您现在的位置： >> 钢铁厂参观 >> 钢铁厂生产实习报告
钢铁厂生产实习报告
来源： 时间：
【钢铁厂生产】本科生生产报告实习场所日照钢铁控股集团有限 学院专业姓名学号指导：2014 年 9 月 12 日目录。。。。。。。本科生生产实习报告引言................................................................................................................................... 11 日照钢铁集团介绍.............................................................................................................. 2 2 钢铁生产工艺流程介绍 ..................................................................................................... 3 2.1 烧结工艺流程介绍.................................................................................................... 3 2.2 球团工艺流程介绍.................................................................................................... 6 2.3 高炉炼铁工艺流程介绍 ........................................................................................... 7 2.4 炼钢工艺流程介绍.................................................................................................. 11 2.5 轧钢工艺流程介绍.................................................................................................. 14 3 自动控制设备在生产中的应用....................................................................................... 15 3.1 以烧结自动控制系统为例介绍 PLC 和组态软件应用 ..................................... 15 3.2 变频器在生产中的应用......................................................................................... 17 4 典型对象控制系统设计 ................................................................................................... 17 4.1 系统介绍.................................................................................................................. 17 4.2 理论基础.................................................................................................................. 18 4.3 电液位置伺服控制系统模型建立......................................................................... 20 4.4 PID 控制器设计与分析 .......................................................................................... 23 4.4.1 对电液位置伺服系统的分析 ...................................................................... 