某科技大学本科生生产实习报告.docx

北 京 科 技 大 学
本科生生产实习报告

实习场所：
学院：
专业： 自动化
姓名： 王子
学号：
指导教师：

2012年 7月

目 录

1实习单位的概况 1
2实习单位的生产工艺和流程 3
2.1炼焦工艺简介 3
2.1.1焦炭在高炉冶炼中的作用 3
2.1.2炼焦工艺主要设备 3
2.1.3炼焦工艺主要流程 4
2.2烧结生产工艺简介 5
2.2.1烧结工艺与模型 5
2.2.2炼铁厂烧结区域配电系统 6
2.2.3烧结三级网络及相关软件介绍 7
2.3炼铁工艺简介 10
2.3.1高炉炼铁的工艺流程 10
2.3.2高炉的组成 11
2.4炼钢工艺简介 13
2.4.1炼钢工艺 13
2.4.2 济钢120t转炉简介 15
2.5中厚板材轧制工艺简介 16
2.5.1济钢中厚板厂概况 16
2.6热轧生产工艺简介 18
2.6.1热轧生产工艺主要设备 18
2.6.2济钢一小型厂概况 18
3自动控制技术在生产过程控制中的应用[1级标题] 19
3.1焦炉自动控制系统的组成和原理 19
3.2.1烧结智能控制系统中的模型简介 19
3.3高炉炼铁工艺中的控制系统 22
3.4转炉在线监控系统简介 24
3.4.1网络系统构成 24
3.4.2服务器配置 24
3.4.3客户端配置 24
3.4.4 PLC控制 25
3.5 中厚板AGC控制系统及轧制生产线的传动系统简介[2级标题] 25
3.5.1AGC控制系统简介 25
3.5.2轧制生产线的传动系统简介 25
3.6热轧相关控制系统简介 26
3.6.1加热炉区域相关技术介绍 26
3.6.2轧区相关技术介绍 27
3.6.3冷床和收集区域相关技术介绍 29
4典型对象控制系统设计 30
4.1引言 30
4.2控制方案的选择 31
4.2.1添加PID调节器 31
4.2.2添加前置滤波器 32
4.3控制系统仿真 32
4.3.1 无PID调节器的反馈系统仿真 32
4.3.2有PID调节器的系统仿真 34
5实习的收获和感想 36

1实习单位的概况
我们生产实习的实习单位是济南钢铁股份有限公司。济南钢铁股份有限公司创立于2000年12月，公司拥有1750立方米高炉-120吨转炉-中厚板轧机国内一流、国际先进的现代化生产线。大力推进以“企业为主体、市场为导向、产学研联合”的开放式技术创新体系，坚持集成创新与自主创新相结合、全面提升自主创新能力，逐步确立了船板、锅炉容器板及低合金高强板三大品牌优势。
公司坚持“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”的循环经济模式，2008年公司获得“中国钢铁工业清洁生产环境友好企业”荣誉称号。2009年，济南钢铁股份有限公司凭借其优秀的市场业绩和良好的品牌印象成功入选由全球领先的财经杂志《巴菲特杂志》、《世界经济学人周刊》和世界权威的品牌价值研究机构——世界企业竞争力实验室联合举办的“2009年（第六届）中国25家最受尊敬上市公司”。
公司经营范围为：钢铁冶炼、加工，钢材、水渣生产、销售，许可证批准范围内危险化学品销售(禁止储存)、煤气供应及自营进出口业务。 公司拥有从原料、烧结、球团、炼铁、炼钢到轧钢完整的生产工艺系统，具有独立面向市场的产、供、销系统，主要从事钢铁系列产品的生产和销售，主要产品包括碳素结构热轧中厚板、A、B级船用板、高强度09MnNb耐用海水腐蚀船用板、AH32、AH36高强度船用板、09CuPTiRE耐侯性钢板、汽车制造用优质碳素热轧板、汽车大梁用热轧钢、锅炉板、压力容器板、花纹板、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、圆钢等。
公司自创立以来,不断加快技术改造，目前已建成了国内最先进的大型球团竖炉；全部采用冶金前沿技术、具有国际一流水平的1750立方米高炉和120t转炉；国内独创、技术一流的铸坯热送直轧工艺和蓄热式步进梁式加热炉；国内轧制力最大、精度最高的中厚板轧机；形成了1750立方米高炉-120吨转炉-中厚板轧机国内一流、国际先进的现代化生产线。精良的装备保证了产品质量，提升了产品档次，保持了领先的市场竞争优势。

