济钢生产实习报告

北京科技大学本科生生产实习报告实习场所：______济南钢铁集团______学院：______________专业：_________________姓名：______________学号：_______________指导教师：____________2012年7月15日目录

在学院的组织领导下，我校自动化系09级学生于今年暑假在济南钢铁集团进行了为期四周的生产实习。生产实习是教学过程中使学生获得生产实际知识，巩固和深化所学理论知识，贯彻理论与实际结合的教学原则，加强学生的工程实践训练，培养学生获取知识、运用知识创新能力的重要教学环节；是使学生了解社会，接触实际，进行素质教育的重要途径。根据不同阶段实习性质的不同，生产实习可分为认识实习（包括技能实习），专业生产实习。本次实习的效果和资源的调度充分说明了这种划分的科学合理性。本次实习用时四周，每周的任务大体上可以看成一个阶段，第一周集体观看生产工艺录像，进行安全教育和理论学习，为即将到来的现场实习打下一定的基础；第二周搜集相关的资料，是对前一阶段知识可能存在不足的补充，在这一阶段，我们可以在自己感兴趣的方面多留心一下，以进行深入的相关学习，便于对实习报告中选择的对象有更为深刻的认识，同时也能提高专业素养；第三周去济南进行现场的实习，前三天进行理论结合具体实际情况的相关扩充，后两天到现场进行参观，虽然比较辛苦，但也获益匪浅。第四周是在地区进行相关的生产实习工作，对炼钢生产进行补充，毕竟自动化不仅仅是指炼钢，自动化融入社会的各行各业中，极大地提高了社会生产力和生产效率，这样我们的认识也不至于局部片面化。总的来说，这次实习给了我们一次和社会进行近距离接触的机会，虽然没有真正地参与到社会生产中，但是这种程度还是能够让我们意识到一些问题，知识的力量是巨大的，抱怨知识没用只是我们没有找到好的利用知识的方法。理论和实际存在着差距，理论很大程度上依赖于模型的理想化，而这在现实中是行不通的，但是现实中的各种控制和操作的趋势和依据可以用理论的结果作为参考，但真正的精确控制还是以生产产品的质量要求和用户的满意程度作为评价标准。本次实习过程中，我们深入企业，了解各生产过程的工艺及与自动化专业相关的控制系统、电气传动技术和控制设备的使用情况。同时，在生产实践中拓宽视野，了解本专业在社会经济发展中的地位和发展前景，使我们的知识体系结构得以完善，达到培养能力、理性认识专业知识的目的。本次实习的主要地点是在济南钢铁集团，参观的现场包括济钢炼焦工艺及其自动控制系统、烧结生产工艺及其智能控制系统、炼铁工艺及在线监控系统、炼钢工艺及在线监控系统、中厚板材轧制工艺及AGC控制系统、能源利用及管理系统。济南钢铁集团总公司始建于1958年，位于泉城济南。现有在职职工3.8万人，专业技术人员7300人。现已形成了集工业、贸易、科研、开发、服务于一体，跨地区、跨行业、跨国家，在国内外具有较强竞争实力的特大型钢铁联合企业。济钢是国家重点企业和山东省建立现代企业制度试点企业。2002年预计销售收入118亿元，职工年人均收入达到2.3万元，在全国钢铁企业中钢产量排名第11位、销售利润率排名第5位、出口中厚板排名第1位，出口金额在行业中排名第2位。济钢建有国家级企业技术中心和国家级中心实验室，设立了企业博士后科研工作站。通过了ISO9001质量体系、ISO14001环境管理标准和OSHMS职业安全健康认证，现有中厚板、圆钢、螺纹钢、角钢、槽钢、球墨铸管、化产品等140个品种、2480个规格，70％以上产品达到国际先进水平。济钢将按照“精品强国、满意世界”的企业理念，坚持以发展为主题，以市场为导向，以结构调整为主线，以建设节能清洁型工厂为目标，积极采用高新技术和先进实用技术加快传统工业改造步伐，实现工艺装备的大型化、连续化、自动化，建成国内一流、国际先进的板材基地。济钢资产总额500亿元。产品以中板、中厚板、热轧薄板、冷轧薄板为主，是全国最大的中厚板出口基地。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。日常生活中，人们印象中的钢铁生产通常是指得到以钢为主要组成材质的产品的生产过程，这种认识并没用严重的错误，但在实际生产中，钢的生产却是包括了很多较为复杂的工艺技术，通常可以分为五个部分，用图2.1.1进行说明。图2.1钢铁生产工艺流程图说明：钢铁生产工艺包括多种工艺技术，烧结、炼铁、炼钢、中厚板、热连轧、能源管理等，各种技术都和产品的质量有较大的关联关系，各种技术相互依赖并相互影响，前一技术的处理结果作为后一技术的输入作用对象，一般而言，各种按时间顺序可以分为烧结—炼铁—炼钢—中厚板—轧制等，而能源管理则贯穿整个生产工艺，各种技术相辅相成，并不是说在某个过程只需要单独特定的生产工艺技术，这种思想在实际生活的应用中是比较普遍的。在炼铁之前，有一系列的准备工作需要完成，一般的铁矿属于贫铁矿，不能直接放入高炉进行炼铁，需要进行打磨成铁矿粉，而后进行烧结成团，这就需要烧结生产工艺，为提高所用燃料的利用率，一般需要用到炼焦生产工艺，下面分别加以详述。“烧结”就是指粉状物料加热到熔点以下而粘结成固体的现象。现在，国外有了取消烧结工序的成功先例。但是结合国内铁矿资源以及多少年的烧结技术发展和经验，取消烧结工艺在国内外任何一个钢铁厂都是不可能的。而单纯对于烧结工艺来说，还有许多的尖端技术需要进一步开发；相应的，如何在有限的条件下合理利用资源，进行更好的控制，实现利益的最大化，保护环境，都还远达不到说完美的程度。总之，烧结及相应工作，大有可为。图2.2给出了典型的烧结作业流程图。图2.2烧结作业流程图造块与传统钢铁生产：造块是将粉状物料聚结成块状,并实现其物理化学性能优化的过程。现代冶金造块不仅为冶炼提供优质炉料，而且也逐渐成为由冶金原料及二次资源直接提取分离有价元素、制备新材料的过程，是实现高效优质低耗冶金生产与资源循环再生的重要途径。此外，造块技术在煤炭、化工、建材、医药等领域也获得广泛应用。图2.3给出了典型的造块工艺流程。我国的铁矿石大部分都是贫矿，贫矿直接入炉炼铁是很不合算的，因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后，再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以，粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的关键环节。