23 4.4.2 PID 控制器调节 ......................................................................................... 25 4.4.3 PID 控制器参数整定................................................................................. 27 5 实习与感想................................................................................................................ 31 参 考 文 献 .......................................................................................................................... 332。。。。。。。本科生生产实习报告引言实习目的与要求生产实习是本科中重要的实践性教学环节，根据自动化专业的培养目 标，深入相关钢铁企业。在具体实践中了解本专业知识在生产中的具体应用，了解自动 控制技术在钢铁生产各个环节中的应用及重要性。通过实习进一步了解控制工程专业的 发展现状与未来，从而更加热爱本专业，更好的发挥自己的专长，将来在自己的工作岗 位上发挥自己的价值。实习内容1．烧结生产工艺及其控制系统 2．炼铁工艺及其控制系统 3．炼钢工艺及其控制系统 4．热连轧工艺及其控制系统 实习方式1．听取报告实习开始由实习技术部有关人员向学生介绍本单位情况，进行安全保密教 育。各分厂或车间技术工作人员做相应报告，介绍相关工艺和自动控制技术的具体应 用。2. 组织参观 结合技术报告参观各分厂或车间，参观生产线及生产线上使用的控制系统，具体了 解自动化装置的工作和控制系统的运行。3. 阅读实习材料 为了更好地学习和掌握实习中学到的知识，学生应结合实习内容预习或复习有关资 料。4. 实习笔记 学生应将每天实习状况、所听报告内容认真记录，整理收集到的资料和图表，记录 遇到的问题和观察研究的结果。1。。。。。。。本科生生产实习报告1 日照钢铁集团介绍日照钢铁控股集团有限公司是中国最年轻的千万吨级钢铁联合企业，公司位于山东 省日照市岚山区，依海临港，陆路、海路交通便利。公司于 2003 年建成投产，目前拥 有正式职工 18000 人，拥有烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢、发电、制氧、水泥、微粉 等整套现代化钢铁生产工艺及配套设施。主要产品有热轧带肋钢筋、热轧 H 型钢、热 轧工字钢、热轧带钢、高速线材，已形成了板、棒、线、型并举的产品格局，产品畅销 全国及世界各地。2013 年，日照钢铁通过不断地努力，在严峻的市场形势下，保持了 连续 9 年盈利的良好态势。公司全年产铁 1321 万吨，产钢 1267 万吨，产材 1247 万 吨，实现收入 451 亿元，实现利税 20.26 亿元，上缴税金 12.6 亿元。企业跻身“中 国企业 500 强”第 228 位，“中国民营企业 500 强”第 36 位，“中国民营制造业 500 强”第 24 位。公司自建厂以来先后投资 39 亿元建成了高炉、转炉煤气回收系统、固体废弃物回 收系统、TRT 余压发电机组、蒸汽发电机组，以及水循环系统，实现了工业生产的三个 “零排放”。在钢铁主业市场持续低位震荡的形势下，公司持续开展环保综合整治、推 行节能减排等举措，不仅带来巨大生态环境效益，也显现出良好的经济效益：2013 年 发电量 39 亿千瓦时，产水渣微粉 449.5 万吨，产钢渣微粉 39.5 万吨，副产品直接带来 的利润达 3.19 亿。依靠便利的水上运输，专业的技术研发团队、严格的质量管控体系、高效的售后服 务，以及国内外先进工艺设备和管理机制，公司对旗下板、棒、线、型、管、水泥 6 大 类 150 余种产品进行严格把关，不断追求更高的产品品质、更快的物流速度及更佳的客 户服务。企业先后通过 ISO9001、ISO14000 和 OHSAS18001“卓越绩效管理体系”认 证、欧盟 CE 认证、韩国 KS 认证和九国船级社认证。热轧 H 型钢、热轧带肋钢筋荣获 中国冶金产品实物质量认定金杯奖，H192×198 轻型薄壁 H 型钢的成功轧制填补了国 内空白，被京沪高铁声障屏项目列为指定用材。近年来，公司产品被广泛应用于鸟巢、 三峡大坝、港珠澳大桥、郑西高铁、青藏铁路、胶州湾跨海大桥等国家级重点工程。