济钢实习报告及高炉上料控制系统设计.docxVIP

北 京 科 技 大 学本科生生产实习报告实习场所：_北京科技大学_ 学院：_自动化学院_ 专业：_自动化_姓名：_ _学号：_ 指导教师：_2012年 7月 17 日目 录引 言31 济南钢铁集团介绍31.1济钢概况错误！未定义书签。2 钢铁生产工艺流程32.1 钢铁生产工艺流程介绍32.2 铁前主要生产工艺42.2.1采矿、选矿42.2.2烧结、团矿52.2.3炼焦72.2.4高炉炼铁82.3 炼钢及主要产品的生产工艺122.3.1转炉炼钢132.3.2连铸162.3.3轧钢173 各生产工艺流程中电气设备和控制系统的使用情况183.1 电气设备的使用情况183.1.1 在炼焦设备中的使用183.1.2 在高炉设备中的使用183.1.3 在转炉炼钢设备中的使用193.1.4 在连铸设备中的使用203.2 控制系统的使用情况213.2.1烧结控制系统213.2.2炼焦工艺中的控制系统223.2.3高炉炼铁工艺中的控制系统233.2.4连铸工艺中的控制系统243.2.5轧钢工艺中的控制系统2错误！未定义书签。4 典型对象控制系统设计23 4.1高炉上料控制系统概述234.2高炉上料控制系统设计方案234.3可编程逻辑控制器（plc）的应用344.4高炉卷扬部分电器配置444.5软硬件系统详细设计47参 考 文 献35指导教师意见361引 言在进行3年的理论知识积累之后，要有一个踏入社会进行实践的过程，也就是理论与实践的结合，特别是对与自动化这种实践性能非常强的一门学科更要强调实际操作技能的培养。而且这门学科在很大程度上与书本有一定程度的差异，在这次实习中能使我们所掌握的理论知识得以升华，把理论与实践找到一个最好的切入 点，为我所用。所以就要有一个将理论与实践相融合的机会。在实习中可以得到一些只有实践中才能得到的技术，为我们以后参加工作打好基础，这就是这次实习的目的所在。在2011至2012学年第二学期末，自2012年6月25日起，我们自动化学院09级电气自动化专业进行了为期28天的生产实习。 这次实习的内容是对自动化知识有理论到实践的过程，实习的要求是让每个同学都对钢铁企业的设备，工艺及先进技术达到基本了解和掌握的程度。这次实习与以前的课堂实习相比，时间更加集中、内容更加广泛、程序更加系统，完全从自动化控制生产实际出发，加深对书本知识的进一步理解、掌握与综合应用，是培养我们理论联系实际、独立工作能力、综合分析问题和解决问题的能力、组织管理能力等方面素质。也是一次具体的、生动的、全面的技术实践活动。在实习的第一天，由徐正光，孙昌国，杨旭等老师给我们做了实习的动员。在动员会上，老师强调了本次实习的重要性，并鼓励同学们努力克服困难，努力完成本次实习。还讲解了人身安全、实习纪律等注意事项。根据学校安排我于2012年7月8日到济南钢铁集团进行生产实习，这是一个让我们了解自动化在钢铁行业中的应用的机会，也是让我们走到生产现场，直观、具体的认识自动化控制系统的机会，让我更深一步的了解理论与实际还存在着很大的差别。1 济南钢铁集团介绍1.1 济钢概况济钢始建于1958年。职工3.8万人。资产总额500亿元。产品以中板、中厚板、热轧薄板、冷轧薄板为主。2008年，生产钢1121万吨、钢材1085万吨；出口钢铁产品116万吨，创汇11.3亿美元，进出口贸易总额24.6亿美元。获得了“国家环境友好企业”、“全国绿化模范单位”、“中国钢铁工业清洁生产环境友好企业”荣誉称号。济钢股份公司获得了中国蓝筹公司百强、蓝筹钢铁企业十强、中国上市公司金牛奖百强称号。济钢认真落实科学发展观，坚持走新型工业化道路，以结构调整为主线，积极推进工艺装备的大型化、紧凑化、现代化，形成了中板、中厚板、热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、彩涂板等现代化生产线，为顾客和社会创造价值的能力明显提升。以信息化加快企业现代化的进程，建设了erp、mes、spc、oa、能源管控中心等管理信息系统。坚持以市场为导向，不断优化产品结构，开发满足顾客个性化需求的新产品，高技术含量、高附加值的品种板比例超过了90%，锅炉容器钢板、高强度建筑结构用中厚钢板被评为中国名牌产品，造船用钢板、碳结中板、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、锅炉容器钢板和球墨铸铁管等主导产品获得冶金产品“金杯奖”，差异化竞争优势明显增强。大力发展循环经济，积极推进节能减排，探索形成了以“以价值创新为核心，以观念创新为先导、技术创新为支撑、管理创新为保证，实施资源化治理、分布式治理、系统化治理，实现资源高效利用、能源高效转化、代谢物高效再生，追求企业效益、环境效益、社会效益和谐统一，建设资源节约型、环境友好型企业”的钢铁企业发展循环经济模式，努力构建与城市和谐共生、友好共赢的“都市型钢厂”。充分开发利用工艺中的余热余能，先后建成了干法熄焦发电、燃气蒸汽联合循环发电、高炉trt发电、炼钢蒸汽余热发电、烧结机余热发电等项目，初步形成了分布式发电的格局。积极承担社会责任，向社会延伸循环经济链条，对济南裕兴化工厂铬渣进行无害化处理，对电解铝厂赤泥进行资源化开发，解决长期困扰社会的环保难题。济钢被确定为全国第一批循环经济试点单位和国家“十一五”规划重点建设的循环经济示范企业。坚持管理与国际接轨，引入卓越绩效管理模式，2003年荣获全国质量管理奖。先后通过了质量、计量、安全、环境管理和营销服务体系国际认证。建成了国家级技术中心、国家级实验室和博士后科研工作站，技术中心获得国家认定企业技术中心成就奖。