富矿的开采过程中要产生粉矿，为了满足高炉的粒度要求，在整个过程中也会产生粉矿，粉矿直接入炉会引起高炉不顺。恶化高炉技术经济指标，因此粉矿也必须经过造块才能入炉。图2.4给出了造块工艺与钢铁生产工艺之间的包含关系。图2.3造块工艺流程粉矿造块方法很多，主要是烧结矿和球团矿。此外，还有压制方团矿、辊压团矿、蒸养球团、碳酸化球团，其成球方式和固结方法与球团矿不同，还有小球烧结，国外称为HPs球团化烧结矿，介于球团和烧结之间；还有铁焦生产，是炼焦和粉矿造块相结合。铁矿石铁矿石石灰粘结剂煤空气造球/制粒炼焦热空气球团/烧结空气氧气高炉炼铁脱硫转炉炼钢钢图2.4造块与传统钢铁生产流程烧结方法主要有吹风烧结法和抽风烧结法两大类。吹风烧结有平地堆挠、挠结识、挠结盘，抽风烧结有路式侥结、艰面步进式烧结机、带式烧结机、环形烧结机（即日本矢作式)。国内外普遍采用的是常式抽风烧结机，在我国地方小铁矿还有相当一部分用平地吹风堆烧和箱式抽风烧结。此外，还有回转窑烧结法、悬浮烧结法。炼焦工艺主要设备焦炉:现代焦炉炉体由炭化室、燃烧室和蓄热室三个主要部分构成。一般，炭化室宽0.4～0.5m、长10～17m、高4～7.5m,顶部设有加煤孔和煤气上升管(在机侧或焦侧)，两端用炉门封闭。燃烧室在炭化室两侧，由许多立火道构成。蓄热室位于炉体下部，分空气蓄热室和贫煤气蓄热室。焦炉系统中常用的控制设备：PLC、变频器、组态软件、电动机、断路器、接触器、按钮、温度仪表等等。捣固焦炉: 捣固焦泛指采用捣固炼焦技术在捣固焦专用炉型内生产出的焦炭，这种专用炉型即捣固焦炉。捣固炼焦技术是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入炭化室内进行高温干馏的炼焦技术。熄焦车: 又称干法熄焦装置，接受推出的赤热焦炭，运到熄焦塔内喷水（或运到干法熄焦装置用惰性气体将余热导走发电或补充管网的蒸汽），将赤热焦炭熄灭，然后卸在凉焦台上冷却。配煤槽： 炼焦煤准备的工序之一。炼焦或碳化前煤料的一个重要准备过程。即为了生产符合质量要求的焦炭，把不同煤牌号的炼焦用煤按适当的比例配合起来。粉碎机: 粉碎机是将大尺寸的固体原料粉碎至要求尺寸的机械。根据被碎料或碎制料的尺寸可将粉碎机区分为粗碎机、中碎机、细磨机、超细磨机。炼焦工艺现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。图2.5炼焦生产工艺流程洗煤: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: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。图2.6焦炭形成过程炼焦的产品处理: 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60～90s。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2～4h。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。炼钢是一系列生产工艺流程的集合，包括炼钢前的准备、炼钢的原材料和炼钢生产工艺。炼钢前的准备工作包括烧结团块、炼焦，炼钢的原料主要是铁水，这又涉及到炼铁生产工艺，然后才是隐含的炼钢生产工艺。一系列的过程还是相互关联的，其中必然涉及到两者之间的技术和操作，例如，炼铁的产物铁水，需要经过鱼雷罐车运送到转炉进行钢材的冶炼，涉及到了两种技术的过渡和转换，利用最小的代价得到最好的产品。 图2.7高炉炼铁结构图高炉的基本结构高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下高炉炉壳：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3．0～3．6m。炉腹角一般为79～82；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1400～4600℃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10～18倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.1％～0．5％。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100～150mm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的相关技术和常用的设备高炉解体: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10～100kg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。高炉冷却装置：高炉炉衬内部温度高达1400℃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（＞60～90um），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2.1～2.5m3从高炉里放出来的铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭或铸件。炉渣可以作为水泥、渣砖等的原料。从高炉顶放出的一氧化碳、二氧化碳和氮气混合气体叫高炉煤气。高炉煤气里含有大量灰尘和有害气体，必须经过净化处理，以防止污染环境。高炉冶炼原理及过程高炉冶炼目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。副产品有水渣、矿渣棉和高炉煤气等。高炉冶炼原理:高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。高炉冶炼过程：如图2.8所示。图2.8高炉冶炼工艺流程简图高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。常见的高炉炉前操作：a、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。b.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。