企2。。。。。。。本科生生产实习报告业先后被授予“质量放心品牌”、“消费者最信赖质量放心品牌”、“中国质量 500 强”等荣誉称号。2 钢铁生产工艺流程介绍2.1 烧结工艺流程介绍 进厂的粗粉、精粉、工厂返回料等经过一次料场堆存，在二次料场（中和料场）按 一定比例用堆料机堆存后起到了中和混匀作用，由取料机输送到皮带上，运往烧结配料 仓进行配料，配加烧结熔剂（轻烧白云石粉、生石灰粉等）、焦粉（或煤粉）后经过一 次、二次混和后由皮带运往烧结机布料矿槽，经过布料器布料，点火器点火，在烧结机 台车上进行抽风烧结，热烧结矿经过单辊破碎机破碎、带冷机冷却后筛粉变为成品烧结 矿由皮带运往高炉配料仓中进行配料。2.1.1 烧结原料介绍 烧结原料主要由含铁原料、熔剂、燃料组成。一、 含铁原料 主要有铁矿石、高炉灰、转炉灰、钢渣粉、轧钢皮、硫酸渣等。二、 烧结熔剂 主要有石灰石、白云石、菱镁石、生石灰、轻烧白云石、轻烧镁粉、消石灰等。烧 结熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质，有利于高炉进一步提高冶炼强度和降低焦比，改 善烧结矿强度的冶金性和还原性，还可以向高炉提供自熔性和高碱度烧结矿。熔剂与矿 石中的高熔点脉石熔化生成熔能温度较低的易熔体，能够去除部分有害杂质。三、 烧结燃料 燃料在烧结过程中主要起发热作用和还原作用，它对烧结过程及烧结矿质量、品质 影响很大。烧结生产使用的燃料分点火燃料和烧结燃料两种。点火燃料具有气体燃料、 液体燃料、固体燃料。一般常采用焦炉煤气（15%）与高炉煤气（85%）的混合气体， 其发热值 5860KJ/m3，但在实际生产中不少厂只用高炉煤气点火。烧结燃料是指混入烧 结料中的固体燃料。一般采用的固体燃料主要是碎焦粉和无烟煤粉。对烧结所用的固体 燃料总的要求是固体燃料碳含量高，挥发分、灰分、硫含量要低。3。。。。。。。本科生生产实习报告2.1.2 烧结工艺流程原料系统 碎焦 燃料破碎室 布袋除尘器 水封拉链循环 一次混合 烟囱 风机 机尾三电场静电除尘器 二次混合 混合料仓 混合煤气点火 烧结机 机头三电场静电除尘器 水 蒸汽 配料仓 铁精粉 白云石粉 生石灰粉 含铁杂料单辊破碎机风机 烟囱带冷机 冷筛 成品图 2.1 烧结工艺流程图2.1.3 烧结设备介绍 烧结分为鼓风烧结和抽风烧结。按其结构又可分为带式烧结和环式烧结。日钢采用 的是带式烧结机进行抽风烧结。烧结生产线的主要设备有：对辊破碎机、四辊破碎机、 混合机、制粒机、梭式布料机、烧结机、主抽风机、电除尘器、单辊破碎机、带式冷却 机、椭圆振动筛、胶带机等。图 2.2 烧结设备作业流程图4。。。。。。。本科生生产实习报告带式烧结机是烧结生产的主要设备，它是由铺底料装置、原料给料装置、布料装 置、点火系统、烧结机主系统组成。可使烧结过程实现全部机械化，具有工作连续、生 产率高及较好的劳动条件等优点。烧结领域的许多先进技术及成果在日钢烧结厂得到了 较好的应用。例如机头机尾平行四连杆重锤拉紧装置、铺底料装置、篦条压平装置、新 型点火器及多点柔性传动装置等。对辊、四辊破碎机的作用主要是：燃料的破碎普遍采用对辊破碎机粗破碎后，再进 行四辊机破碎，以便达到燃料的配料要求。对辊、四辊破碎机主要是破碎焦炭和无烟 煤。混合机与制粒机的作用是：混合机用于第一次混合，主要是混合料进行润湿和混 匀，使混合料的水分粒度、料温及混合料中各部分均匀分布，而用于第二次混合中，除 继续混匀外，主要作用是制粒，并使混合料最终润湿。所以将二次混合设备也成为制粒 机。梭式布料机的作用是：混合料经经皮带输送给烧结料仓的过程中，需对物料进行布 料，以保证布料均匀，提高烧结矿的产质量和设备寿命。日钢烧结厂的布料普遍采用梭 式布料机。主抽风机的作用主要是：风机是输送或压缩空气及其他气体的机械设备，它将电动 机的能量转变为气体的压力和动能。主抽风机决定着烧结机的生产。选择风量、风压合 适的风机是烧结生产的重要保证。风机是烧结生产必不可少的关键设备。电除尘器的作用是：电除尘器是为净化烧结机产生废气的除尘设备。其进口与烧结 机的大烟道管道相连，经对含尘气体处理后与主抽风机管道相连。除尘后的灰尘通过灰 斗及卸灰阀进行排放到放灰皮带上。单齿辊破碎机的作用是：单齿辊破碎机设备在烧结机的尾部，它主要负责将台车卸 下的大块烧结饼破碎成小块。经单辊破碎机破碎后的烧结矿粒度要求在 150mm 以下。带式冷却机的作用是：烧结矿在烧结机上烧成后经单辊破碎后需进行冷却，一般需 要将其冷却到 150℃以下，以方便运输和实现高炉生产技术现代化创造条件。5。。。。。。。本科生生产实习报告2.2 球团工艺流程介绍 2.2.1 球团工艺概述 生产球团用的铁精粉和膨润土进厂储存于精粉料场和膨润土仓库。