副枪技术在重钢180t转炉的应用与实践

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摘要：副枪技术在重钢180t转炉上的应用，改变了多年来转炉传统冶炼的工艺，使重钢实现了从经验炼钢到动态炼钢、计算炼钢的转化。本文重点介绍了副枪系统的设备组成、控制系统和实践经验总结。

关键词：炼钢；副枪；转炉

中图分类号TF7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）66-0052-02

为了提高生产效率，降低炼钢成本，增强企业竞争力，单凭炼钢操作人员的经验炼钢已不能满足当今现代化生产的需要，为此重钢在环保搬迁的过程中引入了副枪技术。通过副枪技术在180t转炉上的应用，使重钢实现了从经验炼钢到动态炼钢、计算炼钢的转化，炼钢整体水平有了一个质的飞跃。在转炉不停止吹氧并且不倒炉的情况下，利用副枪进行过程测量，并调用动态数学模型进行终点控制，冶炼周期显著缩短，生产能力大幅度提高。对提高产品质量、降低生产成本也起到了重要作用。

1 副枪的生产工艺

重钢引进的副枪采用旋转升降式，主要完成三个主要动作：副枪的升降、副枪的旋转、探头的自动装卸。在水平方向上有探头连接位和测量位两个位置，借助旋转装置实现副枪在这两个位置的转动。在垂直方向上主要靠其升降装置在冶炼过程中升降，使用副枪在不中断吹炼和不倒炉的状态下，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。同时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，提高了命中碳、温度的目标值。

2 副枪系统的工艺参数

为满足转炉生产的需要，副枪系统能达到以下工艺参数：

1）副枪自动冶炼控制系统：终点双命中率≥90%（低碳±0.01%，中高碳±0.02%，温度±10℃）；

2）枪体升降旋转平稳可靠，定位准确，定位精度要求达：旋转±20mm，垂直±10mm，升降速度：高速150m/min，中速36m/min，低速6m/min；

3）探头的接插及拆卸全自动控制，动作精准、占用时间短。探头的存放布局合理，并要求全自动控制；

4）枪体使用寿命≥1 500次；

5）副枪运行全过程时间满足工艺要求，副枪循环周期在120s以内；

6）副枪设备投运率≥98%，副枪系统测成率≥95%。

3 副枪系统的设备构成

3.1 副枪升降装置

副枪安装在升降小车上，升降小车带机械防坠功能，其升降动作是由一台交流变频电动机驱动相应的机械设备来完成的。交流电动机由 VVVF装置带闭环控制回路实现传动控制。现场位置控制是由两只编码器互为校对以及2只接近感应极限开关、2只机械式极限开关等辅助设备共同来完成的。

副枪本体为套管式设计，为避免受高温等环境影响，内通循环冷却水来保护内部补偿导线。接插件固定在副枪本体端部，与探头联接时插入纸管，插接件与测量元件导线联接。测量时通过控制副枪本体的升、降来带动联接探头进、出熔池内，实现测量过程。

3.2 副枪旋转装置

副枪的旋转是由1套VVVF变频装置驱动相应的机械设备来完成的。现场位置控制由编码器以及4只接近感应极限开关、2只机械式极限开关等辅助设备共同来完成。副枪旋转系统采用旋转定位的测量方式，其主要目的是副枪机构可移动到联接位联接探头，可移动到测量位进行测量。

副枪旋转装置包括旋转支架钢结构、升降平台、旋转电机及减速机、制动器等。定位控制：通过接近开关、脉冲编码器和PLC完成定位控制。由一些接近开关确认实际的工艺位置，由行程开关负责机械保护停车，及与转炉设备位置的联锁控制系统，平稳可靠，定位准确。

3.3 探头自动装卸装置

副枪探头自动装卸装置由：探头存储系统、探头分拣系统、探头输送系统、探头夹紧翻转系统、探头支承构架系统、探头拆卸系统、电气控制系统等部分组成。

该系统是在 PLC 电气控制系统固定程序的控制下，自动完成一系列的动作：探头供应 探头输送摆动臂旋转探头连接。

4 副枪的控制系统

副枪的动作主要有三个工作周期：联接周期：将探头与副枪连接好；测量周期：进行一次测量；复位周期：副枪复位一次，回到可以联接探头的起始位置。

副枪操的动作的二个辅助工作周期（主要用于维护）：移到测量位置，移动到维护/联接位置。为实现副枪的动作周期和对钢水温度、碳含量、氧含量的准确检测，副枪具有基础自动化控制系统和DAS数据分析系统。

