西华大学自动化专业攀成钢练习报告Word文件下载.docx

1、碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。2.2炼钢的原料 转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水、废钢、铁合金，非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂，气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。非金属料是在转炉炼钢过程 中为了去除磷、硫等杂质，控制好过程温度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石），熔剂（萤石、氧化铁皮），冷却剂（铁矿石、石灰石、废钢），增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）2.3转炉炼钢的工艺流程 氧气顶吹转炉炼钢设备工艺，如图2.2所示。按照配料要求

2、，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的 影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。 氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。

3、因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。2.4转炉炼钢的品种和质量氧气顶吹转炉炼钢钢的品种和质量： 钢中气体和夹杂物是评价钢的冶金质量的主要指标。氧气顶吹转炉炼钢反应速率快，沸腾激烈，所以钢中H、N、O

4、含量较低，H为（35）10-4，N为（24）10-3，低碳钢O为006010。夹杂物和脱氧及凝固操作有关。影响顶吹转炉钢含氮量的重要因素是氧气纯度，由表4数据可以看出。所以用于转炉炼钢的氧气应该是99以上的纯氧。 低碳钢是转炉炼钢的主要产品。由于转炉脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和低温塑性好，有良好的深冲性和焊接性能。用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、汽车板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能。 转炉冶炼中、高碳钢虽然有一些困难，但也能保证钢的质量。转炉钢制造的各种结构钢、轴承钢、硬钢丝等都已广泛使用。冶炼高碳钢的困难是拉碳和脱磷。在CO2时靠经验拉碳很难控制准确，如果有副枪

5、可借副枪控制，没有副枪时需要炉前快速分析，这就耽误了时间。高碳钢终点（FeO）低，脱磷时间短，因此需要采用双渣操作，即在脱碳期开始时放掉初期渣，把前期进入渣中的磷放走，然而双渣操作损失大量热量和渣中的铁，没有特殊必要不宜采用。增碳法是冶炼中、高碳钢的另一种操作法，这时吹炼操作和低碳钢一样，只是在钢包内用增碳剂增碳，使含碳量达到丘冈绅的要求。增碳剂为焦炭，石油焦等。中碳钢的增碳量小，容易完成。高碳钢增碳要很好控制，但轨钢、硬线等用增碳法冶炼可以保证质量合乎要求。 转炉冶炼低合金钢没有特殊困难。冶炼合金钢时，因为合金化需要加入钢包的铁合金数量大。会降低钢水温度，而过分提高出钢温度又使脱磷不利。所以

6、冶炼合金钢应与炉外精炼相结合用钢包炉完成合金化。另外，随着对钢的成分的控制要求不断严格，为减少钢性能的波动，要求成分范围越窄越好。这也需要在钢包精炼时进行合金成分微调的操作。 顶吹转炉冶炼超低碳钢（0.03C）尚有困难。首先因为在临界含碳量以下，脱碳速率下降，熔池搅拌减弱，加强供氧只能促使铁氧化而不能使碳去除。其次，CO=0.0025，当C=0.01时，O=0.25，已经是0的饱和浓度，也就是说0.01C是脱碳的理论极限。如果要进一步脱碳，必须降低气相的CO分压，这需要采用炉外精炼的方法来完成。3电炉生产工艺3.1电炉炼钢的原理 电炉炼钢是利用三相电弧炉产生电弧，电弧含有巨大的热量融化废钢和其

7、他原材料，再通过一定的方法（加入CaO）除去钢水中的杂质元素和有毒物质，最终得到满足要求的钢水。三相电弧炉供电系统主回路由供电电缆、隔离开关、断路器、电抗器、变压器、短网等设备及其相应控制系统组成。其系统如图3-1所示，电炉炼钢如图3-2所示：图3-2 电炉炼钢3.2炼钢的原料电炉炼钢的铁源原料由废钢铁料、生铁块、热铁水、直接还原铁等组成。直接还原铁（DRI/ HBI） 是电炉冶炼纯净钢最佳的残留元素的稀释剂。直接还原是钢铁工业技术发展的重要方向,气基竖炉和煤基回转窑是成熟的直接还原工业化生产技术。我国直接还铁的生产仍处于起步时期,2008 年产量约60 万t ,占世界总产量不足1.0 %。直

