和CaO喷吹罐组成2#处理系统 (简称2系) , 可以对3#、2#喷吹工位进行喷吹。即三个喷吹工位可以同时有两个进行处理, 喷吹系统, 如图1所示。

另外, 对应每个处理工位有一套喷枪和一套测温取样枪, 其中喷枪由变频调速电机拖动的卷扬驱动, 如图2所示。

测温取样枪也是由变频驱动, 通过链条传动进行测温取样。扒渣机位于9m平台下侧, 用来撇去铁水上的浮渣。

主控室位于9m1平台, 由3台P4个人计算机和两个HUB组成。电磁站位于主控室正下方0m平台, 包括两套PLC 和远程模块配电箱CP1102、CP1103、CP1104和CP1105等组成。

3 硬件系统组成

PLC1和PLC2都是使用四槽机架的ControlLogix5000, CPU为ControlLogix5000-L55-M12, 机架模板配置, 如图3所示, 没有使用本地I/O模板。所有I/O接口都是通过ControlNet与系统相连。

PLC1比PLC2多一块DNB网卡, 在DeviceNet总线上挂有6个编码器, 分别用于三个工位的测温取样枪和喷枪的位置检测。

图4为3台监控用PC, 均为双网卡。计算机名及IP地址, 如图4所示。

4 软件系统组成

3台PC分别安装WINDOWS-XP-SP1操作系统。PC101计算机安装Intouch8.0运行开发版软件、RSLinx2.43通讯软件和OPCLink8.0版的OPC服务器软件, 画面程序的修改必须在PC101上进行 (因为InTouch开发狗在PC101计算机上) 。PC102计算机安装了Intouch8.0运行版软件、RSLinx2.43通讯软件和OPCLink8.0版的OPC服务器软件。PC103计算机不但安装了Intouch8.0运行版软件、RSLinx2.43通讯软件和OPCLink8.0版的OPC服务器软件, 还安装有RSLogix5000 IDE开发环境, 以及RSWorx For ControlNet、RSWorx For DeviceNet等。

有关整个系统的通讯可以使用图5来表示。

Intouch和OPCLink都是WonderWare公司的产品, WWView是通过SuiteLink 连接到OPCServer, 而WWMaker则是通过File I/O与OPCServer相连接。RSLogix5000PLC是通过RSLinx软件以及OPCServer与Inouth交换数据。RSLogix系列软件也是通过RSLinx与PLC连接并交换数据的。

5 压差控制与复合喷吹方式典型工艺流程特点

全部脱硫处理剂由气体输送, 与其它加料方式相比较, 在工厂布置设计上可以更加灵活紧凑。由于系统结构的原因, 也存在处理时间较长, 铁水喷溅比较严重的问题。为解决该问题, 有必要采用防喷溅罩。同时, 需要考虑防喷溅罩的维修和寿命。

新型的喷吹设备对操作灵活性、适应性及节能性要求越来越高。该脱硫站采用差压 (罐内压-喷吹压力) 控制方式, 理论上即使相关压力产生变动, 总的喷吹速度也可保持不变, 如图6所示。但系统的应答性差, 还存在为达到稳定的喷吹速度所花费的时间等问题。

为解决上述这些问题, 采用了可变阀+差压控制技术, 在喷吹操作时可以实现根据脱硫控制模型的要求方便地改变各种粉体的混合比例及喷吹速度, 实现了大调节范围的高效节能的操作。

6 结束语

随着我国改革开放事业不断向前推进及发展, 国民经济对钢铁已不再是对产品数量而转向对产品种类和质量的追求。因此, 加强对铁水预处理和二次精炼的力度, 已成为钢铁行业提高产品竞争力的必然趋势。二炼钢脱硫系统的工作效率将直接影响转炉系统和CSP生产线的正常运转。

参考文献

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[4]徐中瑶.有色金属提取手册[M].北京:冶金工业出版社, 1992.

[5]黄希枯.钢铁冶金原理 (修订版) [M].北京:冶金工业出版社, 1987.

[6]程煌, 任彤.铁水深脱硫及其发展趋势[M].钢铁, 2001 (4) :18-19.

