底吹氩控制设计书

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1 绪论1.1 选题的背景随着科技的发展, 用户对钢材的质量提出了越来越高的要求。电弧炉是目前国内外主要的炼钢设备之一。然而电弧炉炼钢过程中存在一个不足之处是熔池内部及钢渣之间的搅拌作用差，致使传质、传热速率低，从而带来熔化速度和氧化反应速度慢，钢液成分和温度不均匀，脱硫、脱磷速度低，工人劳动强度大，能耗高，冶炼时间长等一系列问题。从技术上看，钢材的质量主要表现在其纯洁度高、各相异性小、合金成分偏差范围小等方面。钢中杂质含量高，加上钢的各相异性差别大，必然导致钢材的力学

2、性能在不同的方向上有较大差异。传统的炼钢工艺和装备难以满足高质量要求，因此必须采用炉外精炼技术。近年来炉外精炼技术的不断发展，要求炉外精炼的效果要好，时间要短，要具备能够和转炉匹配的快工艺节奏。精炼炉底吹氩炼钢技术具有成本低、操作方便、搅拌效果好的优点，并由此产生了一系列极其有益的冶金效果。它可以明显缩短冶炼时间、降低能耗、提高脱硫脱磷能力，促进合金均匀化。冶炼不锈钢时可促进去碳保铬，增加合金收得率，并且可大大降低工人的劳动强度。底吹氩技求被国内的大多数精炼炉所采用，但是由于该过程的不仅涉及到气体与高温液体间的传热、传质及动量的传递，而且还涉及到钢液的湍流流动与混合、合金添加剂的熔化和钢渣化学

3、反应的热力学与动力学等，因此，从系统的观点看，在精炼炉底吹氩过程中，由于被控对象的非线性、数学模型的不确定性及系统工作点的剧烈变化等因素，要采用常规的控制策略难以实现对氩气流量进行精确控制。 底吹氩精炼技术在石钢公司的LF炉中已经使用，并取得一定效果，但一直是人工手动操作，氩气的流量、压力的控制要依靠人动手动调节，取得的精炼效果不明显。本文论述的智能底吹氩优化工艺项目就是针对石钢转炉底吹氩系统进行改进和完善,可以基本实现吹氩的自动控制.对石钢的 45#钢, 40Cr, 20CrMo, 60Si2Mn等品种的钢的质量提升将会起到一定的作用。1.2 本文的结构本文从软件开发前的准备工作，理论基础，

4、开始实现以及对该软件的展望作了详细的阐述。第一章是绪论；第二章是LF精炼炉底吹氩原理、应用与现状； 第三章是精炼炉底吹氩控制系统的需求分析；第四章是精炼炉底吹氩系统的硬件选型；第五章是精炼炉底吹氩系统控制方案的实现;第六章是关于开发平台;第七章是软件系统的设计开发。 Lf精炼炉底吹氩原理、应用与现状2.1 精炼炉底吹氩的发展和现状电弧炉是目前国内外主要的炼炉设备之一。随着工业的发展，废钢及其他原料的增加，电弧炉炼钢技术更加显示出其重要地位。然而电弧炉炼钢过程中存在一个不足之处是熔池内部及钢渣之间的搅拌作用差，致使传质、传热速率底，从而带来熔化速度和氧化反应速度慢，钢液成分的温度不均匀，脱硫、脱

5、磷速度低，工人劳动强度大，能耗高，冶炼时间长等一系列问题。为了降低工人劳动强度，提高熔池搅拌效果，1933年瑞典ASEA公司提出了在电弧炉底安装电磁装置搅拌熔池的技术，并得到了不少电弧炉钢厂的重视和采用，我国少数厂家也引进该技术和设备。但由于该设备投资大、事故多并且维修复杂，熔池搅拌强度调节范围小，从而未能得到推广。为此开发与推广一种成本低、见效快、生产中实用的电弧炉搅拌技术是十分必要的。随着转炉复吹技术、钢包底吹氩技术等的发展及其在冶金上去的的明显效果，人们认识到底吹气体搅拌熔池的优越性，并且积累了大量的经验。为此，如日本等国早在70年代末、80年代初就开始研究电弧炉底吹氩气搅拌技术。到80