c、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。d、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。(1)转炉炼钢主要工艺设备转炉:炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。在转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体，即转炉煤气。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡，且成分也有变化，通常将转炉多次冶炼过程回收的煤气经降温、除尘，输入储气柜，混匀后再输送给用户。炼钢转炉:早期的贝塞麦转炉炼钢法和托马斯转炉炼钢法都用空气通过底部风嘴鼓入钢水进行吹炼。侧吹转炉容量一般较小，从炉墙侧面吹入空气。炼钢转炉按不同需要用酸性或碱性耐火材料作炉衬。直立式圆筒形的炉体，通过托圈、耳轴架置于支座轴承上，操作时用机械倾动装置使炉体围绕横轴转动（见图2.9顶吹转炉示意图）。图2.9顶吹转炉炼钢示意50年代发展起来的氧气转炉仍保持直立式圆筒形，随着技术改进，发展成顶吹喷氧枪供氧，因而得名氧气顶吹转炉，即L-D转炉（见氧气顶吹转炉炼钢）;用带吹冷却剂的炉底喷嘴的，称为氧气底吹转炉（见氧气底吹转炉炼钢）。在应用氧气炼钢的初期还使用过卡尔多转炉和罗托转炉，通过炉体回转改善炉内反应，但由于设备复杂，炉衬寿命短未能获得推广。炼铜转炉:一般为卧式转炉用于处理铜锍，通过鼓入空气把冰铜氧化吹炼成粗铜，也用于吹炼冰镍。AOD精炼炉:AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。VOD精炼炉:VOD精炼炉（vacuumoxygendecarburization),是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。LF精炼炉:LF（ladlefurnace)炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。氧枪:氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0<0.528时形成超音速射流。转炉倾炉系统倾炉系统:变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮)倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。(2)铁水预处理铁水在进入炼钢炉进行冶炼前，为除去某种有害成分或回收某种有益成分的处理过程。最常用的铁水预处理工艺为铁水炉外脱硫。近年有利用预处理工艺进行铁水炉外脱磷和炉外脱硅的方法,以简化炼钢工艺过程,提高钢的质量。铁水中含有钒、铌等有用金属元素，可运用选择性氧化的原理进行预处理，把钒、铌等金属成分氧化进入渣中予以富集，再把这些渣作为原料提炼出有用金属。入炉铁水硫的高低，是衡量炼钢工序产品总体质量水平的重要标志之一，为了使入炉铁水的硫控制在合理的较低的水平上，第三炼钢厂配备了武汉科学院设计的3座KR铁水预处理设备，开发了适合我们工艺条件的CaO基复合脱硫剂，掌握了一套KR脱硫的生产工艺。铁水脱硫预处理的意义:1、满足用户对超低硫钢的要求；2、减轻高炉脱硫的负担，使碱度降低，炉况顺行，产量提高；3、炼钢采用低硫铁水冶炼，可以获得巨大的经济效益，石灰加入量减少，冶炼周期缩短，喷溅减少，金属收得率提高，铸坯质量提高等。铁水预处理流程如图2.10所示：图2.10铁水预处理流程图铁水预处理的方法铁水炉外脱硫通过近30年的迅速发展，现已有数十种处理方法，目前主要采用的方法有：铺撒法、铁水容器转动搅拌法、吹气搅拌法、喷吹法和机械搅拌法等。铺撒法铺撒法又称投入法，是在高炉出铁前或出铁过程中往铁水沟或铁水罐内投放苏打粉进行脱硫。这种脱硫方法，脱硫效率低，且不稳定，脱硫反应产生的烟尘大，脱硫渣对铁水罐内衬侵蚀严重。因此，现在，钢厂一般不采用此方法。铁水容器转动搅拌脱硫法此方法有直筒形炉体绕水平轴线旋转的转鼓法和铁水罐以一定的转速作偏心圆角运动的摇包法。此方法虽然脱硫效率较高，但转动笨重，动力消耗高，炉衬寿命低。故现在钢厂也很少使用此方法。吹气搅拌法吹气搅拌法主要有顶吹法和底吹法。此方法是预先将脱硫剂加到铁水表面，然后通过顶枪或罐底的透气砖往铁水中喷吹气体进行搅拌脱硫。此法具有设备费用低，操作简便的优点，但脱硫效果不及机械搅拌法。喷吹法喷吹法是利用载气将反应物料的固体粉粒通过喷枪吹入熔池深处，既可加快物料的熔化和溶解，而且也大大加快了反应界面，同时，还强烈搅拌熔池，从而加速了传输过程和反应速率。此法的优点是设备投资小，脱硫效率较高，但脱硫剂的利用率低，喷吹工艺参数的选择对喷吹效果影响较大，需要专门的设备和气源。机械搅拌法此法有Y形空心搅拌器的DO法、有倒T形的RS法和十字形叶轮的KR法。此法是搅拌器在铁水中旋转，产生旋涡，将脱硫剂卷入铁水内部进行脱硫。机械搅拌法脱硫效率高，但设备复杂，投资大，但运行费用较喷吹法低。铁水脱硫站的主要设备脱硫过程中涉及得设备包括铁水包车、渣罐车、扒渣机、轨道衡、除尘罩、搅拌器、升降小车、升降导轨及框架、定位夹紧装置、升降小车卷扬装置、烟罩提升装置、脱硫剂输送装置（包括旋转给料器、电动溜槽、锥形阀、给料泵）、液压系统以及烟道翻板阀等。常见铁水预处理设备介绍：脱硫铁水罐车：脱硫铁水罐车用于承载脱硫铁水罐，实现脱硫铁水在吊罐位和脱硫位之间的转移。型式： 电动自行式，车上带铁水罐液压推杆倾翻装置电动渣罐车：电动渣罐车用于承载脱硫渣，实现脱硫渣在转炉渣跨和脱硫位之间的转移。型式： 电动自行式扒渣机：扒渣机用于把铁水罐的初始渣和脱硫渣扒至渣盆中。其动作有前进、后退、左右摆动、上升和下降。型式：气动走行式中国有丰富的多金属共生矿资源，为提取铁矿中的共生金属发展了适用的工艺技术。内蒙古产的含铌和稀土金属铁矿，除先在选矿过程中提取稀土精矿并炼成稀土合金、氯化稀土等副产品外，含铌铁水预处理后得到铌渣,再冶炼成铌铁。攀枝花等地的钒钛磁铁矿,在选取钛精矿并进一步加工成钛合金或钛白外，在高炉中成功地以高氧化钛渣冶炼成含钒铁水，然后用雾化法或转炉法从铁水中提取钒渣，再把钒渣冶炼成\o"钒铁"钒铁。这样不但有效地提取多种共生金属，而且还发展了具有中国特色的低合金钢的特殊系列。