炼钢配料系统优化改进 篇4

一、配料系统存在的问题

2001年泰钢集团公司投产40t转炉, 配料系统部分工艺流程见图1。人工启动振动给料机, 副原料由料仓落入称量斗, 达到需要量时 (称量斗反馈重量) , 人工停止振动给料机, 打开开关阀门, 原料落入中间汇总斗。配料控制系统采用西门子S7-400系列PLC, 作为过程控制的子系统通过Profibus-DP总线接入总站, 上位机采用WinCC6.0监控生产过程。配料系统使用中存在如下的问题:

(1) 人工超前或滞后停止振动给料机运行, 均会导致给料实际值和设定值存在较大偏差。

(2) 由于惯性, 设备存在余振现象, 即振动给料机电机停止后, 给料机还将继续运行一段时间, 造成实际配料值大于设定值。余振值 (振动电机电源断开时刻直到给料机停止, 重量不再变化时重量的增加值) 和振动给料机机械特性以及原料成分有关。有些原料余振很大, 如某个石灰石称量斗设定量200kg, 余振却达到150kg, 偏差严重。余振严重可导致原料化学反应不充分, 浪费物料和能源。

(3) 在称量斗往汇总斗下料过程中, 若称量斗实际重量大于工艺设定值, 操作工会强行关闭阀门, 此时称量斗仍然有料, 造成阀门堵料, 引起电机堵转, 影响设备使用寿命, 甚至烧毁电机。

二、改进措施

为加强转炉配料管理, 提升配料精度, 提高经济效益, 通过调研, 根据设备运行状况和下料特点, 2010年2月大修期间采用两种方式优化改进配料控制系统。

方式1对石灰石、萤石等价格低廉的非金属原料, 充分利用现有控制设备, 通过程序进行完善。程序控制核心是准确把握余振值, 作为判断给料机提前停机的依据, 控制流程见图2。为准确计算余振值, 减少一次偶然误差造成的影响, 程序不是将上次计算的余振值作为本次停机判断的依据, 而是取最近三次余振值, 并根据权重进行计算, 公式如下:

式中Yn———第n次下料时判断停振的理论计算余振值

ai———前三次余振的计算权重, 越接近本次下料权重越大, 且三次权重值之和为1

Yi———前三次下料每次余振的实际值

例如第四次下料余振值Y4=a1Y1+a2Y2+a3Y3, 补偿计算时为避免其中一次波动造成的误差过大, 实际应用时程序取a1≈20%、a2≈30%、a3≈50%。

方式2锰铁等价格较贵的金属原料的下料精度要求更加严格, 而且每次设定值均较小, 电机工频运行时, 余振值甚至大于设定值, 因此无法采用方式1, 即通过控制余振的方法满足精度要求。改用额定功率5kW的西门子MM440变频器拖动振动电机 (三相异步电机2×1.5kW) , PLC采样, 计算称量斗重量值, 输出4～20mA速度控制信号, 根据重量范围分段控制变频器输出频率, 控制流程见图3。

为提高下料精度, 可根据设备特点和原料属性调整速度界定范围和每段速度值。设备低速段运行时, 机械惯性较小, 因此余振也较小, 根据情况可忽略 (或估算为某固定值) , 如图3中余振接近3%, 因此当实际值达到97%时停止振动。

按上述两种方式改进后配料系统运行表明, 均能严格按照工艺要求下料, 配料精度明显提高, 最大控制误差<5%, 平均误差<2%, 为炼钢优质高产、节能降耗奠定了良好的基础。

摘要：针对炼钢配料系统存在的问题, 采用两种改进方式, 效果良好。

转炉炼钢信息管理系统 篇5

随着钢铁冶金工艺及工业自动化技术的发展,新型的高级生产管理系统逐步得到推广,如企业资源计划(E R P)、制造执行系统(M E S)等。根据冶金行业自动化的分级,炼钢区域主要包含3级系统:一级基础自动化级(L1)、二级过程控制级(L2)、三级生产管理级(L3)。由于许多中小钢厂因为种种原因无法实现属于三级的M E S,于是一种功能完善、适应转炉炼钢融合过程控制级和生产管理级具备替代M E S的新型炼钢信息管理系统应运而生。根据其服务对象、具体功能特征及实时性分级,该系统属于二级系统。