6、年代中后期，由于技术上可行，特别是在冶金和经济上获得了较大的效果。一些主要产钢国开始对这项技术给与极大的重视，并且纷纷开发和推广电弧炉底吹氩气炼钢新技术。精炼炉底吹氩炼钢新技术具有成本低、操作方便、搅拌效果好的优点，并由此产生了一系列极其有益的冶金效果。它可以明显缩短冶炼时间、降低能耗、提高脱硫脱磷能力，促进合金均匀化。冶炼不锈钢时可促进去碳保铬，增加合金收得率，并且可大大降低工人的劳动强度。可以肯定，电弧炉底吹搅拌技术用于炼钢生产，同电弧炉技术一起，将能极大地推进电弧炉技术的发展。80年代以后，由于引进一批二次精炼装置以极其先进的自动化系统与PCL、DCS硬件等，从而使我国二次精炼装置自动化

7、水平大大提高。其中冶金部钢铁研究总院于1988年开始在实验室进行电弧炉底吹氩技术的研究工作。1991年该项目列为冶金部重点科研项目。1992年上旬，钢铁研究总院于长城特殊钢公司合作在该公司进行底吹试验，并于同年投入生产。1998年月宝钢从日本川崎公司制铁株式会社引进底吹氩气控制技术，并建成投入运行，取得较好的效果。目前，虽然国内所采用的精炼技术中大多数采用钢包底吹氩气法，但由于该套设备价格比较昂贵、维护成本高而且对操作人员的要求高，所以国内大对数厂家基本上采用人工直接操作的控制方法。 这种方法虽然实现了底吹氩的基本目的搅拌作用，但由于自动化程度低，无法实现脱氮、脱磷的作用，而且好氩量和耗电量高

8、，包龄短，并易造成钢水二次氧化等。因此，与国外相比有相当大的差距。2.2 精炼炉底吹氩基本原理石墨电极钢包盖碱性渣钢液钢包透气塞吹入Ar图2-1 LF精炼炉底吹氩原理图LF（lade furnace）精炼炉是通过分布在极心圆上的3根电极产生电弧对熔池表面的钢水加热，并将热量通过渣层和熔池表面的钢水向熔池内部传递的电弧炉，如图21所示。氩气是一种惰性气体，是制氧时的一种副产品。由于在炼钢时大量使用氧气,氩气比较容易获得。在精炼时将氩气通过钢包底部的多孔透气砖不断吹入熔池中，使得氩气在熔池中形成大量的小气泡。由于在这些小气泡内钢水中的有害气体氮、氢的分压力几乎等于零，因此这些小气泡对氮氢来说，相当

9、一个“真空室”。于是溶解在钢液中的有害气体不断的向氩气泡中扩散。虽然随着氩气泡的上浮，氢和氮在氩气泡中得分压力不断增加，但又由于氩气泡在钢液中上浮时受热膨胀，体积增大，因而氢与氮的分压力仍保持较低水平，故仍能继续吸收氢和氮，直到最后随氩气泡上浮溢出钢液而被除。钢包底吹氩法从动力学来看，氩气上浮会产生“气泡泵效应”，会对钢液起到搅拌作用，这样不仅提供了气相成核和夹杂颗粒碰撞的机会，有利于气体级夹杂的排除，而且提高熔池成分和温度的均匀性，因此有更大地优越性。LF精炼炉炼钢所需的能量是由电弧产生的，通过渣层和熔池表面向熔池内部传递的。由于精炼炉熔池内部和钢渣间的搅拌极其微弱，使钢液成分和温度不均匀，

10、这一直是电弧炉炼钢存在的一大难题。精炼炉底吹气体改变了熔池内部和钢渣间的传热、传质速率，从而影响到与此有关的炼钢反应。从转炉和炉外精炼的实践中可知，向熔池深处吹入气体可轻易的获得比机械法和电磁法要大得多的搅拌效果。在一定熔池深度下，熔池的比搅拌能与底吹的气体量成正比，即 式中， 比搅拌能，W/t; Q底吹气体流量，m3/min; H熔池深度，m; T熔池温度，K； W钢液重量，t;因此，通过调节底吹气体流量可很好的控制熔池搅拌强度。向电弧炉中以0.06 的供气强度底吹氩气时，其比搅拌能可达375400w/t。而向钢液插管吹氧（深度35cm），碳含量从0.4降到0.1时，其比搅拌能只有70w/t