造船板获得中、英、法、日、德、美、挪、韩、意、荷10个国家船级社认证。产品出口到50多个国家和地区。高度重视企业文化建设，经过长期经营实践，以“三个代表”重要思想和科学发展观为指导，培育形成了以“可尊，可信，共创，共赢”为核心价值观、突出“人和，物和，利和，心和”和谐主题的企业文化。深入实施顾客满意工程、供应商满意工程、凝聚力工程，探索建设“都市型钢厂”，不断拓宽与所有相关方共创共赢的平台。全公司上下同欲、政通人和，风正、气顺、心齐、劲足，为济钢又好又快发展提供了强大合力。面对新形势新任务，济钢将全力推进精准、高效、和谐发展战略，努力建设决策更加科学，管理更加精准，运营更加高效，资源利用更加充分，内外关系更加和谐，职工生活更加富足，发展后劲更加强大，中国一流、世界知名的现代化钢铁企业。2 钢铁生产工艺流程2.1 钢铁生产工艺流程介绍钢铁生产工艺主要包括：炼铁、炼钢、连铸、轧钢等流程。 炼铁，就是在经过采矿、选矿、烧结、炼焦等铁前工艺后，把烧结矿和块矿中的铁还原出来的过程。焦炭、烧结矿、块矿连同少量的石灰石一起送入高炉中冶炼成液态生铁（铁水），然后送往炼钢厂作为炼钢的原料。 炼钢，是把原料（铁水和废钢等）里过多的碳及硫、磷等杂质去掉并加入适量的合金成分。连铸，将钢水经中间罐连续注入用水冷却的结晶器里，凝成坯壳后，从结晶器以稳定的速度拉出，再经喷水冷却，待全部凝固后，切成指定长度的连铸坯。 轧钢，连铸出来的钢锭和连铸坯以热轧方式在不同的轧钢机轧制成各类钢材，形成产品。如图1所示：图1钢铁生产流程图2.2铁前主要生产工艺2.2.1采矿、选矿采矿工业是一种重要的原料采掘工业，在已基本达到的高度机械化基础上，矿井在提升、运输、排水、通风、瓦斯监控等许多环节将实现自动化和遥控。地下和露天矿都将实现计算机集中自动管理监控。采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法。露天开采，即在露天条件下，将埋藏较浅的矿石，从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离露天矿进行开采，包括挖掘一系列顺序的沟槽。采砂船采矿也属剥离露天矿的一种，它从平底船上进行挖掘。地下开采，是将埋藏较深的矿石，在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法将矿石开采出来。液体开采，又称特殊采矿法，是从天然卤水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物质；将有用矿物加以溶解（或热水融化），再将溶液抽至地面后进行提取；用热水驱、气驱或燃烧，把矿物质从一个井孔驱至另一井孔中采出。大多数液体采矿是用钻井法进行的。选矿是根据矿石中不同矿物的物理、化学性质，把矿石破碎磨细以后，采用重选法、浮选法、磁选法、电选法等，将有用矿物与脉石矿物分开，并使各种共生的有用矿物尽可能相互分离，除去或降低有害杂质，以获得冶炼或其他工业所需原料的过程。选矿过程及分选方法：破碎，方式有压碎、击碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、细碎三段进行；磨碎，以研磨和冲击为主；筛分和分级，筛分和分级是在粉碎过程中分出合适粒度的物料，或把物料分成不同粒度级别分别入选；洗矿，为避免含泥矿物原料中的泥质物堵塞粉碎、筛分设备，需进行洗矿，可在擦洗机中进行，也可在筛分和分级设备中进行；重选，在介质(主要是水)流中利用矿物原料颗粒比重的不同进行选别，有跳汰选、摇床选、溜槽选等； 浮选，利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性(疏水性或亲水性）的差异进行选别，通常指泡沫浮选；磁选，利用矿物颗粒磁性的不同，在不均匀磁场中进行选别。2.2.2 烧结、团矿烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。抽风烧结工艺流程：烧结原料的准备，一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少；熔剂要求熔剂中有效cao含量高，杂质少，成分稳定，含水3左右，粒度小于3mm的占90以上，在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的mgo，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量；燃料主要为焦粉和无烟煤。配料与混合配料：配料目的是获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。常用的配料方法有容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的，准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。混合混合目的是使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的是润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的是继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。用粒度10omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于253min。