8、接还原铁在我国有广阔的发展前景,国内采用铁矿资源为原料的氧化球团-煤制气-竖炉方式。3.3电炉炼钢的工艺流程 电炉炼钢法主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。攀钢集团成都钢铁有限责任公司的炼钢电炉容量是80吨。3.4电炉炼钢的品种和质量攀钢集团成都钢铁有限责任公司的电炉炼钢目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。4连铸及后续工艺4.1炼制钢水 攀成

9、钢炼制钢水的方法有两种：转炉炼钢和电炉炼钢。他们的原理大致相同，都是将废铁废钢和炼钢的各种原材料加入炼钢炉中，通过不同的方式（转炉炼钢和电炉炼钢的原理）将废铁废钢融化为钢水，除去其中的杂质和有毒物质后，得到比较纯净的钢水，再转入VD炉和LF炉中精炼得到可以浇注的钢水。4.2连铸机铸造经过炼制的钢水倒入大包中，由火车运送大包到连铸车间，再由行车吊运到连铸机上，安放稳定后，中包移动到合适的位置后与大包的出钢水口对接，使大包中的钢水能顺利的流到中包中。中包的出钢水口与结晶器相连，从中包中流出来的钢水进入结晶器中，结晶器以一定的振动频率振动（拉振公式：振频=拉速x 40 + 90），当结晶器中的钢水积

10、累到一定的高度，结晶器下方的控制阀门打开，结晶器中的钢水被冷却后形成火红的方钢（或圆钢）钢坯。4.3拉矫机拉矫从结晶器中出来的钢坯呈弯曲状，在拉矫机的作用下逐渐被拉直，并且被运送到切割平台上。4.4切割钢坯钢坯到达切割平台后，在上方有一台小车，小车上有一台红外测量仪，当钢坯缓慢向前移动时自动跟踪并测量钢坯的长度（这个长度是在连铸中控室里预先设置好的），在小车上有一个喷头，喷出的是天然气和氧气的混合气体，当红外测量仪测量到需要的尺寸时，天然气和氧气的混合气体在气压泵中同时加压，这时混合气体剧烈燃烧，产生大量的热量，在随着钢坯同步前进额同时逐渐融化钢坯，最终熔断钢坯，完成切割钢坯。4.5锟道运送切

11、割好的钢坯，在锟道内由锟道槽内的圆柱形滚筒不断地转动，最终将钢坯运送到移钢机上。在移动的过程中，连铸中控室的电脑通过PLC自动控制，完成这一功能，而且还通过相关的摄像功能，即时监控钢坯在锟道内的移动。4.6移钢机移动钢坯 方钢：被运送到移钢机上的钢坯，先是移钢机平台上的小型勾爪向上翻，正好勾起钢坯向上托，托起到稍高一层的平台上后翻回原来位置，这时一个巨大的架车缓缓移向方钢，当架车的弯形触手滑过方钢后，架车停下，与此同时下边的一排弯形触手向上翻，托着方钢向上翻转，最后方钢进入并停留在车台的上层，当架车停下来后，下边的弯形触手向下翻转回复到原来位置。之后上边的弯形触手回移被方钢挡住，这样方钢被触手

12、卡住，同时架车回移带动方钢一起移动，到了平台的另一边缘后停止，架车再向另一只方钢的方向移动，最终重复上述过程。 圆钢：被运送到移钢机上的钢坯，先是移钢机平台上的小型勾爪向上翻，正好勾起钢坯向上托，托起到稍高一层的平台上后翻回原来位置，这时一个巨大的架车缓缓移向圆钢，当架车从圆钢上方已过去后，架车停下，向下方移动，再向回移动，最后勾住圆钢，带动圆钢移向台车的上层，到了平台的另一边缘后停止，架车再向另一只圆钢的方向移动，最终重复上述过程。4.7收集钢坯方钢：当平台上的方钢有三只时，开行车的师傅开来行车，放下一个巨大的机械手臂，机械手臂的两端是有两个巨大的钳状勾爪，当行车吊着机械手臂到了方钢的正上方

13、时，停下行车，缓慢放下机械手臂，经过一番精准的操作后，两个巨大的钳状勾爪抓住三只方钢，抓紧后吊起方钢缓缓移动到冷却坑后，缓慢放下，再慢慢松开机械手臂，这时三只方钢被收集到冷却坑。随后机械手臂在行车的吊动下重复上述过程。圆钢：当平台上的圆钢有两只时，开行车的师傅开来行车，放下一个巨大的机械手臂，机械手臂的下端端是个巨大的电磁铁，当行车吊着机械手臂到了圆钢的正上方时，停下行车，缓慢放下机械手臂，经过一番精准的操作后，巨大的电磁铁紧紧吸住两只方钢，吸紧后吊起圆钢钢缓缓移动到冷却坑后，缓慢放下，再关断电磁铁，这时两只方钢被收集到冷却坑。三、攀钢集团成都钢铁有限责任公司生产控制过程 （1）氧枪、主要工艺