11、,在其他不吹气体期间电弧炉的比搅拌能则仅有13w/t。由此可见精炼炉底吹气体后可大大改善炉内的搅拌状况。熔池混合情况与熔池的搅拌强弱有关。对这一问题人们进行了大量的研究。有关研究表明，熔池中的传质系数和截面积的乘积与比搅拌能的0.4次方成正比，传热系数与比搅拌能的0.2次方成正比。很显然，加强熔池搅拌，可加快熔池中的传质、传热速率。这一点在脱硫、废钢和铁合金熔化等的结果种可充分反映出来。总之，精炼炉底吹氩系统品质的好坏关键取决于对压气流量的精确控制，也只有这样才能充分的发挥底吹氩的优势，才能进一步提高国内钢材质量，创造良好的经济效益。2.3 精炼炉底吹氩的意义随着转炉炉外精炼的发展，诸如LF炉

12、、VD炉、RH、SKF等电冶金技术、真空冶炼技术不断和转炉-连铸-连轧工艺相结合，因此要求炉外精炼的效果好，时间短。具备和转炉匹配的快工节奏功能，底吹氩技术具有强搅拌力，并有均匀成分、温度等良好的冶金特点。石钢转炉炼钢厂的吹氩技术从无到有，从低吹发展到顶吹，现在已做到吹氩透气砖寿命和钢包同步。但对氩气的流量、压力等方面一直采用人工操作，从未实现自动控制。从控制角度来看, 过程控制系统的品质，是由组成系统的结构和被控过程与检测仪表各环节的特性决定的。被控过程的数学模型，对系统的分析、实现生产自动化都有着十分重要的意义，而且是最大限度的发挥设备的生产潜力，提高收取率和降低能耗的关键。为了能更好的控

13、制一个过程，则需要知道当控制量变化一个已知量时，被控量如何改变并最终将改变多少以及向哪个改变方向、被控量的变化将需经历多长时间、被控量将随时间变化的曲线形状等。这些均依赖于过程的数学模型。因此一个过程系统的优劣，主要取决于对生产工艺的了解和建立被控过程的数学模型，同时，过程的数学模型是分析和设计过程控制系统的基本依据。因此，建立准确的底吹氩控制系统数学模型是该过程控制系统成败的关键。虽然底吹氩技术被国内的大多数精炼炉所采用，但由于该过程不仅涉及到气体与高温液体的传热、传质及动量的传递，而且还涉及到钢液的湍流流动与混合、合金添加剂的熔化和钢渣化学反应的热力学与动力学等。因此，从系统观点看，在精炼

14、炉底吹氩过程中，由于被控对象的非线性、数学模型的不确定性及系统工作点的剧烈变化等因素，要采用常规的控制策略难以实现对被控量-氩气流量进行精确控制。所以，尝试在操作人员控制经验的基础上，运用模糊控制理论以及过程控制策略来实现对氩气流量的精确控制。这不仅有利于低吹技术的发展和完善，而且有利于多学科之间的相互交融与促进。采用智能底吹氩工艺优化技术对转炉炼钢分厂2#LF炉底吹氩工艺所进行的改造和完善，可以实现吹氩的自动控制。该技术不仅可提高石钢转炉炼钢厂45#钢、40cr、40crmo、60si2Mn等品种钢的质量，而且对国内其他企业的生产指导也能起到促进作用。总之,该台智能底吹氩装置的研制成功，不仅

15、对提高我国钢材的品种和质量，而且能提高炼钢的机械化和自动化水平，促进国有冶金企业的技术改造。3 精炼炉底吹氩控制系统的需求分析3.1 精炼炉底吹氩控制系统结构 本控制系统能实现手动控制和机算计自动控制两种功能。一方面，底吹氩系统正常工作时,被控的氩气由正常支路吹入精炼炉,实现吹氩过程；在启动吹氩工作时,能够提供较大的压力来吹开堵塞的透气砖,以保证吹氩工作正常开始。另一方面,为了增加系统的可靠性,以防止在吹氩过程中控制系统发生故障后,能及时切换倒手动操作状态,确保生产的正常运行，特增加一条事故支路，保障系统安全运行。如图31所示。氩气瓶 氩气瓶 PI102PI102压力缓冲罐压力缓冲罐至LFP2

