马钢四钢轧“一键炼钢”的工艺开发历程.doc

摘要：介绍了马鞍山钢铁股份公司四钢轧总厂在成功应用计算机自动控制炼钢技术的基础上，近年来对全自动化炼钢（一键炼钢）的发展过程，并以及介绍了四钢轧自动化炼钢的实际情况，介绍sdm（静动态炼钢模型）功能、基础自动化（l1）控制枪位氧步和加料模型以及副枪系统。使2014年全自动炼钢率平均稳定在65%的水平，温度（±10℃），碳在控制计划范围的，双命中率>65%。

关键词：全自动炼钢；转炉；静动态炼钢模型；副枪；自动加料模型
1.前言
马钢四钢轧总厂为适应未来发展，与世界先进技术接轨，2007年投产后，总厂自动化炼钢技术攻关团队，持之以恒地开展工艺优化、设备系统完善、人员培训和标准化作业系统管理等配套工作。特别是2010年公司启动四钢轧总厂产品结构调整以来，自动化炼钢项目组紧紧抓住新建1号转炉的机遇，在达涅利公司相关专家的大力支持下，在系统、全面总结2号、3号转炉自动化炼钢攻关方面经验教训的基础上，按照总厂提出的新1#转炉必须实现“一键式”炼钢的总目标，对原有的加料系统进行了重大改进，促进了转炉加料均衡平稳和吹炼过程的平稳。
2012年6月27日10时08分，在新1号转炉投产仅两个多月的第1903炉时，该系统在总厂正式投入运行。鼠标轻点，第一炉自动化冶炼的if洁净钢吹炼平稳、钢水终点准确命中。截至2013年6月27日，整整一年的运行，全自动炼钢率平均稳定在85%的水平，温度（±10℃），碳在控制计划范围的，双命中率>70%。。以下将着重介绍其2007年以来四钢轧在全自动计算机炼钢技术的工艺开发历程。
2.全自动炼钢研究与开发过程
马钢四钢轧从荷兰danielicorus公司引进了sdm模型，即自动化炼钢静动态模型（staticanddynamicmodel，简写为sdm或l2）与副枪系统。自动化炼钢静动态模型以及副枪的应用提高了马钢四钢轧全自动化炼钢的技术水平。
马钢四钢轧转炉自动化炼钢是根据sdm进行生产控制，又称“一键炼钢”，即在操作画面按开始吹炼按钮后，直至出钢，整个吹炼过程无任何干涉。
2.1静动态模型炼钢（sdm或l2）
静动态模型炼钢（sdm）包括静态模型与动态模型：
2.1.1转炉静态模型
转炉静态模型是根据转炉吹炼前期的操作条件及吹止目标，计算副原料加入量、冷却剂加入量、副枪测定时的氧量，控制转炉吹炼前期和中期。静态模型结合动态模型控制转炉整个吹炼过程，使吹止钢水达到钢种规定的目标温度和目标成分，静态模型是转炉动态模型进行计算的基础。
当模型完成对原始数据（装入量、铁水废钢比、铁水成分温度、废钢质量及成分等）采集后，此模型根据实际加入的铁水和废钢，自动计算出本炉次的冶炼用氧量、转炉辅料的加料时刻和重量、氧枪枪位控制以及要进行测量的副枪控制和副枪的浸入深度、底吹的控制模式等。下枪开始吹氧，静态模型立即启动，并实时检测氧枪枪位及供氧流量、耗氧量、辅料加入量、冷却剂加入量以及烟气含量分析等信息。
转炉静态模型是转炉计算机控制的重要内容，主要有终点控制模型、供氧模型、造渣模型。
2.1.2转炉的动态模型
动态模型的作用是通过副枪测量出主吹温度以及主吹碳以后进行模型计算，求出剩余吹氧量和剩余冷却剂加入量。动态模型包括脱碳速度模型、钢水升温模型、冷却剂加入量模型三个模型。动态模型在吹炼中前期不参与控制，只在氧耗量达到静态计算值的80%时，动态模型的计算结果才参与控制。
2.2基础自动化（l1）
基础自动化控制主要分为通过二级对枪位的控制，以及通过二级对加料的控制，其中难点在加料的控制.
2.2.1sdm通过l1对枪位的控制
l1级以plc作为基础级，对生产过程进行计划、设定、联锁控制；l2级根据氧步下达枪位加料表以实现自动枪位，加料。因此在全自动模式下只需在l1级操作画面点击开始吹炼按钮，就可进行枪位的全自动吹炼。
2.2.2sdm通过l1对加料的控制
马钢第四钢轧总厂炼钢转炉加料系统设有11个高位料仓，料仓下面设有6个称量斗和4个汇总斗，一般2至4个不等的高位料仓公用一个称量斗，称量斗称完的物料通过卸料阀放入下面的汇总斗内，最后通过位于汇总斗底部的卸料阀将物料投入炉内，完成加料作业。以上设备全部由plc控制。
2.2.3副枪系统
四钢轧引进的副枪主要由驱动系统、dirc测量装置和控制系统组成。驱动系统负责探头装卸以及枪体的旋转和升降；dirc测量装置通过探头多芯补偿导线采集电偶、氧电动势信号，经调制处理并将其送至plc；控制系统由西门子s7-400构成，控制副枪硬件和处理dirc、hmi和二级服务器之间的数据交换，通过plc副枪可以实现手动、半自动和全自动运行模式。其自动模式如下：
吹氧量达到大约85%时，自动启动测量循环，副枪旋转电机拖动旋转平台做90°水平旋转运动至副枪测量位，位于副枪下枪口位置的氮封阀和密封帽依次打开，副