浅谈柳钢150T转炉副枪系统的应用

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一、 前言

　　随着国内炼钢产业的发展，国内炼钢企业的竟争也越来越激烈，为了有效的控制炼钢的周期、钢水的成分、自动化炼钢等因素。引进副枪炼钢是钢厂的大势所趋。副枪技术在冶炼过程中，使用副枪可在不中断吹炼或不倒炉的状态下，去获得转炉熔池的各种所需要的信息，例如：温度、碳含量、氧含量、熔池高度及熔池内液体的各种化学成分。这样便可以借助转炉计算机对吹炼所需要的氧量和冷却剂的添加量进行反复计算，调整系统的各种参数，以命中碳、温度的目标值，避免后吹。柳钢150吨炼钢工程是柳钢集团做强做大的重点工程，150吨炼钢工程是一个现代化程度很高的庞大工程，汇集了国内外最为先进的技术设备。在转炉冶炼工艺中，150吨炼钢厂应用了武汉华枫传感器件有限责任公司的副枪技术和HIM技术。利用这两项技术，能够实现转炉静、动态炼钢，可以提高转炉冶炼终点命中率，降低成本，提高产品质量。副枪的正常运行对于顺利控制生产节奏以及保产、增产起着重要的作用，因此降低副枪系统的故障率对保障转炉厂的生产稳定运行显得十分关键。

二、系统概述

　副枪数据分析系统基于VME（Versa Moudel Eurocard）嵌入式系统，运行在实时环境下，采样精度高、运行快速。副枪数据分析系统与副枪一起配合使用，在转炉吹炼尾期和吹炼结束时分别对转炉钢水温度、钢水结晶温度、氧含量、钢水液面进行测量。为了完成这些测量，探头必须先连接到副枪上，然后通过副枪插入到钢水中，探头信号依靠补偿电缆传送到数据分析系统的模拟输入端，经运算分析，最后通过数据分析系统与副枪PLC进行通讯，以交换过程控制信息并输出测量结果。 　

1、转炉副枪自动化炼钢技术的优点

（1）提高操作效率

（2）提高终点[C]、T双命中率

（3）减少补吹次数

（4）减少渣中铁含量

（5）延长炉衬寿命

（6）优化废钢融化效率

（7）管理信息化

2、副枪工艺过程 　　副枪设备的设计可靠，为转炉提供了一个有效的工具，使其能在不间断吹炼的情况下在转炉的垂直位置进行熔池温度的测量及取样。副枪设备从加热的探头存放箱中取出选定探头，自动连接到副枪的顶端并移到转炉上方。打开烟罩上一专用入口，将探头降低入熔池中。根据所用探头的类型，热电偶和测氧单元发出信号，几秒钟之后提升探头并在转炉平台上自动将探头取下，取出试样送化验室分析。所发出的信号经处理，将给操作工有价值的数据。副枪可使用各种探头，如：TSC探头（用于温度、取样、定碳）；TSO探头（用于测温、取样、定氧）以及T探头（仅用于测温）。TSC探头用于吹炼中测量；TSO探头用于终点吹炼测量；而T探头仅用于当操作工只需要温度参数的情况，如：当钢水不能直接出钢，需在转炉中等待较长时间时。现代的炼钢过程中依靠副枪测量来调节吹氧量和转炉溶剂添加量。动态控制模型和精确的副枪数据使“快速出钢”得以实现，另外这种操作的成功与否完全取决于“吹炼中期测量”所得数据的可靠度。 3、副枪系统的主要功能 副枪控制系统在转炉工艺过程中主要有以下功能:

（1）在测量前自动选择探头并连接到副枪探头夹持器上; （2）降低探头进入转炉所需高度; （3）从钢水中取样，并用多功能副枪探头测量钢水温度和钢水凝固温度; （4）吹炼后测量熔池液位(TSO探头); （5）测量自由氧含量（仅在“终点吹炼”测量中）； （6）将传感器信号传给信号处理器， PLC传给过程计算机； （7）在转炉控制室工作站上显示结果和质量代码； （8）从副枪上取下探头； （9）通常可以将副枪降至操作平台（在现场方式下和在维护测试位置）更换探头夹或作简单

4、转炉副枪炼钢技术性能指标的维护技术性能指标

（1）满足不同液面高度的测量

（2）可在吹炼中测量，也可在静态进行测量

（3）定位精度高，设备正常运转率≥98％

（4）整个操作过程自动化程度高

（5）测出的数据应具有代表性

（6）副枪在一个冶炼周期内可组合完成：测温、定碳/定氧、测液面、取样等功能

5、探头的分类

TSC（测温、定碳、取样）

　　在吹炼终点前2分钟左右时插入溶池内，迅速测出溶池温度和钢液凝固温度，将数据送入过程计算机，通过凝固温度和碳含量的关系求出碳含量，及时修正吹炼静态模型，实现动态控制，提高转炉炼钢的命中率。

TSO（测温、定氧、取样）

　　在吹炼终点时插入溶池内，测出终点钢液温度和氧活度；采用氧电池精确测定终点钢水的氧活度，根据碳氧平衡计算钢水中的碳含量，以决定出钢时的配碳及脱氧剂和合金的加入量，并可测定溶池的液面高度。

