120t转炉氧枪过程控制

120t转炉氧枪过程控制杨锋，韩继金(济南钢铁集团总公司自动化部，山东济南 250101)摘要：介绍了济钢第三炼钢厂120t转炉氧枪的CRT上位计算机操作、PLC逻辑控制及自动升降枪定位吹炼等。

实践证明，氧枪过程控制系统的应用，保证了氧枪运行的安全、可靠、稳定、准确，实现了氧枪吹炼过程控制的基础自动化。

关键词：氧枪；过程控制系统；PLC；连锁保护；定位吹炼中图分类号：TF345.05 文献标识码：BLance Process Controlling of 120t BOFYANG Feng, HAN Ji-jin(The Automation Department of Jinan Iron and Steel Group, Jinan 250101, China)Abstract：The lance CRT operation, PLC logistic control and automatic orientation control etc is introduced. The application of lance process control system at No.3 steel making plant of Jigang has ensured the running of the lance safely, reliably, steadily and exactly, and has realized the basic automation of lance blowing process controlling.Keywords：lance；process control system；programmable logic controller；blocking protection；location blowing氧枪是转炉的关键设备之一，由于氧枪系统工艺复杂、操作繁琐、连锁保护多，因此，氧枪运行的安全性、可靠性、稳定性、操作简便及氧枪定位的准确是氧枪冶炼的先决条件。

氧枪的控制必须体现上述特点，解决以上问题是氧枪控制的关键。

1 氧枪系统工艺概述济南钢铁集团总公司第三炼钢厂（简称济钢第三炼钢厂）120t转炉有两套氧枪升降设备，各自有独立的升降、横移装置，且可互为备用，以便于维护检修，保证生产的连续。

2台升降小车分别装在2台横移换枪小车上。

1台处于工作位置时，另1台处于等待备用位置，每台都各有独自的驱动装置。

氧枪设有换枪小车定位锁紧装置。

当横移小车停在炉子中心工作位置后，启动电液缸定位锁紧装置，将其顶杆推入横移小车定位槽中，横移小车对中，使氧枪固定在吹炼口。

升降小车由交流变频电机驱动卷扬升降，氧枪升降过程中可控制速度变化。

横移车行走采用交流电动机驱动。

氧枪升降用变频电动机由A-B变频调速柜供电(变频调速柜电源由正常电源和UPS电源配合提供，保证在正常电源失电时由UPS电源实现紧急提枪操作)，抱闸电动机和氧枪控制电源由UPS供电，其余设备均由MCC供电，电压等级为AC380V。

2 氧枪的控制2.1 工艺要求氧枪要能自由升降，并有高、低速选择，能准确地停止在规定的位置上，要求有较高的定位精度和可靠的安全性能。

氧枪提升下降速度应按照氧枪速度曲线进行，但机旁操作时不受速度曲线控制，在CRT上位机操作画面和机旁操作箱上有高、低速选择，选择高速即按高速40m/min运行，选择低速即按低速4m/min 运行。

2.2 控制原理首先测出本炉次的液面高度，通过模型计算推出其它炉次的液面高度。

然后根据工艺要求设定间隙值（氧枪喷口与液面之间的距离），间隙值与液面高度相加就是氧枪吹炼点的设定位置。

PLC对脉冲编码器发出的脉冲进行计数得出氧枪实际位置，它与设定值比较得出偏差值按速度—偏差控制曲线算出氧枪枪位停止值，控制氧枪升降。

当枪位停止值与实际值的偏差为零时，氧枪停止。

一旦间隙值改变，又出现设定值与实际值的偏差，自动方式下氧枪将自动停在一个新的位置上。

2.3 控制方式氧枪通常有四种控制方式：SDM自动、CRT自动、CRT手动、机旁手动、紧急手动。

SDM自动方式是由L2级计算机通过模型计算出氧枪位置设定值，并给L1级计算机发出枪位控制表，由PLC发控制指令执行枪位表，对氧枪进行自动控制。

CRT自动方式是在主操作台CRT上，由操作人员通过键盘给出氧枪位置设定值（需设定液面高度值，枪位置设定值是指氧枪喷头与液面之间的间隙值），由PLC自动地完成控制操作。

