王亚敏

（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

副枪模型在唐山中厚板公司的应用

王亚敏

（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

副枪是转炉计算机动态控制最重要的设备，转炉计算机控制是转炉生产达到优质、高产、低耗等要求的重要途径。唐山中厚板材有限公司为提高经济效益决定为三座转炉配置三套副枪系统。副枪技术装备设计、制造充分考虑了国内冶金工厂原料条件、现场环境的影响，技术先进、成熟、可靠，装备技术水平、市场覆盖率国内领先，采用可靠、经济、适用的先进工艺和装备，保证了产品的实物质量、成本和各项经济技术指标达到当今世界先进水平。

副枪；转炉计算机控制；动态控制

0 引言

本设计对三座120t转炉二级计算机控制系统及冶金模型（含静态、动态控制模型）的计算机系统提供设计方案及设备。根据工艺经验和技术特长及先进的冶金模型进行设计，设计的内容主要包括计算机硬件、系统软件、二级计算机控制系统软件、转炉数学模型等。

冶金模型软件功能涵盖作业计划执行，具体如下：冶炼炉次跟踪、目标温度计算、热平衡计算 (含主原料计算)、熔剂计算、吹炼控制、耗氧量计算、冷却剂计算、动态校正、成分预报、自学习、双渣冶炼模型等功能。模型还包括操作指导手册和各种数据库等，其中模型的相关数据库具有开放性。

1 设计概述

1.1 设计目的

设计和应用转炉炼钢计算机控制系统达到以下要求：

1）提高操作效率，实现自动过程炼钢；2）提高冶炼终点[C]、T双命中率；

3）实现“一键炼钢”控制炼钢；

4）减少补吹次数；

5）减少渣中铁含量；

6）延长炉衬寿命；

7）优化废钢熔化效率；

8）实现管理信息化。

计算机炼钢的主要目的是节约能源和物料消耗，降低吨钢成本，跟踪优化转炉炼钢过程，提高管理水平，最终增产增效益。

1.2 设计原则

转炉自动化炼钢系统采用转炉二级模型过程计算机系统（L2）和基础自动化系统（L1）两个控制级，转炉二级模型计算机系统技术先进、运行可靠、准确度高。基础自动化系统采用全数字变频调速装置，并与转炉本体自动化系统联网运行。

建立模型二级和监控系统，提供转炉冶炼过程的运行数据接收、传输和更改平台，建立转炉模型二级与其他系统的数据接口和远程访问平台。

1.3 基本要素

为了确保整个项目和软件模块的一致性，本文将对系统中所使用的一些最基本的要素进行定义，本文所列的要素定义内容，仅限于与模型炼钢有关的部分。

在转炉工序范围内，对于一个具体炉次的生产状态定义如下：

表1 生产状态定义

2 网络、硬件和系统软件

对转炉炼钢模型计算机服务器、操作站（L2 HMI）和工程师站（L2 HMI）的硬件，系统软件和网络结构的设计描述。

计算机设备系统设计所遵循的原则是尽可能统一设备型号，减少设备备件的种类，简化设备维修。在先进可靠和高性价比的前提下，确定PC服务器、PC计算机终端的型号，与钢厂其它计算机型号保持一致。

图1 网络拓扑图

2.1 网络结构2.2 计算机系统结构描述

由于转炉二级计算机所承担的计算、通讯和数据处理任务比较繁重，为提高系统的整体可靠性，设计选用三台高性能服务器构成转炉二级计算机系统，一座转炉一台作为转炉二级计算机控制系统服务器集中处理应用进程和数据存储。三台服务器相对独立，互不影响，便于后期的系统升级调试和维护。

同时，增设一台服务器作为通信（公用）服务器，集中处理模型二级系统与其他相关二级、化验室、调度等系统的数据交换，模型服务器直接与PLC一级通信。

3 技术规格

炼钢工艺模型主要包括主原料计算、静态模型和动态计算，过程控制，动态计算等转炉全部工艺的过程模型。本文重点介绍静态模型和动态模型。

熔剂和静态计算在进行主原料计算时，伴随着熔剂计算。在输入相关的实际主原料后，进行熔剂计算。操作工也可根据操作的具体情况对熔剂的数据做出适当的修改。在完成熔剂计算以后，就可以进行静态计算，即对吹炼静态氧量和冷却剂量的计算。根据实际入炉的铁水量、铁水成分、铁水温度、废钢量、钢种相关数据和熔剂的相关数据进行熔剂计算和静态计算。

熔剂具体计算与主原料计算同时进行。但因主原料计算时的条件铁水成份、温度等均为预测值，或主原料的量未完全按照计算模型计算结果确定主原料的量。因而熔剂计算必须在主原料确定完后，根据实际的主原料条件再进行熔剂计算。