炼钢信息管理系统采集现场实时数据、综合分析建模、模拟各工作站点的工作状态;指导冶炼工序、实现各个站点信息交互、共同协调生产节奏;处理相关生产工艺数据及管理数据,在一个生产周期完成后自动生成生产、工艺、考核等报表。

1 系统组成

以某钢厂为例阐述炼钢信息管理系统的原理。该厂生产工位包含1个废钢站、2座脱硫站、2座百吨转炉、2座精炼炉、2座连铸机等,钢水接受跨3台天车吊运钢水,生产组织管理由1个调度站负责。自动化PLC主要采用GE-S9030系列及西门子S7-300/400系列。部分未进PLC数据如电子秤(含无线电子秤)、光谱仪等都以串口方式输出。

二级系统需采集的现场数据主要分3类:PLC数据、串口数据和摄像机视频数据。从成本、稳定性及维护量综合考虑,所有的数据最终都以工业以太网方式传输,网络结构见图1。二级网络所有节点设备都采用M O X A工业级产品。系统数据采集分为3种方式:

(1)脱硫站、转炉站、精炼站、连铸站等P L C系统及局部DCS系统共同组建成一级工业以太网,PLC数据通过O P C服务器传入二级系统。

本系统OPC服务器安装KEPServer自动化软件,通过该软件的相关配置即可以连接工业太网中的所有P L C。O P C服务器采用双网卡分别连接一、二级网络,其采集了占9 0%以上的系统数据。二级系统中各站点通过工业以太网从O P C服务器采集各自需要的数据,根据各自站点的数据量分别采用同步和异步通信技术。一、二级网络的核心节点皆使用模块化结构的M O X A工业级网管型交换机P T-7 7 2 8系列。为了系统安全,需在O P C服务器安装防火墙软件进行安全隔离防护。

(2)光谱成分数据、信息大屏幕、无线接收器(含无线电子秤及天车定位系统)等串口设备通过MOXA串口服务器组建串口网络。串口数据通过串口服务器传入二级系统:将光谱仪的成分数据串口映射到转炉站电脑的虚拟串口,同时转炉站将获取的成分信息通过映射虚拟串口发送至现场信息大屏幕;铁水称重地磅串口虚拟至脱硫站电脑;废钢称重地磅串口虚拟至废钢站电脑;3套天车定位无线接收器串口虚拟至天车物流电脑。

(3)所有的IP摄像机通过MOXA视频服务器组建视频网络,视频信号通过视频服务器传入二级系统。在需要查看的站点通过视频电脑安装MOXA专用的网络视频监控软件可以录制存储,最多同时监控1 6个摄像机画面。该方式既节省了大量视频电缆又充分利用了现有网络、减少了施工量和维护量,在实际使用中比传统的通过视频切换器转换的方式更经济、灵活、方便。

2 系统工作原理

2.1 以调度为控制中心

调度站实现制造技术标准管理、制造命令管理、出钢计划管理及生产指挥监控功能。

调度站根据上级下发指令,可临时发送冶炼指令或事先编制指令计划表(人工排产)进行组织生产。指令包含信息为铁水的流向、脱硫站号、转炉炉座和钢水的流向、精炼炉座、连铸机座以及钢种、炉数等。在日常生产中,调度站通过二级系统对炼钢各工位实现文字加图像无缝式监控,可详细查看到每炉次的铁水从脱硫站至转炉以及转炉钢水至精炼、连铸全过程详细的实时状态,通过系统安排各生产工位的生产与检修计划。其次调度站还对系统生成的错误数据进行人工修正,维护系统的正常运行。

2.2 各站点分散式执行

脱硫站、废钢站、转炉站、精炼站、连铸站等各工位分站点子系统实现生产控制、炉次跟踪、品质判定、成分判定等任务。

分站点按照工艺流程循环执行接收指令、执行任务、完成指令,在作业执行中收集各自站点的作业时间、参数统计,在完成每炉次生产后生成各种工艺报表。分站点还与调度站共同实现信息共享交互,具体信息共享如图2所示的一个三角形模式。