(3)转炉炼钢工艺流程转炉冶炼目的：将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。转炉冶炼原理：这种炼钢法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碳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。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。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。转炉炼钢的基本冶炼过程:顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成。a.上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；b.倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；c.降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；d.3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；e:倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；f:出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。上炉钢出完钢后，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹3-5分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，则许加入第三批萤石渣料。图2.10电炉、转炉系统炼钢生产工艺流程钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件6部分组成。中间包：是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。结晶器：在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中，使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。拉矫机：在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一，拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量，而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用。电磁搅拌器：（Electromagneticstirring:EMS）的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。连铸的目的:将钢水铸造成钢坯。图2.12连铸工艺生产流程将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。因为性能参数相同的轧钢机，采用不同的布置形式时，轧钢车间产品产量和轧制工艺就不同，所以根据中厚板的生产特点，中厚板轧机的布置形式可分为：单机架式、双机架式、半连续式及连续式。中厚板轧机的形式：从机架结构上来看有2辊可逆式、3辊劳特式4辊可逆式、万能式和复合式之分。半连续式中厚板轧机：指粗轧机组各机架主要或全部为可逆式轧制的轧机，而精轧机组为连续式。轧制中厚板的半连续式轧机的粗轧机组是由立式或水平式破鳞机、可逆式粗轧机座和一台或两台普通粗轧机座组成。精轧机组是由一台除鳞装置和4～6架4辊机架组成。在这样的轧机上大都装有卷取机，可卷取厚度达20mm的带钢。半连续式轧机的优点是：兼能生产中厚板和薄板，产品规格广，对于钢板用量不大但品种要求齐全的地区尤其有发展的必要。轧制中厚板常用的轧制方法包括：a.全纵轧法，指板坯的长度方向与轧制方向一致的轧制方法；b.全横轧法，指板坯的长度方向与轧制方向相互垂直的轧制方法；c.横轧—纵轧法，指坯料转过90°，使坯料的长度方向与轧制方向垂直轧制若干道，然后再转90°，使原坯料的长度方向再与轧制方向一致进行轧制；d.角轧—纵轧法，指将坯料在被轧辊咬入时，坯料的长度轴线与轧辊轴线成一角度，而下一道次再轧制时则沿另一对角轧制，并使钢板轧成矩形，轧制若干道次后，再采用纵轧法。中厚板的轧制过程中的几个阶段:

a.除鳞。坯料在加热炉中加热要形成氧化铁皮，为保证钢板的表面质量，在轧制之前要将氧化铁皮除掉，否则氧化铁皮压入钢板表面，会形成麻点或凹坑。中厚板轧机目前广泛采用的除鳞方法是高压水除鳞。b.整形轧制。除鳞后的坯料进入粗轧机，沿其纵向进行1～4道次的整形轧制，其目的是消除坯料表面清理产生的凹坑以及剪切造成的头部压扁，使之规整及后部轧制时形状正确。c.展宽轧制。展宽轧制是将整形后的坯料转90°，使其纵向轴线与轧辊轴线平行轧制。由于坯料的宽度和成品的宽度相差较大，而且在轧制中厚板时一般展宽量很小，为了使一个宽度的坯料可以生产多种宽度的钢板，通常都采用展宽轧制，其目的是得到所要求的板宽。d.伸长轧制。当经过展宽轧制后，将板坯再转90°回到原来的位置，即坯料纵向轴线与轧辊轴线垂直，再进行轧制。其主要目的是使板坯延伸，同时控制板形性能和尺寸精度，以便最终得到尺寸精度高、板形好、性能好的中厚板材。热轧是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。 优点:可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。缺点:1.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多；2.不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。3.热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。我们熟知热胀冷缩，由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标，最后冷却后还是会出现一定的负差，这种负差边宽越宽，厚度越厚表现的越明显。