16、FIC101PIC101安全阀PI101P1F至LFP2FIC101PIC101安全阀PI101P1F 图3-1 精炼炉底吹氩系统结构图正常支路由正常支路电磁阀、压力控制执行机构、压力缓冲罐、流量控制执行机构、逆止阀、压力及流量检测装置和输送管道。正常支路电磁阀决定正常支路的开启与关闭。压力控制执行机构、流量控制执行机构均为电动执行机构，压力缓冲罐保证管道压力的恒定，为流量控制创造前提条件。流量检测装置采用质量流量计，。逆止阀是为了防止事故支路的高压气体进入正常支路，损坏正常支路的器件。其中：压力缓冲罐的作用是保证输出气体的流速是均匀的、连续的。2) 管道中安装由逆止阀、流量变送器以及快速接头

17、。其中，逆止阀是防止事故支路的高压气体进入正常支路，损坏正常支路的器件；流量变送器是输出流量的检测元件；快速接口是与钢包的接口元件。3.1 被控对象的组成与分析 要分析一个系统的动态性能，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型是所研究系统的动态特性的数学表达式，更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。系统的建模方法一般分为两大类：机理建模与实验建模。通常人们倾向于用机理建模要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型,这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型是所研究系统的动态特性的数学表达式，更具体地说，

18、是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。系统的建模方法一般分为两大类：机理建模与试验建模。通常人们倾向于用机理建模，认为这样的模型有基本的理论作保证，物理意义明确。但对于较复杂的系统，做了许多简化与理想化后才能建立起机理模型。试验建模似乎是迫不得已的办法，但在数据处理能力大大提高的今天，它也具有较强的生命力。机理建模就像是“开环控制”，理论上可以做得很精确，但实际上很难；试验建模就像是“闭环控制”，不管对象有多复杂，都可用这种综合方法来对付它。尽管对于一个新的建模问题，己有了多种普遍适用的方法，但是如何有效地对系统进行建模，一直为人们所关注。控对象的组成 QNV1P,T,VQNV2Qnv 图3

19、1 被控对象的结构图由上节分析可知，精炼炉底吹氩过程控制系统的被控对象由稳流包、逆止阀和输送管道组成。如图31所示。（2）被控对象的分析如图25所示。通过对LF精炼炉底吹氩过程控制系统的分析和从有利分析问题的角度出发，可认为LF精炼炉底吹氩过程控制系统是一个由六个输入量(即气源压力p0、入口流量qNVO、温度T、钢液高度H、透气面积S2、钢渣厚度h等)和一个输出量（即输出流量qnv）组成的物理系统。对从试验和现场采集到的数据分析以及有关流体力学的知识可知，该控制对象具有如下特点：1）气源压力 在精炼炉底吹氩过程中所需氩气是由许多瓶氩气经汇流排组成的氩气站来供应，但由于在精炼过程中，气瓶中的氩气

20、压力会随着精炼的进行缓慢下降，那么气源压力也随着缓慢下降：只有当气瓶中的氩气压力下降到某一压力时才更换氩气瓶，那么更换后，气源的压力又会突然达到最大值，所以在精炼过程中，气源的压力是不断波动的，这种波动必然会对系统的输出造成一定的干扰。2）气温 由于气体具有可膨胀性和可压缩性，所以气体所处的外界温变化会影响到气源的压力及出口的压力，进而间接影响出口的流量。而气温也是一个不确定量。3）钢液的高度及钢包的厚度 在精炼过程中，由于每炉的钢水量大都不相等，即使相等，但又由于钢包的包况的不同，从而导致钢水的高度不相等：钢渣的厚度不仅与所精炼的钢种有关，而且还与从该包钢水的成分、温度、精炼中所加造渣物的量

21、等因素有关。然而，这两个量通过直接影响到系统的出口压力（即背压），来对输出流量造成扰动，但是这两个量不仅是不确定量，而且是不可控的。4）透气面积 透气面积是指透气砖的实际透气面积，是决定吹入钢包氩气的最大流量的重要因素之一。它的大小是由钢包的状况、钢水的温度等因素共同决定的。而每一炉钢包的状况的好坏是不尽相同的，而且，在底吹过程中，钢包的包况也可能发主变化，因此透气面积是一个不确定变量，而且它是不可测和不可控的。5）输入流量 在本系统中，输入流量就是PCM调流器的输出流量。它是可以控制的，而且与前面几个变量相比，只有它对输出流量（即吹入钢包的氩气流量）的影响最大。气源压力P2温度T钢液高度H钢