2.3 物流系统

天车物流系统根据采集到的定位信号与电子秤重量判断钢包从修包位→转炉→精炼→连铸→倒渣→修包位一个作业周期的位置,并以天车在各工位对钢包的操作进行统计产生物流报表。该系统在连铸回转台位置获取每包钢水的重包重量和空包重量换算出钢水净重,用于支持料耗和收得率等产量的统计。天车物流系统配合系统中其他站点还可以进行在线实时修正钢包运行状态和各站点的工作状态,同时天车系统也将各工位的生产工序紧密连接成一体。

2.4 系统扩展功能

系统采用微软Windows操作系统和SQLServer数据库搭建二级系统数据库服务器,编程工具为Borland C++Builder。在实际运用中,充分扩展OPC服务器功能,配合SQLServer实时数据库开发了高效实用的工业实时数据库,实现PLC数据至SQL数据库转换时间低于1s,为系统数据通信开辟了多种方案。

针对系统的可靠性、可扩充性及可维护性,采取以下措施:为了使程序界面美观、运行稳定,系统开发中采用多线程技术;为使网络中所有工位工控机的系统时间统一,应用RFC868时间协议实现校时;开发网络自动诊断系统配合网管型交换机对网络硬件故障实现最有效的监管;转炉站子系统预留静态自动炼钢的数据接口,方便新的自动炼钢技术的研发。视频服务器将各生产现场的摄像机视频信号转换为数字信号引入了二级网络,可以预留开发相关视频监控系统:如转炉喷溅监控系统、连铸铸坯跟踪定位系统、车间节能型智能照明系统等。

为了充分利用和发挥本系统数据库功能,向钢厂办公网开放部分数据,利用.N E T技术对数据库进行二次开发和数据挖掘实现全生产线生产过程的优化。

3 结语

系统建成后实现了炼钢物流跟踪、质量跟踪及各类料耗统计和工艺指标考核,提高了产量、产品合格率、金属收得率,基本达到了管控一体化,满足了炼钢生产的根本需求;在节能降耗、开发新品种等方面也提供了强劲的数据支持。系统数据信息的实时性、准确性和完整性支持了在线决策功能。本系统既减轻了操作工和维修工的劳动强度,又提高了炼钢系统质量分析、技术分析和生产管理水平。

摘要：对一种新型的适应中小型转炉炼钢系统的信息管理系统的组建、数据采集方式进行了阐述:以工业以太网为框架,以OPC为主要数据采集方式,辅助于串口服务器及视频服务器,将管理、监控系统整合一体。最后对系统的稳定性、扩展性及兼容性和产生的效益做出了综合分析。

关键词：OPC,工业以太网,串口服务器,视频服务器

参考文献

[1]高泽平.炼钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社.2006

[2]邹云涛,吴重光.OPC技术初探及国内应用现状[J].石油化工自动化,2003(,6)

[3]郑秉霖,胡琨元,常春光.一体化钢铁生产计划系统的研究现状与展望[J].控制工程,2003(,1)

炼钢电弧炉烟尘治理设计 篇6

1 工况及烟气特点分析

电弧炼钢是在电炉内利用电能作为热源进行冶炼的。它可以全部使用冷料, 也可以采用吹氧冶炼以缩短冶炼时间, 节约电能。电炉的主要优点是能炼合金钢、特种钢等优质钢, 虽然耗电量大、成本高, 但由于平炉和转炉生产的钢料往往不能满足现代工业的要求, 所以, 电炉钢的产量和品种都在不断地增长。

电炉在冶炼过程中由于炉料的加热、熔炼和化学反应使炉内产生一定的压力, 会使烟气和尘粒从电极周围的间隙、炉门和其它缝隙逸出。当炉子开盖装料和加熔剂时, 也会有烟尘逸出。特别是在电炉吹氧冶炼阶段, 烟尘排放量大大增加。对电炉烟尘如果不采取有效的控制措施, 将会严重污染车间和厂区环境, 影响工人和周围居民的健康。

电炉冶炼过程中排出的烟尘和种类取决于各种因素, 如, 炉料成分、氧化物料和浸油物质、熔炼速度、炉温、熔剂的物理状态和吹氧强度等, 并且在不同冶炼阶段所产生的烟尘也不相同。通常所用的氧化法炼钢在不同冶炼阶段产生的烟尘特征如下:

(1) 熔化期。约占全部冶炼时间的一半以上, 当炉料熔化时, 由于炉料中的油脂类可燃物质的燃烧, 金属元素在高温下的蒸发和氧化而产生黑褐色浓烟。

(2) 氧化期。 约占全部冶炼时间的1/4。当炉料熔化完毕后, 为强化脱碳除尘, 采用加矿石和吹氧等措施。由于氧气吹入钢水中进行脱碳、脱硫, 产生一氧化碳和其它氧化物, 以致产生大量赤褐色浓烟。

(3) 还原期。主要是去除钢液中的氧和硫, 最终调整化学成分到规定数值, 控制钢液温度, 创造良好的脱氧去除夹杂物和脱硫的条件, 保证钢的质量。还原期大约20min左右。 由于还原期投入炭粉等造渣材料, 在高温下进行化学反应, 因此, 还原期炉气主要呈现白色, 但也有少量黑烟。

(4) 在装料及出钢时, 炉子在瞬间产生大量烟尘。从以上情况可以看出, 电炉在整个冶炼过程中均产生烟尘。氧化期吹氧时烟气量最大, 其次是熔化期, 还原期烟气量最小。对其中小型电炉来说, 在冶炼碳钢时, 还原期产生的气量虽小于其它冶炼期, 但仍然是相当大的。

一般炼钢电炉所用原料主要有:碎铁、铁屑、废铁、铸铁和其它各种铁合金。作为造渣剂使用的物料有:石灰或石灰石、萤石、焦炭等。电炉产生的烟尘量、烟尘浓度、烟尘的粒径特性、烟尘和烟气的组成成分不仅和冶炼阶段有关, 而且因炉料的种类及其配比不同而有很大变化

2 设计原则

1) 1.5T、3T电炉烟尘治理工程共用一套反污染系统, 即风机、除尘器, 末端高空排放烟囱合用一套装置。

2) 1.5T、3T电炉的捕尘罩要求捕集率高, 烟尘捕集率大于90%, 捕尘罩的设置不能影响正常工作。据《技术政策规定》, 因此, 选用半密闭型捕尘罩。

3) 除尘器选用干式高效滤袋除尘器, 滤布要注意防高温。

4) 两台电炉烟尘治理共用一系统, 要充分考虑单台或同时工作时的阀门切换及风量风压的调节, 其主风机应设置能适应负荷变化的调速运行装置。

3 烟尘治理工艺流程

3.1 1.5t电弧炉除尘相关工艺条件

1.5T电炉烟气量确定:

炉内始发烟气量为: 600～800 m3/h;

半密闭罩捕烟量为: 12 000～17 000 m3/h;

半密闭罩工况捕烟量为:31 500 m3/h (135℃) ;

半密闭罩设计捕烟量为:40 000 m3/h;

1.5T电炉烟气量确定为:40 000m3/h。

3.2 3t电弧炉除尘相关工艺条件

3T电炉烟气量确定:

炉内始发烟气量为: 800～1 200 m3/h;

半密闭罩捕烟量为: 17 000 ～26 000N m3/h;

半密闭工况捕烟量为:48 200 m3/h (135℃) ;

半密闭设计捕烟量为:58 200 m3/h;

3T电炉烟气量确定为: 65 000m3/h 。

3.3 电炉烟尘治理工艺流程, 如图1所示

4 系统工艺说明

1.5T电炉壳设计的半封闭罩具有一定投影覆盖面积, 长×宽=5 000×4 800;3T电炉炉壳半密闭罩投影覆盖面积长×宽=6 000×6 000。为方便冶炼过程的操作, 制做成标高3m以下不封闭的罩体, 能够有效地捕集电炉各冶炼期形成的烟尘。

为配合电炉生产更换电极及对电极夹持器水冷密封圈的维护, 半密闭罩设计为炉前固定, 炉后可移动的小车, 可就近控制其开启或关闭。

半密闭罩的设计充分考虑电炉出钢时倾角38°～40°, 扒渣时的倾角5°, 电炉烟尘捕集率达90%以上。

烟气通过半密闭罩进入除尘管道的温度, 最低60℃, 最高138℃, 平均80℃。风机前的除尘管道上设有ф600mm野风电动蝶阀, 通过烟道温度实时监测, 并设定实现联动自动启闭, 以防滤袋过热烧损。