所以对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边线都没法要求太精确。冷连轧是用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮。其成品为轧硬卷，由于连续冷变形的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式炉退火消除冷轧硬化及轧年应力，达到相应标准规定的力学性能指标。冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板，且其产品厚度可薄至0.18MM左右。以轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品。如电镀锌、热镀锌、而指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质。冷轧钢卷经退火后必须进行精整，包括切头、尾、切边、矫平、平整、重卷或纵剪切板等。冷轧产品广泛应用于汽车制造、家电产品，仪表开关、建筑、办公家具等行业。中厚板厂的生产工艺流程如图2.13所示。流程步骤可列述为：原料→加热→高压水除鳞→机架辊除鳞→四辊粗轧机→四辊精轧机→矫直→2#冷床、3#冷床冷却→翻板→上下表检查→激光对线、划线→1#横剪切头、切尾、定尺、取样→双边滚切剪→2#横剪切尾→成品检查→喷号→打字→垛板入库。说明：对于不同要求的产品而言，可能用到的设备的规格、种类和数量有所差别，但是总的流程和执行相关功能的设备的顺序是不变的，这说明了相同的工艺之间的共性和不同之间的区别。图2.13中厚板厂生产工艺流程图通过测厚仪或传感器(如辊缝仪和压头等)对钢坯实际轧出厚度连续地进行测量，并根据实测值与给定值相比较后的偏差信号，借助于控制回路和装置或计算机的功能程序，改变压下位置、轧制力或轧制速度，把钢板厚度控制在允许偏差范围之内。检测装置（测厚仪、测压仪等）：用来检测实际值并反馈到系统输入端。控制器（调节器、放大器、校正器等）：根据实测值与给定值相比较计算被控量，并反馈到系统输出端。执行机构（主电机、压下装置等）：接受控制器输出的控制信号，及时把控制量调整到位。被控对象：指轧制变形区、生产设备等。反馈式厚度自动控制控制原理：测厚仪安装在轧机出口侧，测量出实际轧出厚度，并与给定厚度值相比较，当有厚度偏差时，便计算出所需的辊缝调节量ΔS，然后由执行机构（压下螺丝）作相应的调节，以消除厚度偏差。特点： 滞后的调节手段；调整的精确度高。前馈式厚度自动控制控制原理：测厚仪安装在轧机入口侧，测量出其入口厚度H，并与给定厚度值H0相比较，当有厚度偏差ΔH时，便预先估计出可能产生的轧出厚度偏差Δh，确定为消除此Δh值所需的辊缝调节量ΔS，当执行机构完成调节时，检测点正好到达辊缝处，厚差消失。特点： 超前的控制手段用来控制入口厚度波动引起的轧出厚度波动。（与反馈式配合使用）液压式厚度自动控制系统控制原理：液压AGC就是借助于轧机的液压系统，通过液压伺服阀（能根据位置检测和压力检测所发出的微弱电信号，精确地控制流入油缸的流量）调节液压缸的油量和压力来控制轧辊的位置，对中厚板进行厚度自动控制的系统。AGC=EGC+HGCEGC是电动压下:精轧机（70装置＋电机），位置行程采用编码器；粗轧机（S120+电机）位移传感器测量；HGC是液压压下：即液压缸，行程采用位移传感器测量。HGC反应快容易补偿和微调，电动压下误差大不易微调。济钢应用芬兰罗德洛基公司的烧结控制模型，共包括11个控制模型，其中一级模型（L1级）6个，分别为：混合料总量控制模型、返矿比例控制模型、燃料比率控制模型、混合料水分控制模型、点火控制模型、混合料给料控制模型。这6个模型结合罗德洛基公司资料和在一烧的应用基础，编程工作由济钢自行完成。二级模型（L2级）共5个，分别为：原料加工模型、基本配料判断模型、动态配料判断模型、燃烧上升点(BRP)偏差控制模型、燃烧上升点(BRP)位置控制模型。2007年5月，基本全部投用以来，应用效果显著。烧结过程控制模型构架：烧结过程控制模型由6个一级控制模型、5个二级控制模型。①一级控制模型包括：混合料总量控制模型、返矿比率控制模型、燃料比率控制模型、水分控制模型、布料控制模型、点火控模型、铁料设定值、熔剂设定值。图3.1系统图三级网络构成以太网（ＥＴＨＥＲＮＥＴ）：光纤为介质，连接模块１７５６－ＥＮＢＴ图3.2以太网b.控制网（ＣＯＮＴＲＯＬＮＥＴ）：同轴电缆为介质，连接模块１７５６－ＣＮＢＴ图3.3控制网c.设备网（ＤＥＶＩＣＥＮＥＴ）总线电缆为介质，连接模块１７５６－ＤＮＢ图3.4设备网高压配电室主抽风高压配电室A、电源进线：I段5217II段5360B、用途：主抽系统（1#2#主抽风机高压柜等），1#2#机头变压器（机头除尘和熔燃区域部分）主控楼高压配电室A、电源进线：I段5145II段5234B、用途：简单的说：除上述系统以外，所有用电设备具体的说：９台变压器（烧结、成品、配料、公辅、机尾）、高压电机（７带冷鼓风机、一混、二混、机尾、配料、成品除尘风机）。各变压器给各相近区域供电。注意：水泵房电源来自机尾变压器；返矿配电室电源来自成品变压器变压器（共11台）SCB9-2000KVA/10KV／０.4KV型号说明：S-三相D-单相绕组外绝缘介质：C-成型固体浇注式CR-成型固体包封式变压器油不表示冷却装置种类：F-风冷自然冷却不表示调压方式：Z-有载调压无励磁调压不表示绕组导线材质：铜不表示B-铜箔L-铝LB-铝箔性能水平代号（7、8、9、10）额定容量（KVA）高压绕组电压等级（KV）在焦化厂配煤炼焦生产工艺过程中，需要将各种不同的精煤如:肥煤、气煤、瘦煤、焦煤、贫煤等以适当比例配合成混合煤称之为自动配煤，它是整个焦化生产的一个重要环节，对生产高质量的焦炭、合理利用煤炭资源及生产成本控制具有重大意义。它可确保钢厂生产所需优质铁水对焦炭低硫高强度的要求，实现大型、高效、环保、节能的清洁生产目标。每个储煤槽中的单种煤通过圆盘给料机均匀地落到定量给料机皮带上，称量和速度信号分别进人到控制系统，经过乘积运算处理计算出实际给料量，将实际给料量与设定的给料量不断进行比较输出两路PID控制信号，分别对圆盘给料机和定量给料皮带机进行双变频调速控制，使之精确地以恒定的期望给料速率出料，保持每台CFW给料流量的恒定，以确保所设定总配比的要求。