22、渣厚度h 透气面积S2出口流量Qnv 精炼炉底吹氩系统 入口流量Qnv0图3-2 精炼炉底吹氩系统输入输出示意图总之，通过以上分析，可以得出：该被控对象的输入量和输出量之间的关系是非线性关系而且各输入变量具有时变、分布式参数和显著的不确定性的特点。其中，气源压力、气温、钢液高度、透气面积及钢渣厚度对被控量qNV。造成扰动，影响被控量，但它们都属于不确定变量，往往都不可控。入口流量对被控量起主要控制作用，而且它是可控量，因此选入口流量QNV0是被控制对象的控制量，出口流量qNV是被控量。4 精炼炉底吹氩系统硬件选型4.1 拟使用的设备（1）工业控制计算机系统研华工控机、高速光隔多路A/D（PCL

23、-813B 32路隔离模拟量输入卡）、D/A（PCL-726 6路隔离模拟量输出卡）、系统软件、亚控组态王软件6.xx。 （2）压力检测系统压力变送器EJA530-DBS7N-02NN、压力指示仪等（3）流量检测系统涡街流量计（银河WJ DN40）或精密气体涡轮流量计(SPONSLER公司)（4）温度检测系统温度变送器（罗斯蒙特248HANANS）、测温元件、信号采集卡等（5）执行机构及其它气动薄膜调节阀、气动截止阀、电/气转换器、安全阀、手动截止阀、气泵、气源稳压过滤器等。4.2 系统主要性能指标 1流量测量范围：01000NL/min； 2流量测量精度：2.0%； 3流量调节精度：3.0%

24、； 4压力测量范围：02Mpa； 5压力测量精度：1.0%； 6压力调节精度：3.0%； 7氩气温度范围:0505 精炼炉底吹氩系统的控制方案的实现 5.1 控制目的和约束条件要对精炼炉底吹氩气系统实施有效的自动控制，必须首先了解精炼炉底吹氩的控制目的。精炼炉底吹氩的控制目的一般从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。质量指标质量指标（即钢水成分、温度的均匀程度及钢水中有害杂质的含量）必须符合规定要求，因为钢水温度的均匀直接可影响到连铸的顺利进行，而钢水成分均匀程度及钢水中有害杂质的含量会直接影响钢材成品率。这些都与底吹氩搅拌的效果有极为密切的关系。产品产量在达到一定的质量指标的前提下，应得

25、到尽可能更高的产量。这必然对于提高经济效益有利。要实现这一目的，那么就必须要求底吹氩对钢水进行搅拌时的均匀时间尽可能缩短。能耗要求和经济指标在底吹氩满足质量指标和产品产量要求时，人们总是要求尽可能的缩短精炼时间，来减少氩气的消耗量、电耗及原材料的消耗等，以求降低成本，取得良好的经济效益。这些同样对底吹氩的效果提出了进一步的要求。因而，精炼炉的吹氩控制目的是使底吹氩产生预期的效果，来满足生产的需要，产生良好的经济效益。又因底吹氩效果虽然一般由比搅拌能和均匀时间来衡量，但这二者均难以实时测量，而它们均与吹入的氩气量有关，且吹入的氩气量是可以测量的，因此底吹氩效果可以间接地以吹入的氩气量来衡量。底吹

26、氩的任何操作情况同时受约束条件的制约，因此，在考虑精炼炉底吹氩的控制方案时一定要把这些因素考虑进去。具体如下：1、开始启动吹氩时，必须使出口压力足以吹开透气砖，并在开吹后能及时将出口压力迅速减小至略大于钢水的静压力，以使正常的底吹氩能顺利进行：2、由于精炼炉底吹氩过程是一个较为复杂、惯性大、滞后大，具有非线性、分布参数和时变特性的系统，因此，要求在系统受到干扰时，仍能够保证吹入精炼炉的氩气量恒定，同时，还要满足精炼时氩气流量能随工艺的要求快速、准确地得到调整。5.2 吹氩工艺要求及难点分析1、工艺要求据工况条件实现不同压力的调节。随时调整氩气流量，实现“软吹”，即根据工况条件适时地缓慢增加或减