袋式除尘器的清灰可用定时或定压两种方式实现自动清灰, 并通过编程时间控制器控制滤袋清灰时间, 也可用手动控制。当滤袋阻力大于设定值时, 清灰控制电路开始启动, 按照滤袋清灰程序, 使三通切换阀分别控制反吹风机及各室清灰。

5 主要设施技术参数

5.1 1.5T电炉半密闭罩

规格 5 000×4 800×5 000 (mm) ;

材质 Q235;

炉前部分固定, 炉后部分可移动。

5.2 3T电炉半密闭罩

规格 6 000×6 000×6 000 (mm) ;

材质 Q235;

炉前部分固定, 炉后部分可移动。

5.3 电炉除尘主引风机

型号: Y4-68NO 12.5D;

流量: 60 611～110 772 m3/h;

全压: 5 300～3 619Pa;

电机: 160kW (Y315M2-4) 。

5.4 电炉除尘反吹风机

型号: 9-19N0 6.3A;

流量: 3 220～6 978 m3/h;

全压: 9 149～8 148Pa;

电机: 30kW (Y200L-2-30) 。

5.5 电炉除尘器

设计选用分室反吹袋式除尘器

(1) 除尘器主要特点:

①无需外设压缩空气制备、过滤、除油、除水、保温、输送、干燥等设备, 节约投资, 运行费用低, 节省人力;

②除布袋外无易损件, 运行稳定可靠、故障率低, 尤其适用于北方高寒地区;

③采用反吹风清灰方式, 清灰效果好, 运行阻力低, 降低能耗;

④含尘气体进风管可设在除尘器灰斗部上方、长度或宽度方向任意位置, 使得设计、布置更加灵活、方便, 减少现场管道安装工作量及安装造价;

⑤在灰斗部对含尘气体进行分流、均布等预处理措施, 看似简单的袋除尘, 实际上相当于组合式除尘器。

(2) 结构

该收尘器由含尘气体入口、集灰斗、过滤室、排气阀、排气总管、反吹风管、反吹风阀、滤袋、滤袋悬挂装置、螺旋输送机、卸料器以及自动控制清灰系统组成。

袋室花板采用冷冲压压延滚压成型工艺来增加内部结构的强度, 布袋吊架采用高强度弹簧使逆吹清灰时有较好的振动性, 使清灰效果达到最理想的状态, 布袋笼骨采用多个环形圈缝制在布袋中间, 使其在逆吹清灰过程中不会把布袋吸瘪而影响清灰效果。

(3) 工作原理

①过滤:

含尘气体经工艺管路进入收尘器气管, 由下部进入集灰斗上部, 部分大颗粒由惯性直接落下集灰斗, 其余含尘气体进入袋室, 由滤袋过滤后直接进入净气室, 然后通过排气管由风机排入大气, 该收尘器为下部进气、负压、内滤式布袋除尘器。

②清灰及自动控制:

收尘器运行一段时间后, 滤袋内表面捕集粉尘阻力达到一定值时, 控制系统自动定时打开反吹风, 同时关闭排气阀, 即停止内膨胀压力工作, 开启滤袋外表压力工作, 使滤袋收缩、振动把滤袋内表面的粉尘除掉, 清灰过程达到一定的时间后, 该室滤袋又投入正常工作。

整个清灰过程比较简单, 是靠关闭该室排气阀的同时开启该室的反吹风阀, 将原来膨胀的滤袋在反吹风的作用下吹瘪变形, 使其达到滤袋内表面粉尘被清除掉的目的。清除掉的粉尘落入集灰斗, 经过螺旋输送机和卸料器排出, 输送到指定地点。整个清灰动作是分室轮流进行的, 所以, 不影响收尘器的正常工作。

定时清灰是按时间程序, 根据各室实际情况通过可调时间参数自动轮流进行清灰的, 清灰周期可根据实际情况和工艺要求设定调整。

(4) 主要技术参数

型号: S88—4;