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。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。
近两年钢铁企业生存环境日趋恶化，发展形势更加严峻。2012年，钢铁行业销售利润率仅为0.04%，中钢协86家会员单位去年基本零利润；今年1-4月份，80家纳入钢协统计的大中型钢厂亏损34户,亏损面达40%，5月份预计亏损面达80% ；6月第二周，CSPI钢材综合价格指数跌破100点，是自2009年6月份以来的最低水平。由于严重的产能过剩，钢铁行业正陷入极度困境。今年以来，受多种因素的共同作用和影响，尽管济钢做了不懈的努力，仍然没有摆脱亏损局面，可以说是近年来最艰难的一年，尽快实现减亏扭亏、增盈增效是济钢目前最大的任务。不过困难是暂时的，发展是永恒的，越是困难的时候，越要看到光明、胸怀希望，越要百折不挠、自强不息。相信济钢人能够坚定理想信念，勇担历史责任，经受时代考验，紧密团结起来，万众一心，挺直脊梁，在困难中奋发，在逆境中崛起，浴火重生，再创辉煌，建设一个更加美好的新济钢。
2实习单位的生产工艺和流程
2.1炼焦工艺简介
2.1.1焦炭在高炉冶炼中的作用
发热剂。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。
还原剂。焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
料柱骨架。焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。
渗碳剂。炉料下降提供自由空间。

图1 炼焦工艺流程及主要设备简图
2.1.2炼焦工艺主要设备
焦炉简介: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。
捣固焦炉简介: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（或干法熄焦装置）: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。
配煤槽简介：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。
粉碎机简介: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。
2.1.3炼焦工艺主要流程
炼焦工艺有下述程序：
炼焦煤料的制备简称备煤，是将煤矿运来的各种精煤（或低灰分原煤）制备成配比准确、粒度适当、质量均一、符合炼焦要求的煤料。一般包括：卸煤、贮存和混匀、配合、粉碎和混合，并将制备好的煤料送到焦炉贮煤塔。严寒地区，还应有解冻库和破冻块设备。炼制优质焦炭，必须对备煤操作给予足够的重视。把煤混匀好，提高配煤的准确度，使煤质波动最小，保证焦炭的化学成分和物理机械性能的稳定，以稳定焦炭质量。因此配煤设备必须准确地按给定值配煤；配煤槽要均匀连续下煤。煤中杂物要除净，水分不能过高。煤料的合理粉碎，可以有效地提高焦炭的机械强度。必须根据具体情况对不同的煤料确定最适宜的粉碎粒度。
已经制备好的煤料从煤塔放入装煤车，分别送至各个炭化室装炉。干馏产生的煤气经集气系统，送往化学产品回收车间加工处理。经过一个结焦周期（即从装炉到推焦所需的时间，一般为14～18小时，视炭化室宽度而定），用推焦机将炼制成熟的焦炭经拦焦机推入熄焦车；熄焦后，将焦炭卸入凉焦台；然后筛分、贮藏。
炼焦车间一般由两座炼焦炉组成一个炉组。两座炼焦炉布置在同一中心线上，中间设一个煤塔。一个炉组配有相应的焦炉机械──装煤车、推焦机、拦焦机、熄焦车和电机车；还配备一套熄焦设施，包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等，布置在炉组的端部。熄焦塔中心与炉端炭化室中心的距离一般不小于40米。如采用干法熄焦，则需设干熄焦站。炼焦车间还装备有必要的管道和换向系统。

2.2烧结生产工艺简介
2.2.1烧结工艺与模型
“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。烧结设备主要包括：圆盘给料机、圆筒混合机、烧结机、破碎机、带冷机/环冷机、成品筛和皮带机等等。现场设备主要包括：电机、现场保护设施、逻辑、供配电网络控制等。
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烧结工艺流程
烧结矿的产量和质量还是主要由人的因素决定，不可否认，在拥有大量富有经验的工人的情况下，烧结矿的产量和质量都是可以达到一定的水准的，但是这依赖人的因素太大，而人的因素本身是不稳定的，必然经过一个从懵懂到成熟到老化的过程，必然影响生产。所以人工智能控制在烧结工艺中有着重要作用。
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，编程工作由我方自行完成。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
2.2.2炼铁厂烧结区域配电系统
烧结区域的配电系统有高压配电室和低压配电室。
高压配电室有主抽风高压配电室和主控楼高压配电室。