14、过程氧枪传动控制过程分为吹炼和溅渣护炉二种情况。根据工艺的要求，氧枪需进行速度和定位控制。氧枪的速度与氧枪的位置有关。吹炼结束后，进行刮渣作业，并返回至待吹点。、主要工艺装置和设备氧枪横移小车：转炉氧枪传动设备采用“双车双枪”型式。每一座转炉配备两台横移小车，横移小车由行走装置驱动定距移动3米，达到吹炼枪与备用枪的迅速更换。横移电机的数量为两台,分别装在两台小车上，正反移动由带有过热保护的接触器切换的MCC控制。锁定装置电机，其带有锁紧、松开两限位。氧枪升降装置：每一座转炉有两只氧枪，每只氧枪都有各自独立的升降系统。为保证氧枪升降安全可靠，每一只氧枪配备两根提升钢绳。且钢绳安全系数大，在轨道的

15、上下极限位位置设缓冲器，在提升钢绳的末端设张力传感器，当钢绳松弛或超载时，钢绳张力显示在主操作室内，并发出信号与电动机连锁，停止氧枪升降，可靠地保护钢绳及其设备。氧枪升降装置的提升速度为快速40m/min；慢速10m/min；配备测速发电机（与电机同轴）、主令控制器、脉冲编码器。氧枪升降制动器：氧枪升降制动器数量为两个。电气传动装置：交流传动装置采用全数字交流调速装置。主操作台，配备：氧枪操作手柄、氧枪方式选择开关、急停按钮、氧枪高度显示、换枪点/待吹点/基准点/吹炼点/最低点指示、故障指示、机旁操作台：可进行氧枪横移和氧枪等机旁手动操作，主要包括：氧枪横移小车左移、右移、停止按钮、锁定装置锁

16、定、松开按钮、横移小车锁定装置锁定、松开指示、横移小车机械耦合、脱开转换及指示、横移小车两接近开关限位指示、横移小车移动极限位指示、氧枪提升、下降、停止按钮、氧枪允许机旁手动指示、刮渣器起/停及指示、氧枪在吹炼中的操作过程定位：在自动和手动吹炼时，氧枪位置通过旋转编码器来进行检测。氧枪从待吹点下枪后，经过基准点时首先进行基准自校。在随后的氧枪后续过程中，以校对后的旋转编码器所检测的位置来显示氧枪目前的位置。自动、半自动吹炼时，氧枪根据旋转编码器所检测的位置自动进行按设定好的若干氧步定位。手动吹炼，定位为手动操作，操作时根据主操作台的位置指示手动操作氧枪操作手柄进行定位。吹炼准备：氧枪开始位应处

17、于待吹点。选择氧枪工作方式。操作转炉，使转炉处于开吹位置。操作连锁的相关设备。自动方式：氧枪吹炼自动操作。手动方式：氧枪操作手柄应处于“零”位，操作氧枪操作手柄，手动操作氧枪。吹炼过程：自动吹炼过程中，氧枪的升降操作、定位操作全部自动进行并始停于待吹点。在吹氧点以下，人工可在某一狭窄的范围内点动调节氧枪的行程。手动吹炼过程中，氧枪的升降操作、定位操作全部手动操作。在吹氧点以下氧枪的定位由操作人员根据吹炼工艺操作氧枪操作手柄手动定位。在吹炼结束后氧枪应回到待吹点。吹炼时，氧枪的操作方式可进行动态切换。实线表示可在吹炼时进行的切换，虚线表示只能在待吹点时的切换。在自动方式向手动方式切换后，氧枪应停