自动配煤装置实现24套圆盘给料机、定量给料机的顺序起停、报警以及模拟量的输人、输出，实现系统全自动、半自动及手动的控制，完成不同原煤料混匀给料、煤比计算及配煤流量控制并实现配料系统与带式输送机的起停连锁。圆盘及定量给料皮带机原理如图3.9所示。图3.5圆盘及定且给料皮带机原理图控制系统构成整个自动配煤装置为生产现场无人化管理，所有的操作和监视均在中央控制室中进行，系统采用分布式计算机监控管理方式，主要由两套西门子S7-300PLC、两套WINCCV6.0监控软件及工控机、48套SIMOVERTMASTERDRIVES6SE70工程型变频器、24台CFC一200回路调节控制器、3套OSM等控制单元构成一个基于loom光纤工业以太环网的SCADA系统。各关键装置如:PLC、变频器、调节控制器、分布式I/O之间数据传输采用Profibus-DP协议通讯方式，以确保高实时性和高动态响应要求，Profibus是能够以标准方式应用于所有领域并贯穿整个过程链的现场总线。这种系统架构充分利用发挥了西门子SIMATIC自动化产品的资源，具有高可靠性，强抗干扰能力和灵活的可扩充性，可独立完成对设备的数据采集，精度控制，监控连锁。上位机WINCCV6.0组态软件作为HMI，通过操作画面对实时数据进行监控，报警，实现生产工艺过程参数的实时曲线、历史趋势显示、报警记录、配方管理、产量统计、各类数据归档和安全连锁保护，同时通过VBA编程实现Excel报表输出、打印及预览等功能。系统需要监测重量、速度、位置、缺料、堵料、皮带打滑、电机启停、电流、转距和转速等一千多个。模拟量I/O和数字量I/O控制点，具有48个PID闭环控制回路和2套远程监控系统操作站。整套系统通过光纤交换机进人Ethernet与焦业公司的其它焦化工艺段及厂级管理网进行衔接，达到管控一体化水平。自动配煤装置系统结构如图3.10所示。图3.6自动配煤装置系统结构系统配置本系统24台配煤秤分为两个工艺段各为12台，每个工艺段控制单元由1个S7一315一2DPCPU主站(含1个本地扩展主站)及2个ET200M从站、12个CFC一200及6SE70变频器配带CBP2从站所组成，两个工艺段控制单元经光纤工业以太网进行互连，两台带有WinCC6.0的工控机组成配煤系统操作员站，其中一台兼有工程师站功能。硬件配置组成(2套控制柜)控制系统主要采用西门子SIMATIC系列产品，其硬件主要配置如下:工控机:ADVANTECHIPC一610,1-4/2.BGHz/80Gb/512Mb/CP1613网卡/19'LCD2套。电源:SITOP电源24VDC/l0A2个，PS30724VDC/5A电源模块6套.UPS3KVA在线式2套。PLC:CPU315-2DP2套。SM321DI模板18块.5M322DO模板8块，SM331AI模板4块。CP343一1以太网模板2块.CP342一5DP模板2块。ET200MIM153一1分布式接口模板4块。焦炉是焦炭生产的心脏设备,负担着从原煤到焦炭生产的重要功能,为了追求更高水平的焦炭质量,必须要求在焦炉生产的过程中实施全过程的自动检测和自动控制,所以控制系统就是它的“灵魂”和“大脑”,因此要确保控制系统的可靠性和先进性。济南钢铁集团总公司焦化厂在焦炉生产过程中,采用了世界著名的自动化设备生产企业罗克韦尔自动化公司的ControlLogixPLC控制系统,并通过DeviceNet网络连接现场I/O工作站,减少了开发、安装的工作量,增加了系统的可靠性并提高了系统的整体性能。系统配置图见图3.12。图3.7系统拓朴图在本系统中,采用的是ControlLogix5500处理器,配有DeviceNet网络接口模板,用于连接现场的I/O工作站,另外在装煤车上选用一台触摸屏PanelView来进行运行过程的提示和操作,PanelView也通过DeviceNet与PLC连接。采用网络技术的DeviceNet现场总线在2002年已成为我国的国家标准,它负责从低层设备采集数据,有效地减少了电缆数量和敷设工作量,降低了成本和缩短了安装周期,减少了起动和维修时间。DeviceNet还增加了设备层诊断功能,可以用于趋势分析和故障诊断。触摸屏计算机用于装煤车操作面板,它运行当今流行的WINDOWS操作系统,装煤机的控制软件具有操作参数的修改、工作过程中的状态监视及故障诊断等功能。高炉槽下配料控制系统中，上位机监控软件中采用西门子的组态软件WinCC来实现。设计并编程组态了如下界面：首页封面、称重界面、记录界面、报警界面、实况模拟界面、高炉本体界面、系统网络组态界面等。可编程逻辑控制器在现场进行数据的采集、处理和简单的控制，同时和上位机进行通讯以交换系统运行中产生的数据。在上位机中，监控系统主要完成的任务：现场各种矿石称重的显示、处理和设定；现场数据的记录、保存和查询；对现场重要数据的报警；生产现场的模拟运行；装料制度的设定以及高炉本体的模拟运行。系统主要完成对槽下物料称重、配料和上料环节的数据采集和控制，实现对物料称重、配料和上料环节的监控，使得物料粒度满足高炉生产工艺的要求，配料精确和上料及时。槽下配料系统监控界面设计和动作组态:槽下上料系统主界面,称重界面,实况模拟界面,变量记录界面,高炉本体界面,报警记录界面,网络组态界面。整个工程共包括原燃料、槽下配料、无钟炉顶、热风炉、净环、浊环、渣处理、出铁场除尘以及高炉煤气清洗和TRT子系统。主要设备为1750m3高炉一座、顶燃式热风炉三座、炉顶为串罐式无料钟结构。本工程的自动化设计由济南钢铁公司设计院设计完成，应用两级自动化控制实现高炉的自动化控制。整个高炉基础自动化系统由电气和仪表系统组成，主要功能完成对从原燃料上料、槽下配料、无钟炉顶布料、煤粉制备喷吹以及炉体水冷和净环、浊环系统等生产过程进行数据采集、顺序控制、连续控制、监控操作、人机对话和数据通信（包括接受过程自动化系统的设定值和发送实际过程数据给过程自动化系统）。采用电仪一体化（电气、仪表共用）的PLC控制系统、HMI人机界面、控制软件及相关的环型工业以太网组成。控制系统联接网络共有四层：1.设备网（DeviceNet）；2.控制网（冗余ControlNet）；3.工业以太网（EtherNet/IP）。整个高炉区域通过光纤连接成一个100MTCP/IP工业以太网，2#、3#高炉各子系统及公用部分的PLC、操作站、服务器之间采用工业以太网（EtherNet/IP）连为一体，实现PLC、操作站、服务器数据共享、实时交换。其中高炉的原燃料、槽下、无钟炉顶、炉体水冷、高炉软水密闭循环、热风炉等对于高炉连续生产相对比校重要的子系统链接成环形工业以太网，其他辅助系统如煤粉喷吹子系统，渣处理、高炉干法除尘等子系统子系统成树型拓扑结构连接在环形以太网上。