图3 高压配电系统
低压配电系统中典型的配电系统有：变频器、软启动器、普通皮带机。

图4 带软启动器的电路原理图
变压器是配电系统中必不可少的设备，烧结区域中共十一台变压器，其中机头变压器两台，机尾变压器两台，烧结变压器两台，成品变压器两台，配料变压器两台和公辅变压器一台。这些变压器分别将电能供给到各个区域各个厂房中。
2.2.3烧结三级网络及相关软件介绍
烧结三级网络包括: 以太网（ETHERNET）：光纤为介质，连接模块1756-ENBT;控制网（CONTROLNET）；同轴电缆为介质，连接模块1756-CNBT；设备网（DEVICENET）；总线电缆为介质，连接模块1756-DNB。其网络结构图分别如下图所示：

图5 以太网结构图

图6 设备网结构图

图7 控制网
2.3炼铁工艺简介
2.3.1高炉炼铁的工艺流程
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。

图8 高炉炼铁生产工艺流程
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。
2.3.2高炉的组成
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 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／min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。

2.4炼钢工艺简介
2.4.1炼钢工艺
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9 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。

2.4.2 济钢120t转炉简介
山东钢铁股份有限公司济南分公司转炉炼钢系统，按照转炉吨位分4座45吨转炉、3座120吨转炉、1座210吨转炉，吨位表示冶炼一炉钢水的最大出钢量。这几座转炉因为承担不同产线的钢水任务，分别划分到不同的分厂管理 。120吨转炉和210吨转炉是2003年以后设计投产的，采用国内最先进的工艺控制，新工艺、新技术、新设备，让我们济钢近十年成为国内板材精品基地之一。
转炉是炉体可转动，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。
转炉设备主要包括转炉倾动系统、气化冷却系统 、烟气净化系统、煤气回收系统、二次除尘系统、氧枪系统、副枪系统等。
120t转炉采用了多项新技术，其中包括：转炉冶炼采用顶底复吹工艺，顶吹氧气，底吹惰性气体（N2/Ar），加强熔池搅拌。副枪技术，提高冶炼终点目标命中率。同时也减轻了工人的劳动强度，缩短冶炼周期，增加转炉生产能力。上修炉工艺，降低劳动强度，提高工作效率，安全有保证，修砌质量高。全汽化冷却烟道系统提高蒸汽回收量，达到节能降耗的目的。完善的二次除尘系统，降低环境污染，改善劳动条件。
120t转炉炼钢工艺十分复杂。为了节约成本，采用废钢做部分炼钢原料。炼钢工艺中铁水必不可少，铁水供应也是工艺的一部分。此外，炼钢过程中还应供应辅原料、铁合金。
2.5中厚板材轧制工艺简介
2.5.1济钢中厚板厂概况
济钢中厚板厂于1998年2月正式建成投产，历经二期、三期工程及热处理工程的配套建设，以及2010年的粗轧机改造双机架双AGC自动控制系统，技术装备已达国内领先水平，主要技术经济指标处于全国领先地位，现已成为济钢总公司“建设中国一流、世界知名的现代化钢铁企业”的重要主体生产厂之一。
中厚板厂3500已精确把握了钢坯热装热送、蓄热式燃烧、厚度自动控制（AGC）、热机轧制、轧后快速冷却、强力矫直、超声波探伤、钢板无氧化热处理等关键技术，经过多年的研究探索,逐步研究出X系列、油罐钢等品种开发的生产工艺。现年产量130万吨。05、06、07年200万吨，同类行业第一
中厚板厂主要产品是厚度8～90mm、最大宽度3200mm的中厚钢板，主要品种有：普通碳素结构钢、低合金结构钢、船体用结构钢板，锅炉压力容器板、高强度结构钢板、管线钢板、油罐用钢板等。具备高附加值和高技术含量的拳头产品，如JB670DB、Q550D、JG785DB、X系列等“高强”钢板，产品广泛应用于机械制造、造船、煤炭矿山、压力容器等行业。厂内所生产的Q345D钢板用于奥运会鸟巢工程，Z向钢用于中央电视台新主楼。