27、少氩 气流量，以达到均匀成份和温度、去处杂质，便于脱去有害气体的目的。根据不同钢种、精炼目的来调节总耗氩量。对透气砖透气性能的检查。氩气漏气量的自动补偿。各种异常情况的报警。2、难点分析氩气流量最佳值的设定氩气流量过大，会吹穿液面，甚至发生喷溅，致使钢水裸露氧化，夹杂物增加；氩气流量过小，则不能满足快速均匀温度、去除气体和夹杂的目的。同时由于钢水温度及透气砖透气性的不同，氩气流量和压力的最佳期工作点也是变化的，因此，在整个吹周期中，如何调整氩气的压力和流量Ar成为影响最终冶炼效果的重要因素。由于工作现场的恶劣环境，常常造成常规仪表测量误差增大，且容易损坏，从而引起常规控制系统的性能不稳定，数据

28、不准确，导致不能很好地实现预期目的。执行元件通常为手动调节阀门，在实际使用过程中经常出现流量失控现象。底吹氩系统的建模不仅涉及到吹炼过程中的一系列物化反应，还涉及到电气、执行元件（比如减压阀、流量压板调节电磁阀等）的选用，以及电信号的反馈效果，因此，合理建模是本系统设计和实现的难点。5.3 吹氩控制解决思路及具体设计5.3.1 解决思路 流量控制原理改进后的智能吹氩装置采用连续控制的质量流量计。综合工艺要求，对氩气流量、压力建立起系统的数学模型，为本系统的设计和分析提供基础保证。通过智能控制的策略来实现氩气流量的最佳给定。节流式孔板装置具有结构简单、安装方便、工作可靠、造价低等特点，且有详实的

29、实验数据，可按标准进行设计加工、安装、检验和使用。5.3.2 底吹氩控制具体设计1、基本曲线 P1软吹曲线 出口压力范围为 00.35Mpa 流量范围为 0100L/min P2正常搅拌曲线 出口压力范围为00.5Mpa 流量范围为 0150L/minP3大流量搅拌曲线 出口压力范围为 00.9Mpa 流量范围为 0200L/min 图52 三种基本曲线正常吹氩搅拌工艺：开吹6秒为破顶时间，压力1.41.6Mpa；6秒至秒为正常搅拌时间，压力为0.5Mpa左右；200秒至300秒（根据具体情况而定）为加入碳铁或其它合金时的大流量吹氩曲线，压力0.9MPa为左右； 600秒900秒为恢复搅拌时间

30、，压力为0.5Mpa左右；900秒以后为软吹时间，压力为0.35MPa以内。2、系统设计能力压力可调范围为01.6Mpa流量可调范围为0600L/min3、底吹效果钢水均匀混合特性在没有智能底吹搅拌时（人工手动调节），能量及浓度梯度变化很大；采用智能底吹技术之后，当钢液受到氩气从破顶到 P2P3P2P依次变化时，钢液内部温度及浓度梯度变化稳定，从而缩短了精炼时间。加入部分碳铁后，碳铁熔化均匀时间在外部条件一定时，也取决于氩气的搅拌能量大小。本次实验中，加入碳铁后的熔化均匀时间呈 t =73.540.089关系，如图4所示。氩气搅拌能增加，则碳铁的熔化均匀时间减少。这里，底吹氩气搅拌能可按下式计

31、算： = (Q0.74 / G)Tln (1+H / 148 P )式中：Q氩气流量，l/sG钢液重量，tT钢液温度，kH钢液深度，cmP钢液面环境压力，atm (atm=101.325kPa) 图53 碳铁熔化均匀时间与搅拌能关系 精炼时间与吹氩消耗量采用智能吹氩搅拌工艺与手动操作相比，明显缩短吹氩时间，降底了耗氩量和耗电量，具体指标见表1。 表1 两种吹氩控制方式的冶炼参数比较 项目 手动操作 智能吹氩工艺 差值 煤炉平均精炼时间,min 23 21 2 耗氩气量,NL/min 50 43 7冶炼电耗,kW/t 46.5 44.3 1.845#钢精炼比 100 100合理的吹氩搅拌工艺可使