我国烧结厂大多采用二次混合。烧结生产：烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。布料，将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为1025mm，厚度为2025mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。点火，点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。烧结，准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。与烧结相比，团矿适合于处理更细的精矿粉，把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。球团矿生产迅速发展的原因：天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用。铁矿石经细磨、选矿后的精矿粉，品位易于提高。过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量。细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。球团法生产工艺的成熟,使从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料。生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展。技术经济指标显著提高。球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。团矿分为压团和球团两类。一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。2.2.3 炼焦炼焦即煤炭焦化，装炉煤经过高温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程，指主要从硬煤和褐煤中生产焦炭、煤气、干馏炭及煤焦油或沥青等副产品的炼焦炉的操作活动。现代炼焦生产在焦化厂炼焦车间进行。炼焦车间一般由一座或几座焦炉及其辅助设施组成，焦炉的装煤、推焦、熄焦和筛焦组成了焦炉操作的全过程，每个炉组都配备有装煤车、推焦车、拦焦机、熄焦车和电机车，一侧还应设有焦台和筛焦站。近来开发的炼焦新工艺还有：配入部分型煤炼焦的配型煤工艺、用捣固法装煤的煤捣固工艺、煤预热工艺等。产品包括焦炭、煤焦油、煤气和化学产品。现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。洗煤是原煤在炼焦之前，先进行洗选，目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质；配煤将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦，目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品；炼焦是将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一定时间，最后形成焦炭；炼焦的产品处理，将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级、获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。熄焦方法有干法和湿法两种，湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋6090s；干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为24h。在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。炼焦工艺流程如图2所示：图2 炼焦工艺流程2.2.4 高炉炼铁在高炉炼铁生产中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石、燃料和熔剂向下运动；下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的高温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。它的工艺流程系统除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、装料系统、送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统等。 如图3所示：图3 高炉炼铁生产工艺流程高炉原料及质量要求：烧结矿高炉生产中主要的碱性含铁原料球；团矿，高炉生产中主要的酸性含铁原料；焦炭，提供高炉冶炼所需的大部分热量，提供高炉冶炼所需的还原剂，是高炉料柱的骨架，生铁形成过程中渗碳的碳源；煤粉，代替部分焦炭提供热量，使得焦比降低，生铁成本下降。高炉的主要组成部分:高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3036m。