所有链接在网络上的服务器、操作站、PLC处理器都有相应的地址规划，并保留了一些地址用于以后的扩建如图3.13所示。图3.8济钢2号、3号高炉光线网络配置图变频器的主要任务就是把恒压恒频的交流电转换为变压变频的交流电，以满足交流电电机变频调速的需要。交流电动机采用变频调速技术是当代电动机调速的潮流，它以体积小、重量轻、精度高、通用性强、工艺先进、功能丰富、保护齐全、操作方便等优点，优于以往的多种调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、液力偶合器调速等，因此，变频器的发展十分迅速，在工业领域的应用日益广泛。（1）变频器的分类从结构上看，变频器可分为直接变频和间接变频两类。间接变频器：先将工频交流电源通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换为可控频率的交流，因此又称它为交－直－交变频器。直接变频器：将工频交流一次变换为可控频率交流，没有中间直流环节，即所谓的交－交变频器。（2）变频器的控制方式及特点VVVF（变频变压控制）优点： 控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。缺点：a.在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。b.动态转矩能力和静态调速性能都还不好，控制曲线会随负载的变化而变化；c.转矩响应慢（150ms）、电机转矩利用率不高，低速时性能下降，稳定性变差等。应用场合：对调速要求不高的地方，辊道控制，风机控制，换辊控制等FOC（矢量控制，也称磁场定向控制）优点：a.矢量控制方法的出现，使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。b.矢量控制能把电机的电流值进行分离，精确产生转矩的电流和产生磁场的电流的数值。做到和直流电机相媲美的程度，平滑、调速范围宽。c.通过矢量控制原理及优化补偿措施，做到两种电流的单独比较精确控制，允许电机产出大的转矩，低速产生的转矩能做到50HZ的输出转矩缺点：a.矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算，特别是转子参数，如何跟踪参数的变化，提高控制的鲁棒性，就成为众多学者深入研究的课题。b.需要解耦，需要坐标旋转变换，需要仿真直流电机，这就说明模型计算量大，对硬件要求较高。DTC（直接转矩控制）和矢量控制不同，摒弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，简单的通过电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。优点：a.控制思想简单b.控制系统简洁明了，相对简单c.动态性能优良动态响应快d.参数鲁棒性好缺点：a.在低速区，由于定子电阻的变化带来了一系列问题。主要是定子电流和磁链的畸变非常严重。b.低速时转矩脉动、死区效应、开关频率问题也比较突出。直接转矩控制与矢量控制之间的比较特点与性能直接转矩控制DTC矢量控制FOC磁链控制定子磁链转子磁链转矩控制砰砰控制，脉动连续控制，平滑坐标变换静止坐标,α-β变换旋转坐标,d-q变换转子参数变化影响高速时无影响，低速时有影响高低速均有影响响应时间70%转速时小于3ms,误差0.2%闭环时10-20ms，误差0.3%调速范围不够宽较宽表3.1DTC与FOC之间的比较变频器具体应用：a.转炉倾动的变频调速控制系统b.氧枪升降的变频调速控制系统c.变频器在转炉一次除尘系统中的应用使用PC客户机、PC服务器及小型服务器工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。它具有重要的计算机属性和特征，如：具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口、并有实时的操作系统、控制网络和协议、计算能力，友好的人机界面等。目前工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。PC机的系统结构包括硬件系统及软件系统（1）计算机网络概述计算机网络是将分布在不同地理区域的具有独立功能的计算机系统、终端设备通过相应的通信设备和传输介质互联起来，构成彼此间可相互通信和协作的综合信息处理系统。组建计算机网络的目标是：实现资源共享和信息传输。那么我们这里所指工控网络则是用于工业控制的计算机网络系统。计算机网络的分类计算机网络种类繁多，按照不同的分类标准，有以下几种分类：按网络的拓扑结构分类，有环型网、星型网、总线型网、树型网和混合型等。按通信介质分类，有双绞线网、同轴电缆网、光纤网和无线卫星网等。按信号频带占用方式分类，有基带网和宽带网。按网络规模和覆盖范围分类，有局域网（LAN）、广域网(WAN)和城域网(MAN).生产控制网络的结构分为4层L1级网络：即基础自动化控制级。包括PLC、仪器仪表、变频器、监控计算机等。L2级网络：即过程控制级。它主要体现为生产控制模型系统。MES网络：主要用于生产管理、调度管理的信息传输、生产计划的下达管理。ERP网络：主要用于原材物料跟踪，财务、物流、人力资源管理。（2）模型定义：模型是一个规范。我们这里所指的计算机模型实际上就是用计算机语言来实现的数学模型。L2级也是过程自动化级，是利用数据库技术和模型计算，对我们生产过程进行督导，它是一个交互的工作过程，根据实时检测到的现场事件来运行数学模型，根据模型计算和操作员指令向基础自动化发送设定值，指导冶炼、指导操作，从而避免经验操作的精度不够的缺陷来提高冶炼的精准度，它是提高冶金产品质量方面的重要手段转炉SDM模型SDM模型是济钢第三炼钢厂自动化炼钢先进技术的体现，代表着国内领先世界先进的自动化炼钢技术，真正体现了现代自动化炼钢的技术水平。该模型分为静态模型计算和动态模型计算。在炼钢过程中，首先进行静态模型的计算，然后根据炼钢的工艺目标进行动态的计算，最终达到炼钢的工艺目标值，实现自动化炼钢。该模型包括7个模块。连铸二级模型连铸L2级的系统用户分为Administrator和Operator两大类。作为管理员，有着超级权限，Administrator可以根据实际生产的要求或者是工艺操作人员的需要对控制模型进行修改，使其更好地适应生产的变化、满足生产的需要。