32、钢中O、H含量明显下降，如表2所示。 表2 钢中的气体含量 项目 手动操作 智能吹氩工艺 N10-6 74.20 68.18 010-6 56.61 41.72透气砖使用寿命试验钢包寿命92次，透气砖原始长度400mm，残砖长度202mm，侵蚀速度为2.2mm/炉。根据残砖厚度可推测其使用寿命可达炉以180上，完全满足与包龄同步的生产要求。改善了操作条件手动操作时，氩气对钢水的搅拌只能凭肉眼判断，由工人通过手动控制阀门来实现搅拌工艺，而采用智能型底吹氩装置后： 可以精确可靠地实现，0.100.16Mpa,1020Nl/min氩气的软吹，软吹时间大于3分钟。在运行开始时，自动启动高压支路；吹开破

33、顶后，自动转换到正常设定的曲线上来。如果发生堵塞现象，在20秒内未吹开破顶，系统会发生报警，并继续调动高压支路，在6分钟之内，反复高压吹氩，吹开破顶后，系统会自动转换到正常设定曲线上继续运行。可避免因手动状态频繁开启阀门而造成的阀门损坏与高压气流对透气砖和包衬的频繁冲击，延长了透气砖和钢包的寿命。由于采用了PLC控制，使得对氩气的控制达到数字化，并将运行中的参数送给上位机，有利于实现对精炼过程的全面监控和优化。 通过三种吹炼曲线的设定和微调，使得吹氩控制更加切合石钢转炉厂工况条件，从而提高了吹氩工艺的精确度，保证了产品质量的稳定。该系统运行稳定、安全、可靠，设计合理，自动化程度高，能够减轻工人

34、劳动强度，并最大限度地满足炉的吹LF炉的吹氩工艺要求，对于提高精炼功效和钢水纯净度有着重要的意义。6 关于开发平台6.1 Windows操作系统概述WINDOWS系列一向深受用户的喜爱，在WINDOWS版本系列中，下列特点是始终坚持并不断开发：1) 窗口化的图形界面多任务方式的运行环境虚拟化的设备接口，如图形设备接口（GDI），即与设备无关的图形化显示模式，使多样化的图形硬件和软件设备都能运行WINDOWS。以虚拟内存为核心的内存管理。网络功能及应用程序，包括MICROSOFT网络，通用基础网络协议和INTERNET网络等。多媒体功能及应用程序，包括图形，图像，声音，动画，视相处理和开发工具等

35、。功能丰富的用户管理工具和使用软件。6.2 程序开发工具简介“组态王”软件包由工程管理器（组态王）、工程浏览器（TouchExplorer）、画面运行系统（TouchVew）、信息窗口等四部分组成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。 工程浏览器（TouchExplorer）和画面运行系统（TouchVew）是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统（TouchVew）运行环境中才能运行。6.3 亚控组态王6.xx的特点1、工程管理对于系统集成商和用户

36、来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。另外，组态王6.0开发系统提供工程加密，画面和命令语言导入、导出功能。2、画面制作系统支持无限色和过渡色 组态王6.xx调色板支持无限色，支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用

37、无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面。图库 使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计界面的难度，缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，一次构造，随处使用，节省了工程人员投资。6.xx图库全新改版，提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。 3、报警和事件系统组态王6.xx报警系统全新改版，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过

38、网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗。4、报表系统组态王6.xx提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了，比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态。5、控件组态王6.xx支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提供的标准Active X控件和用户自制的Active X控

39、件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。一般的Active X控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来完成工作。6、冗余系统组态王6.xx提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取或采取其中的任意一种或两种。采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如6.

