钢铁行业竞争日趋激烈,面临的市场压力越来越大，各钢铁公司为提高自身竞争力,争相引进先进的生产设备，先进的冶金工艺控制技术、先进的生产工艺,提高自身的产品质量，降低生产成本，提高产品市场竞争力。济钢副枪技术的引进，提高了自动化炼钢技术水平，提升了产品质量，增强了市场竞争力。
一、副枪系统介绍
济钢第三炼钢厂采用的副枪系统是由DANIELI-CORUS公司设计生产的，它能在转炉不间断吹炼的情况下，在转炉的垂直位置进行熔池温度的测量及取样。
副枪系统(图1)包括4个主要组成部分：(1)一个旋转平台或一台横移小车，上面装有一台卷扬机，用于与平台或小车相连的副枪体的升降；(2)一个带有探头贮箱的自动探头安装系统(图2)，可确保探头安全存放,可自动选择探头和将探头自动装到副枪体上；(3)装在转炉烟罩上或位于烟罩上方的设备，如一个副枪水冷插入口、一个密封罩和一台清渣装置；(4)电气和仪表设备，如DIRC仪表,一台用于处理测量信号的设备。
二、副枪电气控制系统
副枪电气控制系统分副枪提升驱动系统、副枪旋转驱动系统APC系统（探头自动装卸装置），DIRC-5仪表系统。副枪整个控制系统由一套PLC系统集中控制：PLC系统由CPU模块、CPS模块、NOE模块、EHC模块、DDI模块、DDO模块、ACI模块、ACO模块、XBE模块组成。
1、副枪提升驱动系统
副枪提升驱动系统的设备主要位于卷扬平台上，包括一台55KW三相异步电动机、AC抱闸、减速机、用于速度控制的测速发生器和两个用于高度测量的脉冲发生器。电动机的速度调节由两套变频器来实现的。
提升驱动参数
类型AC电机，VVVF
高速2.5m/s
中速/事故速度0.6m/s
低速0.2m/s
定位速度0.1m/s
定位精度+/-1cm
最大行程18.8m
2、副枪旋转驱动系统
副枪旋转驱动系统的设备包括一个带抱闸3KM三相鼠笼电机、减速机、脉冲发生器、测速发生器。旋转速度由变频器来控制的，定位由脉冲发生器通过PLC来完成的，接近开关确定实际位置，超程开关用于硬接线停止。
旋转驱动参数
常规速度1.33rpm
定位速度0.27rpm
定位精度+/-1cm
旋转半径5900mm
最大旋转角度104度
APC系统
APC系统包括探头存储箱、探头选择和喂装、探头倾动臂、探头拆卸装置等。
（1）探头存储箱
探头存储箱有5个独立的存储室，每个可容纳20个探头。
（2）探头选择和喂装
喂装接在存储箱的底部，通过汽缸旋转--喂装架选择所需探头。
（3）探头倾动臂
探头倾动臂包括一框架，导向漏斗，探头夹，AC电机等。
探头由探头夹夹持住送到倾动臂上，电机驱动倾动臂带着探头移向垂直位置，到达后，导向漏斗通过汽缸在副枪枪头处关闭。之后副枪被降到关闭的导向漏斗中。待探头把持器插入探头中，导向漏斗打开副枪继续下降与探头完全连接。
一旦机械连接完成（由来自感应接近开关指示实际连接程度），副枪停止，探头夹松开探头。最后倾动臂回到水平位置。在探头连接过程中，探头和导向漏斗的间隙用仪表气体吹扫以防止探头的上部沾满灰尘污垢。
（4）探头拆卸装置
探头拆卸装置安装在探头回收槽上方。测量之后，气动的探头拆卸装置夹住探头，提升副枪，使探头与其脱离。打开探头拆卸装置将探头送至探头收集槽。
（5）DIRC-5仪表系统
DIRC-5仪表系统主要是将探头所测的数据进行分析处理，并将其结果（温度、含碳量、氧电势、氧活度、熔池液位值）显示在HMI画面上，存储在外接PC机中，便于进一步分析。
（6）副枪的自动控制过程
副枪的自动控制过程共分连接周期、测量周期、复位周期三个周期。
三、副枪的功能
副枪设备为转炉提供了一个有效的测量工具,使其能在不间断吹炼的情况下在转炉的垂直位置进行熔池、温度的测量及取样。副枪设备从探头存放箱中取出选定探头,自动连接到副枪的顶端并移到转炉上方。打开烟罩上的副枪入口,将探头降低入熔池中。根据所用探头的类型,热电偶和测氧单元发出信号,几秒种之后提升探头并在转炉平台上自动将探头取下,取出试样送化验室分析。所发出的信号经过Dirc仪表分析处理后快速发送到炉前,提供给操作工有用的数据。副枪可使用各种探头,如用于温度、取样、定碳的探头（TSC）。用于测温、取样、定氧的探头（TSO），还有单独用于测温的探头（T）。各种探头所实现的功能有所不同,这主要是根据生产的要求和生产的模式等来进行选择的。例如有用于吹炼中间进行测量的,有用于吹炼终点进行测量的，还有仅仅用于温度测量的。在动态模型调用时就是依靠副枪测量的结果来确定是否接着进行吹炼。通过测量正在冶炼的钢水温度,测量钢水中的氧含量,从而判断出钢水中的碳含量，测量钢水液位以及取样分析。如果继续吹炼,那么所需要的吹氧量和转炉熔剂的添加量就是根据副枪测量结果由动态模型来进行动态计算的。副枪测量结果如图1所示由DIRC仪表分析计算得出。操作工和冶金工程师可根据炉次来查询测量曲线和结果,这些测量结果自动传到动态过程控制系统,动态过程控制系统在接收到测量结果后再根据这些结果调用动态吹炼模型,以决定是否进行补吹和加料。
图1副枪测量结果
四、副枪系统的价值
1、缩短出钢周期,提高生产率
副枪系统取消了人工取样和测温,既可节省时间,又不需要对操作人员有过高的要求。由于在取样和测温时,不再需要倒炉,因此可缩短出钢周期,从而提高转炉生产率。
2、延长转炉炉龄
工艺过程优化、取消倒炉作业,使用户能够有效提高转炉炉龄,使转炉在不采用溅渣护炉的情况下,出钢炉数增加量可高达40%。
3、提高吹炼终点命中率和模型使用效果
吹炼终点命中率可用于说明控制模型的性能。如果设备运行正常,铁水、废钢和添加剂质量符合规定要求,达涅利康力斯副枪设备吹炼终点命中率可超过90%。控制模型精度可通过最终产品主要技术指标的标准差来评价(表3)。标准差则反映目标值或预测值与实际检测值之间的偏差。
结束语
采用副枪系统可提高自动化炼钢技术水平，提升产品质量，增强产品市场竞争力，为企业创造较高的经济效益和社会效益。
作者简介：
张西涛(1976.3～)：男，工程师，在济钢炼钢厂从事自动化控制和冶金工艺模型的研究与应用。
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