三、 副枪的自动炼钢模型和DAS数据分析系统

1、功能描述

　　转炉自动炼钢过程是在电脑程序控制即电气控制系统下完成，基本实现无人化生产，自动化程度高，并具有准确、及时以及安全等功能。转炉自动化炼钢模型包括静态数学和动态数学模型，静态数学模型通过生产计划、钢种、工艺线路以及相关信息，确定入炉主原料和过程加入辅原料的加入量即钢水成分，中间温度计算模型能够计算出每个工艺点的温度。动态数据模型是在吹炼的尾期，借助副枪测量系统测量钢水中的相关信息，动态修正静态数学模型计算出钢时钢水此和温度的目标值，从而提高转炉炼钢终点C-T双命中率。 　　

2、副枪数据分析系统基于VME（Versa MoudelEurocard）嵌入式系统，运行在实时环境下，采样精度高、运行快速。副枪数据分析系统与副枪一起配合使用，在转炉吹炼尾期和吹炼结束时分别对转炉钢水温度、钢水结晶温度、氧含量、钢水液面进行测量。为了完成这些测量，探头必须先连接到副枪上，然后通过副枪插入到钢水中，探头信号依靠补偿电缆传送到数据分析系统的模拟输入端，经运算分析，最后通过数据分析系统与副枪PLC进行通讯，以交换过程控制信息并输出测量结果。 　　

3、分析仪表MAS-T400的强大功能分析

MAS-T400为一台高速智能连续数据采集分析仪表，仪表可以自动根据数据的连续数据曲线，分析出相对数据最稳定和最精确的数据并加以处理计算。

（1）平台值分析

　　仪表在用户设定的有效数据区中，自动通过模糊分析模型在数据中找到符合用户要求的一段稳定数据，这段数据的变化率最小，稳定性最高。为了兼顾测成率与准确性的关系，在平台取值中引入了平台值等级的概念。定义等级共分为5极，从数据分析的稳定性从好到差依次为A级、B级、C级、D级和一个未测出级。

（2）单通道液位分析

　　在实际的数据采集曲线中发现，当副枪探头从钢水中抽出时，熔池温度会有一个突然的温度变化，温度会升高。氧电势的毫伏值也会有一个突变的状态。仪表通过取平台值相反的模糊分析模型，可以准确的分析出这两种数据的变化点。当该点被确定后液位的大致位置就可以确定了。

（3）复合液位分析

　　在实际应用中发现单独取某一通道的液位点。会影响液位的分析准确性。所以使用了一个二次液位分析法。当仪表同时分析出两个液位值时，仪表会通过两个液位点的间隔时间来区分液位的取值准确性。当两点的时间间隔越短证明该液位越准确，可信度也越高。仪表在通过计算这两点之间的时间中间值取出当前的副枪枪高。

4、副枪HFDAS数据分析系统是在数万个传感器特性和实际现场应用曲线的基础上开发成功的，由一个嵌入式计算机、一个个人计算机及辅件组成。HFDAS是与副枪一起配合使用，在转炉吹炼末期和吹炼结束时，通过联结在副枪上的复合测头分别测量出熔池温度、结晶温度、氧活度和液位等信息，并依靠探头内补偿电缆将测量信息传送至模拟输入模板，经运算分析得到测量结果。并通过自动启动动态数学模型，来交换过程控制信息及输出测量结果，按照钢种的要求及时、有效的控制调整钢水温度和钢水成分；从而达到自动控制钢水的温度和碳含量，在不倒炉和不重吹的情况下一次性完成吹炼的过程。HFDAS是基于军事工业嵌入式总线系统，运行专用分析软件，采用高精度的输入输出模板，运行快速，测量精度高。

四、套副枪日常维护中的整改

1、150吨转炉3套副枪的旋转变频控制的整改

　　原来3套副枪的旋转停车控制是自由停车，自由停车安全性较差且精确度也不高。经常出现副枪在测量位和连接位不对中，在下降过程中枪体容易发生碰撞，导致接插件断和把持器及枪体的变形弯曲。通过对变频器参数的重新设定，现实现了制动停车，增强了安全性和精确度，基本上避免了因枪体不对中接插件的损坏和把持器及枪体的变形弯曲，从而增强了接插件和把持器及枪体的使用寿命。一只接插件的价格大概为1000元左右。

2、 150吨转炉3套副枪的枪外线的整改

　　　原3套副枪的枪外线外层没有加任何保护，且还是与氮气管绑在一起，在枪体的旋转过程中副枪的冷却水进﹑出管与氮气管和枪外线发生摩擦，容易导致枪外线的破皮，导致短路，从且影响生产。整改方案是：在枪外线外用氩气管加套，加套后再旋空，不与氮气管绑一起。整改后避免了挤压摩擦，大大提高了电缆的使用寿命，从而降低电缆成本。

3、150吨转炉3套副枪事故上限和电气上限的整改

　　原限位为电气感应限位，当枪体高速上升过程中电气限位的感应度不够灵敏，曾造成1号炉副枪冲顶事故，现将电气限位更改为机械限位，做到了安全可靠。

五、结束词

　　副枪传动控制系统利用西门子变频器高性能的矢量控制和强大的软件编程功能完成了工艺控制要求；可以选择多种控制模式满足备用控制的需要；柳钢副枪控制系统利用西门子工程型变频器很好地实现了副枪自动炼钢、转炉工艺的核心设备的各项控制要求。