处理烟气量: 100 000m3/h ;

烟气温度: <150°;

入口烟气含尘浓度: <200g/NM3;

出口排放浓度: 100mg/NM3;

设备阻力: 1 500Pa;

滤袋:规格 φ200×6 500 (mm) ;

袋数/室 (条) 88;

总袋数 352;

材质: 针刺毡;

室数 (个) : 4;

过滤方式: 内滤式;

外形尺寸: 12 000×4 000×14 400 (mm) 。

6 运行管理

电炉除尘系统, 在1.5T、3T炉集尘罩后分别装有电动蝶阀, 单台或两台工作时可通过蝶阀启动而达到捕尘效果, 在主风管安装有热电偶和野风阀, 以防温度过高烧损滤袋;主引风机采用调速方法, 以达到调节风压、风量作用, 除尘器清灰采用PLC技术及时清理各室灰尘。

7 烟尘处理设施布置

电炉除尘系统管道由空中架设, 可移动罩由小车、钢轨组成, 要因地制宜, 合理布局不得影响正常操作, 除尘器置于室外原预留地。

8 结束语

针对中小型电弧炉的烟尘治理, 本设计采用半密闭移动集尘罩、大布袋反吹除尘器除尘, 烟尘排放浓度小于50mg/m3, 完全满足《工业窑炉排放标准》之要求, 这也为硅铁炉、电石炉、回转窑等其他窑炉烟尘治理方法的选择打下一定的基础。

参考文献

[1]胡名操.环境保护实用数据手册[M].北京:机械工业出版社, 1990.

转炉炼钢自动控制系统 篇7

转炉炼钢自动控制系统主要由四大部分组成:现场控制设备, 即现场电气、仪表设备的控制与检测;基础自动化系统, 即生产过程的监控和联锁控制以及远程I/O控制;过程控制计算机系统, 即过程控制、过程优化、数模计算、实绩收集处理;生产管理计算机系统, 即生产计划的编制与调整。现代转炉控制系统自动化程度越来越高, 基础自动化的系统配置主要包括PLC、DCS、现场总线远程I/O、HMI等硬件。

1 自动控制过程

转炉炼钢自动化控制基本流程就是通过完善的控制软件, 应用计算机通信、优化的静态模型和动态模型、顶底复吹、快速复枪测试和溅渣补炉技术, 实现转炉炼钢从吹炼条件、吹炼过程控制, 直至终点前动态预测和调整, 吹制设定的终点目标自动提枪的全程计算机控制, 实现转炉炼钢终点成分和温度达到双命中, 做到快速出钢, 提高钢水质量, 提高劳动生产率, 降低成本。

2 转炉氧枪系统控制

转炉氧枪系统主要由氧枪供氧、氧枪冷却水、氧枪氮封阀、氧枪升降位置控制和主备枪换枪的横移控制等系统组成。

2.1 转炉氧枪控制水系统

氧枪供水系统主要功能是对氧枪进水或者出水的压力与流量进行检测, 氧枪出现轻度漏水时预警提示;氧枪漏水重度报警并对漏水事故进行处理, 事故处理完毕后下达恢复生产命令;氧枪冷却水、回水压力低于报警设定值, 氧枪出水温度检测高于报警设定值, 氧枪冷却水进入水流量差高于报警设定值时, 进行报警显示。

2.2 转炉氧枪供氧系统

各信号参数传送至PLC, 通过程序调节阀的开度、氧枪的升降等。以氧压调节为例, 氧压一次调节, 是将阀后氧压力信号经压力变送器送至PLC, 通过程序PI模拟调节器来调节阀的开度, 使阀后压力稳定在工艺要求的范围内。为降低在开吹时阀门开度突然开大造成的扰动, 程序中要设计无干扰切换控制。

氧气流量控制是对流量调节阀的开度实施PID调节。氧流量检测通常采用孔板和差压变送器。

2.3 氧枪位置控制系统

氧枪位置控制系统把速度控制电压分成200单位控制增量, 对应相应的输出电压, 200对应最大输出电压+/-10V, 理论情况下, 增量为0控制输出为0V, 整个控制曲线为11级, 其数据分组存于特定的数据区内。在控制距离1.5m外, 给定最大速度, 进入控制距离则按曲线减速停车。