炉腹角一般为7982 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的1018倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.105。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。高炉解体 为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。高炉冷却装置 高炉炉衬内部温度高达1400，一般耐火砖都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。高炉灰 也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、炉顶压力有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有 10100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40左右，并含有较多的碳和碱性氧化物；其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰，可节约熔剂和降低燃料消耗。高炉除尘器 用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。粗粒灰尘（6090um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。高炉鼓风机高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年来使用大容量同步电动鼓风机。这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.12.5m3min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。2.3 炼钢及主要产品的生产工艺2.3.1转炉炼钢炼钢，就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使之具有性能优良的钢。分为脱碳、去磷和去硫、去气和去非金属夹杂物、脱氧与合金化、调温、浇注等过程。如图4所示：图4炼钢工艺过程目前，炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种，被广泛采用的比较先进的氧气顶吹转炉炼钢法。转炉炼钢使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量 （含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (feo,sio2 , mno,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。随着制氧技术的发展，现在已普遍使用氧气顶吹转炉 （也有侧吹转炉）。这种转炉吹如的是高压工业纯氧，反应更为剧烈，能进一步提高生产效率和钢的质量。炼钢的工艺过程包括：造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。 出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。 熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。 电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将n2、ar、co2、co、ch4、o2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。 熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。 氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于0.2左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。 精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化学反应选入气相或排、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。 还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。 炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。 钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需3060分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需35分钟。钢液在静止状态下，夹杂物*上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。 惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中h2、n2、co的分压接近于零），具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的co分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中co分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。 出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。2.3.2 连铸将高温钢水浇注到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器)，钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。这种把高温钢水直接浇注成钢坯的新工艺，就叫连续铸钢。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。如图5所示：图5 连铸流程2.3.3 轧钢在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。轧钢的分类：轧钢方法按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧，横轧和斜轧；按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和特殊轧制。周期轧制，旋压轧制，弯曲成型等都属于特殊轧制方法。主要包括上料机构、加热炉、除鳞机、粗轧机组、中轧机组、精轧机组、分段剪、上冷床制动装置、冷床、成品剪或锯、精整打捆装置等。如图6所示：图6 轧钢工艺流程图3 各生产工艺流程中电气设备的使用情况和控制系统的使用情况 3.1电气设备的使用情况3.1.1 在炼焦设备中的使用变频器在焦化场中的使用，变频器采用森兰sb61p400kw。考虑到电机是一用一备，为节省投资，两台风机电机共用一台变频器，当电机需要倒换时，仅改变电机外部的接线。 pt为压力变送器，为四线式的压力变送器接线。r为给定调节，也可以用操作面板给定。km1km2控制那台电机运行。因为液力耦合器的效率较低，改造时不需要保留，可将其拆除。留下的空位可装一台减速箱，减速箱的减速比的选择，根据工艺条件决定。即变频器输出频率50（60）hz时，风机输出最大风量。为减少减速箱安装时的工作量，减速箱需认真选择。压力变送器要正确的反映初冷器的压力值，安装位置值得研究，显然安装在初冷器上，即可。为简化控制，用一号初冷器压力变送器的信号反馈到变频器，由此控制一号初冷器的压力；二号初冷器的压力变送器的信号送到电动调节阀调节器上，控制阀门的开度，以平衡两初冷器的压力值。3.1.2 在高炉设备中的使用西门子6se70变频器在高炉自动控制系统中的应用，上料及炉顶系统主要电气设备卷扬机构交流电机功率160kw，三相交流380伏一台；冷却风机电机3.7kw，三相交流380伏一台；料车制动器1kw，两相交流380伏两台；料车行程编码器，omron一台 智能主令控制器一台；料车切换柜一面、交流变频传动柜2面，一用一备，制动电阻柜一面；料车变频器选西门子6se70 200kw两台，配套制动单元。系统特点：系统将plc技术与变频器技术相结合，极大地提高系统性能，成为生产控制的坚实基础。设备故障检测报警，这一功能由两部分构成:plc中的实时检测程序和计算机上的报警及记录程序；料车定位，采用主令控制器与编码器（plc）结合对料车进行定位，定位准确，调整方便，在约60m长的轨道上定位精度可达0.6cm；料车启动控制，料车启动前，必须提前判断炉顶状态，防止在轨道中间停车。目前为追求产量，都是大料批上料，料车如在轨道中间停车，再启动时较危险；安全独立操作方式，由主plc和操作台分别独立控制主卷扬系统，并且与切换柜相互隔离，提高降低系统的故障率；开抱闸控制，开抱闸采用力矩电流的百分值由变频器bico参数输出给抱闸接触器，来控制打开，通过现场调试测定合适的力矩值，在变频器建立起该力矩后，再打开抱闸，可有效的防止误动作及溜车故障。3.1.3 在转炉炼钢设备中的使用controllogix plc系统和1336 force交流变频器在转炉倾动系统的使用情况，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的plc（1#转炉为plc12）系统，通过控制总线control net网络接口实现转炉变频器及plc间的通讯，同时实现与转炉主plc（1#转炉为plc11）系统的通讯。系统主要硬件配置如下：倾动变频器1336t-b250-aa-gt3en-l4 四台（含制动组件），controlnet光纤模块1786-rpfs 四块，控制系统1756-l55m22 logix5555控制器 一个。在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以转矩模式工作，主变频器速度由plc系统通过变频器i/o口给定，主变频器通过drive-to-drive link通讯向从机发送运行信息，内容包括主机转速，转矩及开关状态等，由主从装置参数设定自动实现与主传动的速度/转矩跟踪和转矩准确分配，实现了多电机传动中速度同步和转矩分配。系统正常运行时， plc系统通过cnb总线与转炉倾动变频器正常通讯，实现控制和数据采集。当因某种原因引起故障时，例如某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，此时可设置另外一台变频器为主传动，组成新的主/从工作组，按主/从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。