CRT手动方式是操作人员在操作台CRT上，手动操作高/低速、提/降枪操作按钮，由PLC完成氧枪控制。

机旁手动方式为独立于PLC的继电连锁操作，当调试或设备故障检修时可采用机旁手动方式。

紧急手动方式，在操作台上设有“紧急提枪”和“紧急停止”按钮，用于故障紧急处理。

自动方式受氧枪速度曲线控制，SDM自动、CRT自动方式时，氧枪升降速度根据速度曲线自动调整（见图1），CRT手动时，可在CRT上调整氧枪速度。

图1 氧枪升降速度曲线2.4 操作和运行过程氧枪操作有吹炼和换枪两种。

换枪操作只在CRT手动和机旁手动有效。

吹炼操作一般为SDM自动和CRT自动操作，只有在设备故障或出现不正常情况时采用CRT手动方式。

在自动方式冶炼未投入运行前，使用CRT手动方式控制冶炼。

图2 氧枪运行三级连锁控制如图2所示，正常吹炼时，氧枪停在等待位(H0)点，采用SDM自动方式时，由L2级计算机系统根据当前数据分析，自动设定氧枪枪位，然后当条件满足，发出吹炼命令。

用CRT自动方式时，由操作工根据画面显示数据手动设定氧枪枪位，发出吹炼指令。

氧枪接到吹炼指令后，从等待位高速下降，到开闭氧点时，氧气切断阀打开，开始吹氧，氧枪下降到定位变速点(H12)时，减速运行，以低速下降到吹炼位停止，开始吹炼。

如果吹炼过程中有枪位调整命令，氧枪就按照新的枪位调整，继续吹炼，直到氧气量达到设定值或发出提枪指令，氧枪即自动提升。

氧枪由吹炼位高速提升，到上升减速点时自动减为低速，到等待位运行停止，冶炼结束。

氧枪在开闭氧点和工艺下限位之间的位置变化通过程序枪位曲线来实现(来自L2级计算机模型或人工输入枪位表)。

通常情况下，氧枪处于待吹位(H2)。

当需要换枪时，首先提升到氧枪更换位(H0)，进行横移台车的交换，而后新氧枪下降，氧枪停在待吹位，等待下枪吹氧的指令。

3 系统的操作权限氧枪控制系统共设两个操作地点，分别为转炉主控室操作(CRT及紧急操作台)、现场操作箱操作。

主控室紧急操作台上设紧急提枪和非常停止按钮。

各操作地点的设定操作权限：（1）现场具有优先操作权，现场操作箱上设置操作权选择开关。

（2）氧枪系统控制同时只能有一个操作点具有操作权。

（3）在主控室操作台操作紧急提枪和非常停止按钮，不受操作地点和操作权的约束。

遵循“停止优先”的原则，即按下“非常停止”按钮，机械制动器投入，氧枪立即停止升降。

（4）设备运行中，不能进行操作地点选择。

4 氧枪运行连锁保护方案氧枪运行的连锁保护主要有：氧枪定位连锁、电气连锁和仪表信号提枪连锁。

4.1 氧枪关键枪位的控制在氧枪关键枪位的控制上，采用三级定位控制（见图2），即行程开关控制、编码器枪位控制、主令控制器控制。

三信号并行，以先到信号为主，增加定位的准确性和控制可靠性。

每台氧枪提升卷扬装置上都配有编码器和主令控制器，编码器用于确定枪位和枪位高度的显示。

主令控制器取12个接点做为氧枪升降行程的补充限位，用于氧枪的连锁保护。

以上信号送入PLC。

（1）行程开关控制：工作氧枪升降导轨上设有4个行程开关，从上至下分别为:氧枪换枪超限位（HH）、氧枪换枪位（H0）、氧枪待吹位（H2）、设备下限位（LL）。