3 转炉底吹系统控制

底吹方案确定后, 转炉吹炼周期内, 底吹系统会按照固定的自动步骤执行, 如图1所示。

4 转炉自动炼钢控制系统实现过程

转炉的吹炼顺序控制分成15个阶段。在主操作HMI上有个吹炼顺序控制菜单, 将这15个阶段按功能设计成纯监视的和既带监视又可控制的两种类型, 供操作工监控吹炼顺序控制的全过程。控制过程:

(1) 熔剂预处理。转炉吹炼模式确认后, 如果有零阶段料, 则PLC控制系统开始自动称料, 自动添加完成零阶段称重过程;如果吹炼模式中没有添加零阶段料的要求, PLC控制系统收到模式确认的信号后, 自接生成“零阶段称重结束”信号, 产生“熔剂处理已完成”信号。

(2) 转炉添加开始。进入“转炉添加开始”阶段后, PLC控制系统发送风机升速命令。

(3) 废钢添加完成。岗位操作人员确认现场已完成向转炉中添加废钢的工作后, 在HMI上点击“废钢添加完成”键, 顺控进入下一阶段。

(4) 铁水添加完成。岗位操作人员确认现场已完成向转炉中兑铁水的工作后, 在HMI上按下“铁水添加完成”键。

(5) 转炉添加完成。当系统正常完成“转炉添加开始”、“废钢添加完成”和“铁水添加完成”这3个阶段后, “转炉添加完成”阶段即实现。当实现“转炉添加完成”后, “转炉添加”开始指令将被屏蔽。

(6) 吹炼开始。在转炉添加阶段完成后, PLC控制系统处于吹炼准备状态, 氧气系统正常, 由操作工确认执行吹炼。

(7) 点火。当氧枪到达指定高度并且氧气阀已经打开后, HMI上弹出“点火”按钮, 岗位操作人员在规定时间内按“点火”按钮启动氧量时钟, 进而启动整个炼钢进程。在吹炼后期, 当吹氧量接近进行副枪测量的设定值时, 系统自动进行降氧、抬升氧枪位操作, 信号发送给PLC控制系统, 自动进人动态炼钢进程。

(8) 吹炼停止。在氧量时钟达到系统动态修正后的总氧量值时, 系统自动提枪, 当氧枪到达工作停放位后, 将会产生“吹炼停止”信号。

(9) 吹炼结束。有“出钢开始”和“吹炼停止”信号, 则生成“吹炼结束”信号。

(10) 出钢开始。当转炉开始出钢, 并且角度编码器检测到转炉已转至出钢位时, 在PLC控制系统中生成“出钢开始”信号。

(11) 出钢结束。在出钢结束, 转炉转回零位后, PLC控制系统生成“出钢结束”信号。

(12) 溅渣护炉。在出钢结束后, 如果需要进行溅渣护炉, 则岗位操作人员将转炉工作模式从吹炼方式切换到维护方式, 溅渣系统处于准备状态后, 即可进行溅渣护炉。溅渣护炉的控制过程类似转炉顺控, 也分手动和自动两种。在自动方式下, 由PLC实现自动下枪、自动开氮、自动提枪、自动关氮以及紧急提枪和紧急关氮等控制。

(13) 出渣开始。当转炉开始出渣, 并且角度编码器检测到转炉已转至出渣位时, 在PLC控制系统生成“出渣开始”信号。

(14) 出渣结束。在出渣结束, 转炉转回零位后, PLC控制系统生成“出渣结束”信号。

(15) 炉次结束。在出渣事件已产生, 并且“出渣结束”已生成的情况下, 产生“炉次结束”信号。

参考文献

[1]叶国英, 方康玲, 罗蔚.转炉氧枪倾动自动化改造[J].电工技术, 2009, (05)

[2]徐长锐, 李宁.转炉煤气回收自动化控制系统的应用[J].中国仪器仪表, 2009, (07)

[3]王喆, 何俊正, 李瑞波.炼钢转炉自动化控制系统研究[J].冶金动力, 2009, (04)