3.1.4 在连铸设备中的使用根据其工艺需求，每条铸流均是一条独立的生产线，此外还有一些公用系统，为便于管理和维护，在现场级由六套铸流plc系统和一套公用plc系统组成，每 套plc都将所有信息送到中央监控层，还有部分铸流系统与共用系统的数据交换，为保证系 统的可靠性及快速性，选用工业以太网。在中央监控层采用ser ver/ client结构，改变过去单机应用模式，采用多用户系统。多用户系统由多个操作员终端构成，这几个操作员终端则通过终端总线提供数据，而终端总线是独立于系统总线的标准以太网，仅用于从os服务器向过程终端、工程系统提供数据。系统总线和终端总线完全分离，os服务器只需通过自动化系统提供一次数据。多用户系统的优点在于：过程终端能够以极大的灵活性安装与排列；安装费用相当低廉,，可实现互连、互通和互操作功能；为保证系统的可靠性，os服务器需2台作冗余，若其中一台服务器故障，os终端将自动切换，延时1-2分钟，故障服务器启动后需手动切换os终端，在故障后重新启动操作员站时，所有测量值档案和报警档 案将被自动比较和更新。铸流系统：以一流为例，主plc（s7-400）的主机架由一个电源模块、一个cpu414-2dp、一个cp443-5 ext（路 由功能）和cp443-1以太网通讯模块构成。cpu集成dp口通过profibus-dp网与下挂5个i/o远程工作站-et200m（采集本流现场的各种电控设备、液面控制器等的开关 量与模拟量）和一个接点容量为5a的i/o远程工作站-et200（mcc柜），拉矫机变频器，引杆变频器、bms变频器，辊道1#变频器、辊道2-4#变频器和火切割枪变频 器；3套c7-633分别用来控制结晶液压振动，#1，#2 中包液面进行数据交换；cp443-5 ext的dp口通过dp/ pa link与支持pa通讯的仪表（19台变送器，阀门定位 器，流量计）进行数据交换，工程师站pdm软件通过 cp443-5 ext路由功能，实现远方修改仪表信息。二 至六流的设备构成与一流相同。公用系统：主机架配置与铸流配置一样，cpu集成dp口通过profibus-dp网与下挂4个i/o远程工作站-et200m（采集现场的各种电控设备、拉矫,出坯火切等的开关 量与模拟量）和2个接点容量为5a的i/o远程工作站-et200（mcc柜），大包回转变频器，#1中包行走变频器、#1中包行走变频器，移钢机变频器和u/v冷床变频器；1 套c7-633用来控制bms冷却水，2套s7-300用于打号, 结晶振动液压控制；cp443-5 ext的dp口通过dp/pa link与支持pa通讯的仪表（7台变送器，阀门定位器, 流量计）进行数据交换。操作员工作站与监控系统：采用client/server结构,在主电室安装2套冗余的无限点wincc sever，其中1台为工程师站，除安装wincc外，还需step7，pdm,1台操作员站,在主控室安装3台hmi,火切室、拉矫室各 一台hmi。通过hmi实现对生产线的组合操作，状态监控，参数设定和报警显示，同时还配有打印机和硬拷贝机, 用于打印报警信息、工艺动态参数和趋势图。3.2控制系统的使用情况3.2.1 烧结控制系统根据烧结工艺对自动化系统的要求，360m2烧结机计算机自动控制系统采用施耐德quantum 140 系列plc（cpu模板：140 cpu 53414a；通讯模板：140 crp 93200，140 cra93200，140 noe77101；输入模板：140 dai75300，140 ati03000，140 ari03010，140 aci03000；输出模板：140 dra84000，140aco02000）可实现配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、主抽风系统、主粉尘系统及电除尘卸灰系统的逻辑顺序控制，对主抽风机、点火炉等生产工艺的数据采集处理及回路控制。系统由5台plc、3个工程师站和10个监控站组成。基础控制层采用quantum 140 系列plc，plc主站与分站之间采用远程i/o方式扩展。各plc站通过网络通讯模板、交换机、tcp/ip工业以太网与工程师站或监控站可进行通讯，传输速率为100m pbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括cpu、i/o模板、i/o接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（hmi）采用intellution公司的ifix3.5监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。操作系统为windows 2000，编程软件采用concept2.6，它支持种iec标准语言，系统提供了派生功能块(dfb)，并可在concept2.6应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改dfb功能块即可。3.2.2 炼焦工艺中的控制系统集散控制系统在干熄焦工程中的应用，作为本工程的仪表控制系统，xl集散控制系统应运行在最佳状态，保证干熄焦的熄焦效果和余热锅炉的正常运行。xl集散控制系统的特点：强有力的控制机能，实现了正规的远程自动操作；系统构成灵活，有良好的扩展性；实现了高度的可靠性。