4.1 副枪基础自动化控制系统

基础自动化系统的网络结构采用工业以太网和Profibus现场总线相结合，主站之间及操作员工作站的网络为工业以太环形网，带宽为100M，采用TCP/IP通讯协议，每架DP网内的主站通过Profibus-DP总线下挂远程工作从站、变频器、各类仪表执行器。

副枪PLC控制系统用于控制副枪旋转、升降、探头自动装卸机构及密封帽刮渣器装置等，PLC与VVVF的电气连接采用I/O控制和DP数据交换两种连接方式。配备有高速计数模块用于副枪高度和旋转角度的位置检测，以及各类数I/O模块和模拟量I/O模块，并通过通讯接口接受数据分析系统的测量结果和状态信息，同时通过以太网络和其它PLC、HMI通讯，以及与转炉二级机连网，向转炉二级机通讯传送副枪测量结果和接收转炉二级机的控制信号。

4.2 副枪DAS数据分析系统

副枪DAS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。在吹炼结束前大约两分钟，过程计算机通过副枪第一次测量的结果自动启动动态数学模型，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。

DAS副枪数据分析系统采用的是开放式结构，并集中了先进的嵌入式计算机数字接口技术与高精度模块化仪器的优点。DAS副枪数据分析系统对现场数据的采样率高，数据反映真实，并能在1ms内完成基础信号数据的三次软硬件滤波，最大限度降低现场各种干扰。

在信号分析方面DAS能够在0.01ms内完成3200组数据的分析处理，并且分析的窗口长度可依据用户的实际情况相应调整。DAS的界面直观，能够实时的显示枪位等各种数据。便于工艺人员管理分析。每炉的测量数据已相应的文件名保存，最多可记录5万炉的数据。

5 副枪系统实践中的经验总结

副枪的在重钢的实践使用中，我们也遇到过旋转定位不准的难点。通过对设备运行记录的分析，我们发现旋转系统只有在能长期稳定准确定位的前提下，副枪整套系统才能正常工作，因此副枪系统的旋转精度调校显得尤为重要。

副枪的各系统设备通过接近开关、脉冲编码器和PLC完成定位控制。重钢180t转炉投产以来，通过对副枪系统的维护使用，我们总结出了高效实用的精确调校流程。

副枪旋转精度调校流程：

1）在B台用低速将副枪分别旋转至连接位和测量位，分别下枪至连接孔和测量孔中，检查枪体与两孔是否对中，对连接位和测量位停止极限调整到合适的位置；

2）在B台用高速按钮将副枪分别旋转至连接位和测量位，分别下枪至连接孔和测量孔中，检查枪体与两孔是否对中。如果高速至连接位不到位，适当减小连接位减速点位置脉冲CP（DBD32）值；如果高速至测量位不到位，适当减小测量位减速点位置脉冲MP（DBD36）值。之后在B台用高速按钮将副枪分别旋转至连接位和测量位，分别下枪至连接孔和测量孔中，复查枪体与两孔是否对中；

3）在B台用高速将副枪分别旋转至连接位和测量位，分别下枪至连接孔和测量孔中，检查枪体与两孔是否对中。如果高速至连接位或测量位超行程，按上述方法类推作相反处理；

4）在HMI上用至连接位周期和至测量位周期进行操作，在现场下副枪验证枪体与两孔是否对中，如果不对中，按2方法进行微调；

5）在HMI上用至测量位周期操作，在现场下枪到测量孔中，验证是否对中，然后在B台操作复位周期，并验证副枪是否对中连接孔。上述方法调整后，必须进行重复性验证，一般以重复性5次为宜；

6）根据连接位、测量位停位脉冲值，确定连接孔上下限DBD64、DBD68值和测量孔上下限DBD72、DBD76的值。以连接位、测量位停位脉冲值的正负15-20为宜。

6 结论

副枪在重钢的成功应用，使转炉的一次命中率大幅提高，操作稳定，物料消耗降低，冶炼周期缩短，转炉产能提高。为重钢的自动冶炼控制系统奠定了坚实的基础，为重钢进一步实现“一键炼钢”做好了设备和技术保证。

参考文献

[1]刘浏.转炉全自动吹炼技术[M].冶金自动化，1999.

[2]宋立强，张瑜，辛乐众，等.副枪自动化控制系统[J].山东冶金，2003.

[3]蒋慎言，陈大纲.炼钢生产自动化技术[M].冶金工业出版社，2006.