18、止运行。后续的手动操作的条件是氧枪的操作手柄必须在“零”位。1.自动方式。2.半自动方式。3.远程手动方式。4.主操作台手动方式。5.就地手动方式安全停吹：达到设定氧量、故障、操作员中断命令、紧急停吹、氧压低、氧量调节故障、氧枪冷却水进出流量差高、转炉一次除尘故障、冷却水出口温度50、氧枪无论工作在自动还是工作在手动方式下，若出现以上情况，氧枪立即停吹并自动回提到待吹点。紧急提枪：吹炼时，现场若发生紧急情况，可启动紧停按钮。无论是自动操作还是手动操作，PLC对氧枪立即进行特别处理，氧枪无条件停止当前工作，开始提枪。、氧枪的操作氧枪的操作点分别为：HMI操作、主操作台操作、就地手动操作。HMI操

19、作：分远程手动和自动两种方式。远程手动时，操作人员在HMI上直接操作氧枪升降，保持设备连锁。主操作台操作方式：操作人员在主操作台上进行氧枪升降操作，保持设备连锁。就地手动方式：操作人员在机旁进行应急、检修操作，保持部分涉及设备安全和人身安全的连锁。5、氧枪的控制和连锁控制，氧枪采用二套全数字交流变频调速装置，并由传动装置对卷扬电机实施供电和控制。氧枪卷扬在工作中，一台工作、一台备用。每套装置分别驱动两台卷扬。氧枪卷扬控制分为PLC控制。为保证氧枪安全运行和工艺要求，氧枪操作必须与抱闸、仪控、氧枪状态及其它设备的控制进行联锁。氧枪抱闸控制：氧枪抱闸由PLC控制。抱闸供电为有后备电源的两路电源，电

20、源切换自动完成。并采用失电抱闸控制方式。正常吹炼氧枪的自动、手动操作，机旁检修、换枪操作中抱闸由PLC自动控制。抱闸打开：提升时，氧枪启动命令发出后，抱闸维持抱紧状态。在氧枪电机建立了一定的力矩的情况下，PLC控制抱闸打开，氧枪开始提升。下降时，氧枪启动命令发出后，抱闸立即打开，氧枪开始下降。抱闸关闭：氧枪停止命令发出后，抱闸维持松开状态。在氧枪电机速度小于设定速度的情况下，抱闸立即关闭。紧急情况下，可启动紧停按钮。氧枪在待吹点以上时抱闸立即抱紧。氧枪在待吹点以下时，抱闸维持松开状态，待氧枪到达待吹点时，PLC立即发出抱闸抱紧命令，抱闸立即无条件抱紧。氧枪横移小车控制，氧枪横移小车操作在氧枪平

21、台的机旁操作台，采用远程PLC控制，操作方式仅为机旁操作。氧枪横移小车由两台独立的小车组成，正常工作时两台独立的小车通过机械耦合在一起整体移动。但根据工艺要求，也可在现场将小车机械耦合解除，让两台小车单独移动。氧枪横移小车的移动采用MCC控制。整体移动：氧枪的位置在换枪打渣点以上时,将氧枪横移的两个小车全部上电。在松开小车锁紧装置后，即可操作小车左右行走，小车停止运行由机旁操作。在行走过程中小车碰击工作位限位或备用位限位时，小车自动停车。且只能反向操作（每台小车的限位有两个，整体运行时，一台小车碰击工作限位时，另一台小车应处于备用限位）。在小车到达工作位，并经位置确认后，锁紧锁紧装置，氧枪升降

22、操作才能操作。小车运行过程中，两台小车的电机同时驱动（1台/小车），若出现电机过热，则同时封锁另一台电机，小车停止，必须经复位后，才可进行行走操作。单独移动：氧枪的位置在换枪打渣点以上时,将需要单独移动的小车上电。在行走过程中小车碰击工作、备用限位时，小车自动停车，且只能反向操作。小车运行过程中，若出现电机过热，则封锁本台电机，小车停止，必须经复位后，才可进行行走操作。横移小车锁紧装置只有在氧枪提升高度在换枪打渣点以上时才能松开。氧枪升降联锁及条件：（1）氧枪升降联锁：氧枪在换枪打渣点以上，横移小车才能横移。横移小车到位锁定后，氧枪才能下降。锁定装置松开后，横移小车才能横移。刮渣器张开后，氧枪