现场生产计算机使用情况济南钢铁工厂系统除了2、3#精炼炉没有过程控制级，其他包括炉前、1号精炼炉、RH、4个铸机都有以C/S为结构的计算机模型控制系统。全厂有30多台服务器，近200台参与监控的客户端。其维护与检修的工作非常重要，工作量也非常大，车间的主要点检、维护单位是自动化车间技术组。（1）连铸机自动化控制设备构成按区域总体分成四大部分：公用系统、铸流系统、仪表系统、后部系统。公用系统主要包括：大包回转台、中包车、中包预热站、主液压站、滑动水口液压站、润滑站等自动控制系统等。铸流系统主要包括：结晶器调宽、结晶器振动、ASTC、拉矫驱动、引锭收发控制、控制、蒸汽烟气抽引控制等。仪表系统主要任务：完成连铸机的设备冷却、铸坯二次冷却、各气体介质测量检测控制等功能。应用类型：1）称重系统 2）结晶器液位控制系统3）配水系统 4）下渣检测系统5）结晶器专家系统 6）辊缝仪后部系统主要完成：板坯辊道自动输送、一次切割车、二次切割车、去毛刺机、打号机、跺板台卸板台、过跨车控制等功能。（2）典型设备介绍结晶器振动就是使结晶器以不同的频率和振幅上下往复振动，以防止钢水粘连在结晶器的铜板上。振动的运动是由伺服阀控制的液压缸来实现的，其实际位置是由液压缸的位置传感器进行检测的拉矫系统提供了弯曲段、矫直段、水平段内的铸坯的导向，保证了引锭杆的插入和浇注过程中热坯的拉矫。拉矫电机均采用SIEMENS书本型变频器（MASTERDRIVERSVC）的矢量控制系统，变频器均带有制动单元和制动电阻，部分电机采用电磁抱闸制动。变频器与PLC-Drive采用PROFIBUS通讯，编码器信号进入变频器作为反馈信号，实现了矢量控制。横移台车是将CCM2的铸坯通过5台平移小车运送到CCM3的辊道上，然后运送到加热炉的设备。横移台车设备包括升降横梁，平移小车两部分组成。升降横梁通过装在横梁下部的2个液压缸驱动，平移小车是通过一台75KW的SIEMENS变频器控制的一台45KW的带抱闸和编码器的SIEMENS电机驱动。整个横移台车系统包括7个限位，分别为：升降横梁的高位，升降横梁的低位，2＃机极限位，3＃极限位，缓冲区A位，缓冲区B位，小车行走同步位。CCM轧机设备主要有：出入口钢卷运输设备、轧机、开卷卷取设备和电气测控设备，其布置如图3.23所示。图3.23CCM轧机区设备布置图CCM轧机的质量控制系统:AGC液压调节装置工作辊弯辊(WRB)工作辊CVC横移多区选择冷却装置MCS在现代板带轧制技术中，以液压AGC为主的压下控制系统是保证中厚板产品质量、进一步提高产量的新技术，在国内绝大多数中厚板轧钢厂家中都有不同效果的运用。为进一步提高中板厂经济技术指标，提高产品质量，济南钢铁股份有限公司中板厂（简称济钢中板厂）于2003年12月成功地投用了液压AGC自动厚度控制系统。改造前的操作状况:原厚度控制调整系统为纯人工控制方式，完全以经验为主。该方式存在厚度控制不稳定、板形调整不灵活、设备负载无法监控、人工经验因素影响大、操作工劳动强度高等多项缺点，致使轧机能力没有得到充分发挥。另外，人工设定辊缝及进行调零、轧机调整误差大，造成钢板同板差、异板差大、厚度命中率低。系统控制方案:济钢中板轧机压下控制系统主要包括3部分：轧辊位置控制系统；板材厚度控制系统（控制同板差）；规程设定与调度系统（控制异板差，提高目标厚度命中率）。因此，中板轧机压下控制系统的主要任务是控制轧辊位置，减少同板差和异板差，提高目标厚度的命中率，有效改善板形。控制思路:济钢中板是双机架生产，四辊轧机仅作为精轧机使用，因此在来料厚度通常不大于50mm的情况下，适合采用全液压压下方式轧钢，压下油缸将采用大行程缸，同时保留电动压下方式作为备用。AGC有绝对值和相对值两种控制方式。由于济钢中板厂没有配备过程计算机，目前仅采用相对值AGC方式。济钢中板生产是典型的按订单生产方式，多品种、小批量，一个班经常轧制很多钢种规格。规格的频繁更换使操作工不可能临时向系统输入规程，否则将影响轧制节奏。因此济钢这套系统采用了电动压下+液压AGC的轧制方式，并成为在没有配备过程计算机条件下的一种主要工作方式。AGC系统:AGC系统的作用是当轧辊产生弯曲和有其它扰动的情况下，保持辊缝值恒定。AGC系统的核心任务是通过补偿轧机的弹跳和调整压下系统的位置来保持带载辊缝和轧件出口厚度恒定。(1)同步发电机的传递函数,同步发电机的传递函数相当复杂,这里只研究发电机空载起励的过程,因此,可对发电机的数学描述进行简化。在转速为额定转速时,同步发电机的传递函数可以用一阶滞后环节来表示。电压最大值在额定电压的附近,因此,可以在该过程中忽略饱和现象,故同步发电机的传递函数为式中表示其时间常数,主要为励磁绕组的时间常数,其数值较小,取5s,为发电机的电压放大系数,当忽略发电机的饱和影响时,可用发电机的定子电压和发电机空载额定转子电压之比表示。(2)电压测量单元的传递函数电压测量单元由测量变压器、整流滤波电路等组成,作用是把发电机机端电压变成与之成正比的直流电压,在正常情况下,和测量变压器均不会饱和,可近似用一个一阶滞后环节来描述式中，时间常数约为几十毫秒,,为对应时测量单元的输出电压。(3)功率放大单元的传递函数调节器中的功率放大单元是可控硅调节器,由于可控硅整流元件工作是断续的,所以它的输出与控制信号间存在着时滞。根据有关文献有式中为可控硅整流电路的输出电压,为可控硅整流电路输出开路时的输出电压,为换相电抗形成的输出电压降,为可控硅整流元件的电压降（每只可控硅的管压降约为1V,在分析励磁系统时一般情况下可忽略不计）。发电机励磁控制系统一般都有非线性环节,这就要进行线性处理。线性处理时,首先要确定在哪一点线性化,也就是首先要确定系统各环节的定态工作点,然后假定在整个运行过程中各环节的输入量和输出量在定态工作点附近变化的绝对值一直保持很小。这样就可以把本来是非线性的环节近似地当成线性环节对待。分析发电机励磁自动控制系统,一般假定发电机在空载额定状态（即发电机空载额定转速额定定子电压）运行时各环节对应的输入、输出为定态工作点,而且励磁系统的输人信号只有很小变化。同时考虑到发电机空载运行时励磁电流较小,可控硅整流电路的换相电抗压降不大,也可忽略。因此功率放大单元的传递函数可以简化为：（4）PID调速器的传递函数PID调速器的传递函数为：因此励磁系统总的传递函数框图如图4.1所示。图4.1发电机励磁系统传递函数同步发电机的励磁系统的动态指标通常是采用机组，额定转速下零起升压的参数来衡量的