熔剂计算的方法是这样的,首先根据加入的主原料和对应冶炼钢种，选用相关熔剂方式、废钢方式等进行计算。以冷却剂和碱度为目标进行第一次熔剂计算，然后在第一次计算的基础上，得出冷却剂的允许范围和渣碱度范围，再进行第二次熔剂的计算[1]。

对于主原料计算按主原料模型进行计算的炉次，熔剂的计算只是一个确认的过程或是作少量的修改的过程。但是在主原料计算未按主原料模型进行的炉次，第一次熔剂计算过程同主原料未作修改的过程相同。第二次计算时，根据第一次计算的热平衡状况，确定冷却剂或发热剂的量。在计算过程中，是通过调整终渣的控制范围（在要求内）再进行第二次熔剂计算和冷却剂（发热剂）的计算。如计算需加发热剂，则模型将终渣成分往下限调整，直到不需要加发热剂（终渣成份在控制范围内）或者终渣成份已在控制范围下限且需要加发热剂。反之，需要加冷却剂的可采取增加熔剂的方式使冷却剂的加入量控制在目标值的范围内（当终渣成份超上限时，采取增加冷却剂的方式来完成）。

静态计算是用吹炼的冶金反应过程的热平衡、物料平衡、氧平衡来进行计算。但因冶炼过程对静态计算的影响是一个很复杂的系统问题，因而在进行静态计算时，同时必须利用静态自学习模型中的参考炉次的特征数据和三大平衡来共同完成。

3.1 熔剂计算原理

第一次计算：模型输入的数据、已设定的钢种、铁水和废钢边界条件、目标终渣要求、发热剂为0。计算结果为熔剂（其中包括冷却剂）[2]。

返回计算：模型输入的数据包括钢种、初计算冷却剂量、铁水和废钢量；边界条件为目标终渣要求、发热剂为0或冷却剂在目标范围内。计算结果为熔剂（其中包括冷却剂或发热剂）只有冷却剂计算值在目标范围内，才终止计算[2]。

3.2 动态计算

动态计算也称为动态过程校正的计算，当完成静态控制后，转炉就进入了动态控制阶段。在转炉吹炼过程中，利用副枪进行温度的测量以及碳含量的检测，以确定转炉终点的C-T是否协调，以便采取进一步相应措施，提高转炉终点的C-T双命中率。

此外，动态模型计算出的预测值还需同时在坐标轴上以坐标点的形式出现，并绘制成平滑的曲线，从而形象反映出动态阶段内C-T变化的轨迹。

图2 C-T变化轨迹

动态计算时，按动态氧量的增加，实时动态校正计算，操作工可按动态校正提示添加冷却剂，以达到目标终点C-T命中。

过程控制主要包括吹炼过程的枪位、氧流量、底吹流量和副枪测量的动态控制。过程控制的参照标准为氧耗进程。此外，吹炼过程的枪位设计、氧流量的设计、炉型的状况和终点成分均应根据氧耗进程来进行。在整个吹炼过程都采用均衡流量供氧,在副枪测量阶段应单独考虑。副枪测量在吹炼氧量达到总氧量的85%左右时开始，具体副枪的测量所需时间是由副枪的性能决定的。在副枪测量过程中，氧气流量为正常吹炼流量的50%，底吹流量也是正常吹炼时底吹流量的50%,当吹炼到总氧量的85%左右进行副枪TSC的测量。测量完副枪TSC以后，就进入了动态控制的阶段。动态计算包括动态氧量、动态冷却剂（动态发热剂）重量等的计算。

4 结束语

副枪在中厚板公司使用近一年以来，随着现场硬件设备的不断改造升级，模型系统的逐渐完善，最近一个月终点碳和终点氧的命中率达95%以上，直接出钢率达到93%以上，应用效果良好。

[1] P.D.Hubbeling,G.A.Oostermeijer.转炉副枪和动态控制[J].钢铁, 2012(02):45-47.

[2]章文超.转炉副枪系统型式与国产化[J]. 世界钢铁, 2010(02):27-28.

Application of Sublance Model in Tangshan Medium and Heavy Plate Company

WANG Yamin
(Tangshan Polytechnic College, Tangshan 063299, China)

Sublance is the most important equipment of converter computer dynamic control. Converter computer control is an important way for the production reaches the high quality, high yield and low cost. To improve the economic efficiency, Tangshan medium and heavy plate Co., Ltd set three sets of sublance system. Technology and equipment design of balance (including static and dynamic control model) takes full account of the domestic metallurgical plant raw material condition, site environmental impact, technology advanced, mature, reliable, equipment and technology level. Reliable, economic, applicable advanced technology and equipment were adopted to ensure that the product quality, cost and various economic and technical indicators to achieve the world's advanced level.

sublance; converter computer control; dynamic control

TF71

B

1674-943X(2016)04-0012-03

2016 - 08 - 22

王亚敏（1986 - ），女，河南长葛人，硕士，讲师，主研方向为电气自动化。