使用时，精粉由 轮式装载机装入精粉矿仓，膨润土由人工加入膨润土矿仓。按合理配比配料，配合料经 圆筒烘干机烘干混匀后，由胶带机输送至润磨机进行混匀和再磨，混匀后的混合料再由 胶带机输送至造球室缓冲料仓。皮带机给入圆盘造球机造球，生球经圆辊筛筛分，不合 格的生球筛除，返回造球室混合料仓重新造球。合格生球均匀布至链篦机篦床上，经干 燥、预热后，预热球经过铲料板、溜槽进入回转窑，氧化焙烧后的球团矿卸入环冷机鼓 风冷却，冷却后的成品球经胶带机输送至成品仓（或者成品料场），由汽车运至高炉料 场。图 2.3 球团工艺流程图6。。。。。。。本科生生产实习报告2.2.2 球团设备介绍 球团生产的主要设备有烘干机、润磨机、造球机、回转窑、链篦机、环冷机、主抽 风机、高温风机等。润磨机的主要作用：球团厂普遍采用润磨机将精矿进行再磨，同时，生产中不合格 的球团矿也需要磨细后返回使用，以提高团矿的产质量。圆盘造球机也称为球盘或造球盘，是国内、外球团厂广泛采用的一种造球设备。圆 盘造球机实质上是一个倾斜的、带有边板平底钢质的、以等角速度旋转的圆盘。链篦机的主要作用：生球加入到链篦机后,就开始进行生球干燥、精矿脱水、部分 煅烧、部分硬化过程。链篦机是由链节构成,向输送带一样带着球团移动。不同之处是 链篦机的传送链节可以让气体通过。传送链水平直线移动。链篦机中有几个风箱区, 可以让球团暴露在不同的温度中。当球团排入到回转窑后,传送链节从底部返回。回转窑是球团的主要焙烧设备，球团在经链篦机干燥预热后在回转窑内不停的滚 动，进行高温焙烧固结。2.3 高炉炼铁工艺流程介绍 2.3.1 高炉炼铁原料与产品 高炉冶炼用的原料主要由含铁原料、燃料和熔剂三部分组成。含铁原料需要成分稳 定、含铁品位高、脉石少、有害杂质少、矿石粒度均匀、强度好、还原性好。例如：铁 矿石、人造富块等。燃料主要是焦炭，另外还有喷吹燃料。熔剂主要包括石灰石、白云 石、蛇纹石、萤石、硅石、锰矿等。炼铁产品主要包括炼铁生铁、非炼钢生铁、炼铁副产品等。炼钢生铁的化学成分的 主要特点是含硅量比铸造生铁低，含硅量一般小于 0.85%，是炼钢的主要原料。日钢炼 铁的产品全部为炼钢生铁。非炼钢生铁主要是铸造生铁，硅量较炼钢生铁高，一般含硅 量大于 1.2%，有多种牌号，主要用于铸造生产。炼铁副产品包括炼铁水渣、矿渣棉、 矿渣和高炉煤气等。水渣、矿渣主要做水泥原料使用，高炉煤气用于自备发电厂使用。2.3.2 高炉炼铁生产工艺 高炉炼铁主要原料为烧结矿和球团矿，并掺入富块矿，以少量硅石和萤石作熔剂， 焦碳作燃料（也是还原剂）。这些原料、辅料和燃料经配料、称量后，由斜桥料车上7。。。。。。。本科生生产实习报告料，经高炉炉顶送入高炉炉内进行冶炼。冶炼过程中由热风炉向高炉炉膛鼓入热风助焦 碳燃烧，同时向炉内吹氧和喷吹煤粉。焦碳燃烧后生成煤气，炽热的煤气在上升过程中 把热量传递给炉料，原、辅料随着冶炼过程的进行而下降。在炉料下降和煤气上升过程 中，先后发生传热、还原、熔化、渗碳等过程使铁矿还原生成铁水。同时烧结矿等原料 中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而生成炉渣。高炉炼铁是连续生产，生成的铁水和炉 渣不断地积存在炉缸底部，到一定时间后打开高炉出铁口，出铁出渣。从出铁口出来的 铁水通过高炉出铁场的铁沟、撇渣器等流入铁水罐车的铁水罐内，热装送往炼钢厂炼 钢。当铁水用于炼钢有富余时，则将部分铁水送铸铁机浇注冷却成铸铁块。高炉渣由出 铁场的渣沟流出，采用茵芭法水渣处理，由皮带输送到新型建材厂。高炉冶炼时产生的 高炉煤气为炼铁厂的副产品，经重力除尘器和布袋除尘器两级除尘再经 TRT 余压发电 系统后供热风炉烧炉和发电厂发电。焦碳 筛分室 振动筛 皮带机 振动筛 碎焦仓 皮带机 中间斗 烟 囱 料车 碾泥机房 煤炭粉 热风炉 热风 高炉 出铁场 铁水 炼钢 水 循环泵房 过滤池 加湿卸灰机 堆渣场 鼓风机房 煤气 高炉灰 水渣 称量斗 含尘废气 熔剂、烧结矿、球团矿、块矿 矿槽 给料机 振动筛 称量斗 皮带机 碎矿仓空气 预热器助燃 风机调压 阀组布袋 除尘重力除尘炉前冲渣图 2.4 炼铁工艺流程图8。。。。。。。本科生生产实习报告2.3.3 高炉炼铁生产设备介绍 高炉炼铁生产非常复杂，除了高炉本体以外，还包括有供料系统、上料系统、送风 系统、渣铁处理系统、煤气处理系统、喷吹系统。高炉本体包括高炉炉型、炉衬、冷却装置、钢结构及基础。高炉炉型均为五段式， 圆形工作空间。高炉大小以有效容积的立方米数表示；炉衬耐火材料围成高炉炉型。炉 衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄可长达 10-15 年；钢结构是加固炉体和支撑各种附 属设备的构件。