图10 中厚板厂生产工艺流程图

图11 中厚板厂热处理生产工艺流程图
2.6热轧生产工艺简介
2.6.1热轧生产工艺主要设备
热轧生产过程中，主要涉及如下设备：加热炉，高压水除鳞，定宽压力机，粗轧第一架轧机，粗轧高压水除磷，立辊轧机，粗轧第二架轧机，板卷箱，边部感应加热器，精轧除磷，精轧立辊轧机，精轧连轧机组，测厚仪，板型仪，层流冷却，卷取机，喷号机，打捆机。并由这些设备串联成为生产线，生产带钢等产品。
2.6.2济钢一小型厂概况
济钢第一小型轧钢厂原设计为年产15万吨半连轧棒材生产线，随着近几年的改造，特别是99年大修后轧机电控系统采用了全数字调速装置，Φ14、Φ16规格采用了切分轧制工艺，成品的线速度大大提高，达到了14m/s，生产能力有了大幅度提高，生产能力达到了60万吨水平，创造了可观的经济效益。2003年进行了全连轧改造，全线工艺设备主要有：加热能力130t/h（热装170t/h）加热炉一座，轧机系统实现了18架次全连轧，120米步进式冷床一座，切头飞剪2台，倍尺飞剪1台，850吨定尺冷剪1套，成品收集台架2套。设计年产能力为80万吨。现年产能达到120万吨，为全国同类型生产线产量最高。

