温度和流量烘烤曲线在承钢120t转炉烘烤系统的应用

2020-12-20高英春

中国金属通报 2020年4期

高英春

（河钢股份有限公司承德分公司河北省钒钛工程技术研究中心，河北承德 067002）

随着国内钢铁工业的发展，各大钢铁行业竞争愈发激烈，而通过采用自动化手段优化产业结构，实现节能，降低成本，成为一大趋势。本篇文章主要介绍了承钢120t转炉烘烤器系统中，针对不同的包种，采用流量烘烤和温度烘烤相结合的方式，最终在保证低成本的前提下，达到钢包的最终烘烤效果。承钢120t转炉烤包系统采用蓄热式烤包器，能有效回收烟气中的余热，使得助燃空气和煤气的热值迅速提高。下图1：蓄热式钢包烘烤器原理示意图。

1 蓄热式钢包烘烤器控制系统

1.1 钢包烘烤器控制系统组成

选用西门子S7-300PLC为核心控制器，与仪表、阀门、报警器、操作按钮等组成烘烤器控制系统。S7-300配置如下。

1.2 控制功能实现

针对承钢线材事业部钢包蓄热烘烤不同材质、不同阶段的要求，特别是在在线钢包、砌筑钢包和整体浇注钢包的区别上，决定了钢包烘烤系统的不同控制方法要求，即有手动烘烤、流量曲线自动烘烤和温度反馈自动烘烤控制三种控制方式。

1.2.1 手动烘烤控制

在煤气和空气流量调节器上分别手动调整煤气和空气流量进行烘烤。当烘烤温度到1000℃时，换向阀置中位保温，温度下降到900℃恢复原燃烧状态。

1.2.2 流量曲线自动烘烤控制

不同的钢包采用不同的材质，我们将不同材质的钢包实时温度和时间的对应关系转变成实时流量和时间的关系。优化空燃比值，使煤气达到最优化燃烧。最终通过程序将不同时间周期内设定的空气和煤气流量值输出给空气和煤气调节器，由调节器完成空燃比控制。

（1）制作流量曲线数据表。按着事业部技术室给出的五种不同钢包烘烤升温曲线，通过反复实验，确定不同时期煤气流量、空气流量，最终得出烘烤曲线数据，存入到PLC数据块中，最终设定好5条流量曲线。

（2）流量曲线控制。首先将控制柜面板上模式选择开关选为流量曲线控制模式，根据不同的包种选择开关上选择对应曲线，当岗位工人按下烘烤开始按钮后，西门子PLC就会按着预先选定烘烤曲线自动调用对应煤气流量和空气流量设定值输出给煤气调节器和空气调节器，实现不同类型钢包的流量曲线自动烘烤。当烘烤温度和烘烤时间达到目标值后，自动转入保温程序。当选择第五条快速烘烤的流量曲线时，盖上包盖，按下烘烤开始按钮后，延时5min测取包盖温度，计算插入点温度，并从该温度点开始流量曲线自动烘烤。

1.2.3 温度反馈自动烘烤控制

煤气在钢包内的燃烧流动比较稳定，温度分布较均匀，尤其是在包盖上的监测点温度稳定且与实际的钢包烘烤温度存在稳定偏差，将满足各种工况要求的曲线输入到PLC中，就可以直接依据钢包的监测点温度实际值和目标值进行温度反馈控制，并进行PID运算，将不同时期温度设定值和实际值控制在稳定的偏差范围内，实现钢包温度的持续升温。

（1）制作温度反馈曲线数据表。按着事业部技术室给出的五种不同钢包烘烤升温曲线，通过调整不同时间的调节阀开度，经过反复试验得出符合要求的烘烤数据并输入到PLC数据块中，PLC即设定好了温度反馈曲线。

（2）温度反馈曲线控制。将控制柜面板上模式选择开关置为温度反馈曲线控制模式，根据烘烤要求在曲线选择开关上选择对应曲线，当按下烘烤开始按钮后，PLC按选定烘烤曲线号自动调出对应烘烤曲线的煤气流量和空气流量作为设定值输出给煤气调节器和空气调节器，由PLC内置的PID温度反馈调整，并将调节结果通过调节器完成空燃比控制，实现钢包的自动温度反馈曲线烘烤。当烘烤温度达到目标值后，自动转入保温程序。

1.2.4 其它系统控制功能

（1）定时换向控制功能。我们采用S7300PLC的模拟量输出模板的两个点，每隔15s输出一个模拟信号控制烘烤器的快速换向装置，实现换向功能。当烘烤温度达到目标值后，进入保温程序，中位阀得电，延时45s切换阀失电。自动状态温度下降20℃切换阀得电，中位阀失电。手动状态温度下降到900℃切换阀得电，中位阀失电。

（2）点火系统控制功能。当煤气压力正常，鼓风压力正常，仪表用气压力正常，煤气切断阀关，PLC发出信号，点火准备好灯亮，岗位操作人员需两人，一人操作，一人监护。这时，当操作人员按下点火煤气按钮（自复位按钮），PLC点火程序开始运行，点火煤气阀打开。大约5秒钟后，才能按下点火开始按钮，（因为点火煤气在管道中输送需要时间），此时需要用肉眼观察烘烤器上两个烧嘴附近的常明火是否已经点亮。确定点火正常后，操作人员才能进行下一步操作，进一步通过选择开关选择什么样的烘烤方式。

（3）保温状态控制。在手动烘烤控制模式下，当烘烤温度到1000℃时，中位阀得电，延时30s后切断阀失电，切断阀关闭，这时进入钢包保温状态，现场操作箱上保温指示灯亮起。当高温计检测到钢包的温度下降到900℃时，PLC输出主管路煤气切断阀得电，切断阀打开，进入到烘烤升温，即：原来的烘烤状态。

若当前选择的是温度曲线控制模式，当进入保温状态时，此时中位阀也得电，伴随着主管路煤气切断阀也关闭，同时S7300PLC程序中给定数据和反馈数据停止PID运算，延时30s后换向阀也失电，现场操作箱上保温指示灯亮起。当温度目标温度下降50℃换向阀会再次得电，中位阀失电，恢复原空/燃配比燃烧状态，即温度曲线烘烤模式。