本套xl集散控制系统由三台现场控制单元、三台操作站、插件箱、各种插件和通信总线等组成，为了提高系统的可靠性，采用了冗余的mfcd控制单元，实现了cpu、输入输出卡mac2（控制用）、电源及通信的双重化。共包括六个子系统：1#、2#熄焦系统 ，1#、2#锅炉系统，除尘系统，循环风机主电机测温系统，循环气体成份在线分析系统和气力输送系统。1#、2#控制器（1mfcd、2mfcd）各包括8个回路调节，64个模拟量监视点，15个开关量监视点，4个开关量输出点。 3#控制器（3mfcd）包括64个开关量监视点，26个模拟量监视点及11个开关量输出点。xl集散控制系统提供丰富的软件功能，可完成内部反馈仪表和开关仪表的定义及内部仪表同外部接线端子的连接，实现回路调节、顺序控制、数学运算、数值积算、报警显示、连锁、通讯、趋势记录、打印等工作。该系统设计了工艺流程画面19个，控制分组画面14个，趋势画面16页。工艺流程画面上有声光报警提示，便于操作人员及时掌握紧急信息。3.2.3 高炉炼铁工艺中的控制系统高压变频器在高炉除尘风机中的应用，jd-bp38-800f高压变频器主要技术性能：高高电压源型变频器，直接10kv输入，直接10kv输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害；输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置；单元电路模块化设计，维护简单，互换性好；输出阶梯正弦pwm波形；高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠；完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警；内置plc，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求；采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波；控制电源与高压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护；采用准优化spwm调制技术，电压利用率高； 功率单元经24小时高温老化、150负载试验，可靠性高；中文windows 操作界面，彩色液晶触摸屏操作。用户操作监控系统界面十分友好和完善，系统包括上位机（商用pc机）、下位机（工控机）、单片机。其中单片机给用户提供一个4位led数码显示屏和一个12键的小键盘操作平台，可对变频器进行全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，其功能更齐全，包括参数设定、功能设定、运行操作、运行数据打印、故障查询等等。上位机（商用pc机）放在总控室，可对多台变频器进行遥测、遥控。若只有一台变频器，上位机可省，或让客户自定；可接收和输出多路工业标准信号；可打印输出运行报表。其系统结构如图7示：图7 高压变频调速系统的结构图3.2.4连铸工艺中的控制系统罗克韦尔控制系统在连铸机上的应用，连铸机自动化控制系统设计采用“三电”一体化的设计原则。公用系统与各分流之间互相独立，其中任一流系统发生故障，不影响其它各流的生产。整个自动化控制系统采用基础级自动化控制系统，采用了两层控制结构：一层由plc组成控制站，进行过程回路控制、电气设备的顺序与联锁控制，并进行生产工艺过程的数据采集等；另一层由计算机组成操作站，将plc控制站收集的信息集中，使操作人员能实时监视控制生产工艺过程和设备运行状态，构成一个集中管理、分散控制的自动化系统。硬件构成，公用系统及各分流的控制器选用rockwell controllogix55m12，plc主机架还包括ethernet、devicenet通讯模块、数字量i/o模块、模拟量i/o模块。为减少线路敷设，本系统还采用远程i/o站，远程i/o站采用1794 flex i/o，与plc主站之间采用了devicenet网络通讯。每个远程i/o站包含一个适配器、若干基座和若干i/o模块，每一个适配器最多可以支持8个基座，并且可以用一个flex电源或者任何其它兼容性电源为该远程i/o站供电。上位操作站、公用系统plc与各分流plc及触摸屏之间用以太网环网连接在一起。火切系统和出坯系统的操作采用panelview触摸屏。信号正常情况下，火切系统和出坯系统自动控制，无需人员操作。信号异常时，台下操作工可通过panelview触摸屏介入进行手动操作，完成铸坯切割及出坯操作。振动台、拉矫机等需要调速设备的传动采用rockwell变频器1336plus-ii, 可以很方便地采用devicenet网络方式与plc之间相连，而无需通过硬线将它们与i/o模块连接。通过网络更有利于采集这些设备的运行信号，及时监控设备的运行。连铸机控制系统的系统结构如图8所示：图8 连铸机控制系统结构示意图软件系统：下位编程软件，下位控制站采用rslogix 5000系列编程环境，该软件采用结构和数组的符号化编程，以及专用于顺序控制、运动控制、过程控制和传动控制场合的指令集，大大提高了编程和运行效率。plc组成的控制站，根据连铸机操作指令和现场监测的信号完成各工艺设备或工艺过程的顺序、逻辑控制，进行工艺过程及设备状态的数据采集与整理。上位监控组态软件，上位操作站选用rsview32（带rslinx），该软件是集成式、组件化的人机接口产品，上位机将plc控制站收集的信息集中，产生实时数据文件、趋势文件、报警记录文件等，使操作人员能及时监视控制生产工艺过程和