40、4 亚控组态王6.xx的软硬件配置要求适用于IBM586以上的微型机及其兼容机；VGA、SVGA以及支持Windows 256色的图形卡；主频100MHZ以上，内存不少于32兆；若要同时运行多个大型程序，建议使用更大的内存；运行于Windows 98第二版/2000/NT 4.0补丁6环境。 7 软件系统的设计开发7.1 本组态王程序制作过程概述本程序建立的过程是：1 设计图形界面2 构造数据库3 建立动画连接4 运行和调试在用组态王画面开发系统编制本应用程序时，我依照此过程主要考虑三个方面：图形 用户希望怎样的图形画面？也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。数据 怎

41、样用数据来描述工控对象的各种属性？也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度,压力等。连接 数据和图形画面中的图素的连接关系是什么？也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。7.2系统的总体功能模块 精炼炉底吹氩智能优化控制软件系统主要分为以下几大模块:分别是吹氩控制流程，历史趋势曲线，压力数据，流量数据，报警，报表，用户，登陆与注册，退出。如图7.1所示。用户登录用户登录LF精炼炉底吹氩精炼系统LF精炼炉底吹氩精炼系统 退 出报 表流 量 数 据历史趋势曲线吹氩控制流程报 警压 力 数 据退 出报 表流 量 数

42、 据历史趋势曲线吹氩控制流程报 警压 力 数 据 图71 底吹氩系统功能模块图 主界面底吹氩控制流程进入演示模式首先弹出的是登录窗口，如图72所示 图72 登录窗口 输入口令后进入底吹氩控制流程，如图73所示 图73 底吹氩控制流程图底吹氩控制系统主界面由吹氩控制流程图，用户登录窗口，吹氩口状态监测曲线，出口流量和出口压力数值窗口，手动、自动、半自动按钮，及启动计算机控制、停止计算机控制按钮。子界面由历史趋势曲线、压力数据、流量数据、报警窗口、报表窗口及 退出窗口组成。界面右侧的用户窗口表明了用户的名称和其访问权限,使应用程序必不可少的一部分。吹氩口状态监测曲线用于实时显示流量和压力数据的变化

43、情况。在画面运行时实时趋势曲线对象由系统自动更新。数据将从趋势的右边进入，同时趋势将从右向左移动。吹氩口状态监测曲线下方有氩气出口流量和出口压力实时数据窗口用于精确的显示流量和压力数据的变化情况。界面右侧有手动、自动和半自动三个按钮，专门用来选择控制方式，可使操作人员能方便的转换对吹氩系统的控制方式。当按下自动或半自动控制按纽时事故支路电磁阀断开，系统由计算机按固定程序控制；当按下手动控制按钮时正常支路电磁阀断开，手动调节法作用。 历史趋势曲线子界面 74 历史趋势曲线子界面历史趋势曲线对象的上方有一个带有网格的绘图区域，表示曲线将在这个区域中绘出，网格左方和下方分别是X轴（时间轴）和Y轴（数

44、值轴）的坐标标注。 曲线的下方是指示器和两排功能按扭。可以通过选中历史趋势曲线对象（周围出现8个小矩形）来移动位置或改变大小。通过定义历史趋势曲线的属性可以定义曲线、功能按扭的参数、改变趋势曲线的笔属性和填充属性等，笔属性是趋势曲线边框的颜色和线型，填充属性是边框和内部网格之间的背景颜色和填充模式。第一排最前面和最后面的两个按钮是时间轴单边卷动按钮，其作用是单独改变使趋势曲线左端或右端的时间值。第二排前面四个按扭是时间轴平动按钮，其作用是使趋势曲线的左端和右端同时左移或右移。第一排第六-八个按扭是时间轴百分比平移按钮： 其作用是使趋势曲线的时间轴左移或右移一个百分比，百分比是指移动量与趋势曲线

45、当前时间轴长度的比值。比如移动前时间轴的范围是12:0014:00，时间长度120分钟，左移10%即12分钟后，时间轴变为11:4813:48。第二排第五-九个按扭是跨度调整和输入按钮，用来选择或输入调整跨度量。第一排第三-五个按扭是时间轴缩放按钮，其作用是建立时间轴上的缩放按钮是为了快速、细致地查看数据的变化。缩放按扭用于放大或缩小时间轴上的可见范围。 压力数据子界面 75 压力控制子界面压力控制曲线是以压力信号为被调参数。其中绿色的是设定曲线，红色的是测量曲线。曲线下方设有设定值、时间偏移量和实测值三个数据框，对压力信号进行实时精确的测量。界面左侧设置了出口压力实时趋势曲线，实时趋势曲线对象的中间有一个带有网格的绘图区域，表示曲线将在这个区域中绘出