（2）脉冲编码器控制：使用德国图尔克E+H增量型旋转编码器，DC24V，1024脉冲/转。

氧枪升降行程由旋转编码器通过脉冲计数检测来实现。

为克服换枪、氧枪长度发生变化或钢丝绳长度伸缩时，产生的检测误差影响定位精度，采用二点校枪修正：当收到换枪位、待吹位限位信号时，PLC将两位置实际高度值输入，并以两高度值作为氧枪运行行程的基准点。

为克服旋转编码器长期运行产生累积初始值误差，采用编码器定位“清零”，当收到换枪位信号时，PLC向高速记数模块发出清零信号，记数模块输入信号清零。

在实际应用中证明，枪位反馈的修正和清零方法的使用，使氧枪枪位控制更可靠，枪位高度标尺的显示更准确，定位精度提高（误差不大于5P脉冲，满足工艺要求）。

依据公式（1）：H f -HS-VLS=HJ（1）式中Hf —氧枪实际高度值， Hf=P ×1.006；HS—枪位设定值；P—旋转编码器反馈脉冲数；VLS—钢水液位设定值；HJ—氧枪降枪减速点高度值。

当HJ 与Hf相等时，PLC发出氧枪运行高速变低速指令“A”。

依据公式（2）：Hf =HS+VLS+VER（2）式中VER—氧枪停枪经验值。

当氧枪实际高度值Hf等于三值之和时，PLC发出氧枪停止运行指令“B”（参见图3）。

图3 氧枪运行程序流程（3）主令控制器控制：在氧枪升降行程中增设以下12个控制点(见图2)：HH：氧枪换枪超限位（机械限位LS1），氧枪换枪位极限共同作用可使氧枪换枪上升时停止在换枪位置。

H0：氧枪换枪位（机械限位LS2），氧枪换枪上升到此位时自动停止。

氧枪横移车可交换位置，实现新旧氧枪的更换。

H1：氧枪升降速度变速点（主令控制器接点SQ-1A），氧枪升降经过此点时，升降速度由高变低（上升时）或由低变高速（下降时）。

H11：下降减速点（主令控制器接点SQ-2A），氧枪下降经过此点时，速度由高变低。

H2：氧枪等待位（机械限位LS3），转炉不吹氧时，氧枪在此处等待。

H21：上升减速点（主令控制器接点SQ-3A），氧枪上升经过此点时，速度由高变低。

H3：氧枪开闭氧点（主令控制器接点SQ-4A），氧枪下降到此点时，氧气切断阀自动打开，氧枪上升到此点时，氧气切断阀自动关闭。

H12：定位变速点，氧枪下降到此点时，速度由高变低。

本高度由PLC根据设定吹炼位计算得出。

H：吹炼位（设定值），氧枪下降到此点时，自动停止吹氧冶炼。

本高度由计算机系统根据当前各系统数据计算给出，或由操作工根据具体情况设定。

H13：下降减速点（主令控制器接点SQ，7A），氧枪调试高速下降到下极限停止时的减速点。

H4：氧枪最低吹氧位（氧枪工艺下限），氧枪枪位设定最低点，枪位设定值不能低于此点，否则设定无效。

LL：氧枪下极限（机械限位LS4），氧枪下降保护极限，氧枪下降经过此点时，自动停止下降。

防止吹氧喷头插入熔池。

在实际应用中证明，以上控制点的投入，增加了氧枪运行的安全性，避免了氧枪运行的失控。

4.2 故障连锁信号的合理投入为保证转炉正常吹炼，在整个吹炼过程中，氧枪控制要具有以下联锁条件：（1）升降卷扬钢丝绳张力不小于4t或不大于1.8t时，报警并停止氧枪上升/下降。