23、才能下降。吹炼完毕后氧枪提升到+17.4m后，刮渣才能闭合进行刮渣，当氧枪提升到+23.50m后，刮渣器张开停止刮渣。（2）氧枪升降必备条件如下：转炉在垂直位置（允许偏差3），氧枪才能下降。转炉一次除尘风机运行后，氧枪才能进行吹炼作业。氧枪高压水阀打开后，氧枪冷却水入口压力0.5MPa、温度50，氧枪才能进行吹炼作业。自动吹炼下枪时，氧枪必须停止在待吹点。手动升降氧枪时，氧枪操作手柄的位置必须首先回“零”，回“零”以后的操作才能起作用。氧枪在吹炼过程中有下述情况时，氧枪自动提升：氧气、氮气0.5Mpa；冷却水入口压力0.5Mpa；冷却水出口温度50；进出水的流量差20t/h；转炉一次除尘故障；

24、（3）另外，在换枪打渣点上面有2个极限开关（上极限A、上极限B），在最低点下面并排装有2个极限开关（下极限A、下极限B），做为氧枪过极限的进一步安全保护。还设有基准点接近开关，作为校准氧枪编码器的计数误差。（4）氧枪在如下位置主令控制器的接点动作与其它设备连锁。换枪打渣点、氮封口点、待吹点、开闭氧点、开闭氮点、吹氧点、吹氮点、最低点。3.2 氧枪的电气传动及其自动控制（1）电气传动每座转炉设有2 套氧枪升降机构（A 枪和B枪），配备2 套变频控制柜（A 枪电控柜和B 枪电控柜）和一套制动控制柜，一套作为工作枪，另一套作为备用抢。变频器选用西门子SIMOVERT MASTER-DRIVERS 6

25、SE70 系列三相交流矢量控制变频器；传统的设计是“对应”控制方式，即A 枪变频器控制A 枪电机，B 枪变频器控制B 枪电机。而在本钢4#5# 转炉自动化控制系统中，两套氧枪装置增加了“交换”控制方式，即：当选择开关置于“对应”控制时，还是A 枪变频器控制A 枪电机，B 枪变频器控制B 枪电机；而当选择开关置于“交换”控制时，在不进行台车交换情况下，就可完成A 枪变频器控制B 枪电机，而B 枪变频器控制A 枪电机。氧枪“交换” 控制技术是一种全新的控制技术。正常生产中，两支氧枪的变频器、升降电机可以做到互为备用。其鲜明的特点有：机械故障时，在台车不移动的情况下，可以通过电气快速切换氧枪；电气故

26、障时，在不更换变频器、台车不移动的情况下，可以快速实现氧枪的正常控制。另外，在氧枪制动控制上，完善了氧枪电机的抱闸控制，实现了变频器合分闸、PLC 程序输出、变频器本身输出三点联锁控制抱闸，使制动控制技术更加完善，系统更加安全、稳定及可靠。主要特点有：当变频器因故跳闸后，制动输出自动实现抱闸，确保了设备的安全；当PLC 故障时，无论变频器工作在什么状态，制动输出都处于抱闸状态，绝对保证设备不失控，提高了控制系统的可靠性和安全性。正常生产过程中，因变频器内部或外部线路原因造成了变频器不能正常工作和控制输出，可通过PLC 输出完成电机的抱闸，保证了系统、设备的安全、可靠与稳定。（2）氧枪的自动控制

27、氧气顶吹转炉的自动控制中，氧枪高度的正确是一个相当重要的环节。采用先进的吹氧量自动控制枪位定位技术对氧枪的吹炼点进行控制，可使氧枪准确地停止在工艺操作要求的位置上，其定位的精度相当高，从而更好地保证了炼钢过程计算机控制，实现了自动化。副枪作为另一重要设备，在氧枪下枪吹炼前测液面高度，在吹炼周期中测温取样，其同样对速度、位置控制有严格的要求。它们的高度位置控制基本是相同的，下面以氧枪为例，着重列举其控制要点。位置控制氧枪上下移动的距离通过与电动机、卷筒同轴旋转的两个绝对编码器来计测，即把垂直的位移量转化为数字量。正常生产中，以其中一个为主，另外一个绝对编码器与之比较作为校准信号，偏差超出设定范围时发出报警，过大时急停。氧枪在多次上下移动过程中会产生突发性数字误差及编码器数值换算时的累计误差，如不加以修正则会发生氧枪检测位置与实际位置的偏差。为解决这一难题，可在氧枪的换枪位设置校正点。动作周期大体如下：预先将换枪位的高度实际值存入主PLC 内存中；氧枪每次换枪提到换枪位时该信号读入主PLC 中，使此时氧枪实际高度检测记忆值强制性修改。自动快速定位控制现代化的转炉炼钢氧枪在吹氧过程中是根据