图12 工艺设备总体布置

3自动控制技术在生产过程控制中的应用[1级标题]
3.1焦炉自动控制系统的组成和原理
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，μXL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。μXL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μXL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。μXL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。
3.2.1烧结智能控制系统中的模型简介
济南钢铁厂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，编程工作由我方自行完成。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。
6个一级模型概述：
( 1) 混合料总量控制模型
混合料总量控制模型在线控制混合料槽中的物料量保持在一个允许的范围内, 所要控制的变量是混合料的配料量和混合料槽内的物料量。该模型可自动调节配料室不同物料的下料量, 使之与设定值保持一致。
在上位机上输入混合量总量及各种物料的比例后, 模型对配料室各种物料每一时刻的下料量进行实时跟踪并存入缓冲区, 根据配比动态的自动调整每一种物料的下料量, 采用常规控制、串级控制、补偿控制相结合的方法, 实现了自动换仓时无扰动切换, 避免了在出现堵料、断料情况下料量波动的现象, 精确的控制各物料的下料总量的平衡。
(2) 返矿比例控制模型
返矿比率控制模型的目的是: 使返矿在烧结混合料中的比率尽可能保持恒定。这个返矿比率受控于冷返矿的产生量, 总返矿量受控于燃料分加处的燃料下料量, 使冷返矿料仓的料位保持在一定的范围之内, 达到烧结过程中返矿平衡的目标。
(3) 燃料比率控制模型
燃料比率控制模型在线控制混合料中燃料的比率。模型考虑到燃料中的固定碳和水分的含量, 使混合料中固定碳的含量保持恒定, 控制烧结生产中的固体燃料消耗。此外, 该模型根据返矿的产生量, 在计算中考虑返矿对燃料配加量的影响。
济钢烧结厂 30 % 的燃料在配料室中添加, 70 % 的燃料在二混后分加, 该模型考虑了过程延迟和原料瞬时流量的变化。当配料室燃料的下料量有波动时, 系统能够自动记录时间与波动量的大小, 经过延时后, 自动调整燃料分加处的燃料下料量, 从而达到了控制烧结生产中固体燃料消耗量的目的。
(4) 混合料水分控制模型
水分控制模型是在原料平衡计算基础之上进行的。模型用原料的湿重来计算干重和不同阶段的水的流量。该模型考虑到了污泥对一混水分的影响, 实际的水分的控制在一混、二混、三混中进行, 根据物料平衡来调整混合料中水的含量。
(5) 点火控制模型
该模型分为点火温度控制和点火强度控制两个方式, 通过调整点火空气煤气的比率实现。其中点火强度控制是一种先进的烧结点火控制模式, 在考虑到烧结机速度、点火温度和煤气热值的情况下, 使点火效果最好, 煤气消耗最低。
(6) 混合料给料控制模型
该模型的控制设备是在垂直于烧结机运动方向上设的6 个布料小门, 通过步进电机精确驱动, 控制每一个布料门的开度, 和二级的燃烧上升点(BRP)模型一起, 实现对横向烧结状态的控制。模型通过超声波料位仪测量压入率, 控制圆辊给料机的转速使烧结机压入率保持稳定。
5个二级模型概述：
二级模型采用C 语言进行编程, 程序在二级系统的服务器中运行。模型根据从一级系统采集的数据进行计算, 运算结果通过通讯程序传送到一级系统执行控制。
( 1)原料加工模型（混匀堆料计算模型）
该模型用于原料场的混匀料堆的配料生产。以湿基 含水分 的烧结各种原料为基础, 在考虑各种原料的干基 干质量 和在不同生产阶段的加水量后, 给出不同原料在混匀料中的配比, 控制原料场中和铁料的生产。
(2) 基本配料判断模型
模型采用线性规划的工具, 根据高炉所需要的烧结矿的质量指标进行计算。模型可根据不同的原料和所需的烧结矿成分决定不同物料的配料量, 将数据传到一级的混合料总量控制模型对不同物料的配料量进行控制。该模型主要在系统刚开始生产和原料成分发生较大变化时使用, 代替了人工的配料计算, 具有准确、可靠的特点。
(3) 动态配料判断模型
动态配料模型是把实际的烧结矿成分分析值作为反馈信号调整配料室不同原料的配比, 它在静态配料模型计算的配比的基础上, 在线动态判断烧结矿成分与设定值的偏差, 并对配比进行调整, 使烧结矿的指标最终达到设定的目标值。
(4) 燃烧上升点(BRP) 偏差控制模型和燃烧上升点(BRP) 位置控制模型
对烧结过程的理想的控制应包括两个方面: 一是横向烧结状态的控制, 使垂直于烧结机运动方向上的烧结状态保持均匀, 另一个是纵向烧结状态的控制, 通过调整烧结机的速度, 使烧透状态保持在最佳位置。这两个模型采用了模糊控制等方法, 分别实现了以上功能。
目前国内普遍采用烧透点(BTP) 描述烧结状态, 但是采用BTP存在一定的不足之处。20 世纪90年代日本钢管公司京滨钢铁厂提出了描述烧结过程的新方法——燃烧上升点(BRP) 。 BRP表示沿烧结机长度方向废气温度上升的位置。SPSS 就采用BRP来描述烧结过程状态。
该系统的BRP位置是通过设在台车下的风箱温度测量点(每台机 5 ×8= 40 个点)获得沿台车宽度方向上的 8 条(BRP) 曲线。 BRP采用最小二乘法确定。该系统的独到之处是在计算BRP时不是采用同一时刻不同风箱的温度值, 而是采用同一物料在台车前进方向上不同时刻的温度值, 这样可以得出物料在台车前进方向上的什么位置达到BR P 位置,从理论上来说更为精确。
布料设备是由主闸门、辅助闸门和圆辊给料机三部分组成。在主闸门侧面沿宽度方向设置6 个辅助闸门, 根据计算得到的 8 条BRP曲线控制6 个辅助闸门的开度, 通过一级的混合料给料控制模型, 结合控制圆辊给料机的转速, 保持台车横向的烧成稳定。BRP位置控制模型通过对台车速度的控制, 在保证烧成质量的情况下使产量最大化。
(5) 整个 SPSS 的界面充分考虑到用户使用的便捷性, 大量的控制参数可以通过画面进行调整, 具有很高的灵活性。此外该系统还具有报表生成, 历史数据查询等功能。
系统基础：基础自动化和检测仪表，基础自动化是指生产系统的连续。烧结生产具有高温、高湿、高粉尘的特点, 对检测元件的要求较高。在实施烧结SPSS 的过程中, 济钢烧结厂新上了污泥流量检测、水分测量、各类电动调节阀、风箱下部温度检测、料位检测、物料流量检测、烧结混合料透气性检测等检测和控制环节。在选型、安装、调试方面作了大量工作, 使各项检测控制仪表基本满足了SPSS 的需要。
3.3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。其系统结构如图所示：

图13 高炉炼铁工艺中的控制系统

3.4转炉