内衬主要是直接抵抗冶炼过程中机械、热力和化学的侵蚀，以保护炉壳 和其他金属结构，减少热损失，并形成一定的冶炼空间即炉型。高炉炉衬由耐火砖砌筑 而成，对耐火砖的要求：在高温下应该不软化、不熔化、不挥发；在高温高压条件下能 保持炉体结构的强度；耐冲击、耐磨蚀的强度要强；具有对于铁水、炉渣和炉内煤气等 的化学稳定性；具有适当的导热率。冷却设备的作用是降低炉衬温度，提高炉衬材料抗 机械、化学和热产生的侵蚀能力。高炉使用的冷却设备主要是冷却壁、冷却板和风口。图 2.5 高炉本体主要构成9。。。。。。。本科生生产实习报告供料系统指原料运到高炉车间到装入高炉的过程。主要包括焦槽矿槽、振动筛、称 量漏斗、上料皮带、炉顶装置。焦槽矿槽为最短运输路程，集中控制及时按高炉要求的 顺序，批量向高炉上料，在高炉附近边设足够数量和容积的焦槽和矿槽。槽下的振动筛 是用来筛去烧结矿、焦炭和其它原材料中的粉末。焦炭称量漏斗用来接受经过筛分的合 格焦炭，然后按照重量要求进行称量，再卸入上料胶带输送机。矿石称量漏斗用来称量 烧结矿，球团矿及生矿石，其安装部位有的在储矿槽下面，称量后的炉料经过漏斗，闸 门卸入胶带输送机。现代大型高炉都采用皮带运输机向高炉供料，这样可使矿槽远离高 炉，使高炉附近场地宽敞。送风系统中的热风炉肩负着向高炉连续不断地输送温度高达 ℃的热风， 最高可达 1400℃。热风炉以高炉煤气和焦炉煤气为燃料，高炉煤气约有二分之一用于 热风炉。送风装置包括热风围管、支管、直吹管、风口大套、风口二套和小套。热风围 管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管，直吹管将 送风支管和风口小套紧密连在一起。渣铁处理系统中的渣铁由高炉下部炉缸部位出铁口排出。高炉设有 4 个铁口，设置 两个对称的出铁场，每个铁口都有两条可停靠鱼雷罐车的专用线，与出铁场垂直布置。由高炉炉缸排出的渣铁经出铁场的主沟上的渣铁分离器分开，铁水经摆动流咀装入鱼雷 罐车运到炼钢厂炼钢。炉渣则进一步处理变成水渣或干渣。干渣处理是将出铁场渣沟熔 渣流入吹制箱。水渣是炉渣处理的辅助手段，它是将熔渣放入坑里，用水喷淋冷却，之 后装车运走的一种处理方式。煤气处理系统中高炉煤气通过上升管和下降管首先进入重力除尘器去除大颗粒灰 尘，然后在进行精除尘。喷吹系统是指高炉经风口喷吹煤粉以节焦。它不仅可以代替日益紧缺、昂贵的焦 炭，而且有利于提高一氧化碳利用率，提高炉内煤气含氢量等。高炉喷煤系统主要由原 煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几部分组成，结构组成如下：10。。。。。。。本科生生产实习报告图 2.6 喷吹系统主要构成2.4 炼钢工艺流程介绍 炼钢的总体过程如下图：高炉铁水 废钢、铁 吹氧 吹氮 混铁炉 铁水罐 二次烟气 顶吹氧气转炉 渣罐 炉渣跨 转炉煤气回收 系统 回收煤气 烟囱排放 煤气柜 高速结晶器 钢渣 二次冷却 出坯辊道 推钢机 冷床 沉淀澄清 烧结 钢坯 轧钢 冷却降温 热泼 钢水罐 钢包吹氩喂丝 连铸中间罐 氩气 溜槽 称量系统 辅助散状料仓 造渣剂 煤气 铁水包 造渣剂 铁合金 地下料仓 铁合金料仓 皮带及炉顶料仓 称量系统 称量和下料系统烟罩图 2.7 转炉炼钢工艺流程11。。。。。。。本科生生产实习报告2.4.1 铁水脱硫预处理对来自炼铁厂的铁水进行扒渣、铁水预脱硫处理。再根据生产钢种对 S 含量不同要 求，选择性地进行一般处理和深脱硫处理。日钢采用单吹颗粒钝化镁铁水脱硫生产线， 其工作原理是依靠干燥氮气气力输送含镁量不低于 92%的颗粒状镁粒，通过喷镁枪将镁 喷入铁水中进行脱硫，将铁水中硫含量处理至 0.005~0.015%，满足转炉冶炼需要。图 2.8 铁水脱硫预处理2.4.2 转炉炼钢过程 转炉冶炼过程中，先向转炉中加废钢和铁块，再兑铁水，然后开始下氧枪吹炼。吹 炼过程是造渣的过程，造渣料主要有石灰、白云石、镁球、萤石、烧结矿等。通过造渣 来进行脱 P、脱 S，供氧时间一般为 13 分钟左右。当温度和脱 P、脱 S 达到要求时，就 可以倒炉进行拉碳、测温、取样。确认合适后，进入出钢阶段，出钢由炉后操作室控 制。出钢过程由合金工负责加入各种合金，合金加入必须根据所炼钢种进行初步计算， 再结合实践经验进行合金配比，炉长必须全程负责。根据终点碳情况，炉后补加增碳剂 和脱氧剂，出钢时间一般为 4-6 分钟，合金和增碳剂随钢水流加入钢包。转炉出钢后进 行喷吹高压氮气溅渣护炉工作。2.4.3 吹氩、精炼过程 出钢完毕由钢包车将钢水输送到吹氩站或精炼炉。吹氩采用底吹，吹氩起到均匀钢 水成分和温度的作用。吹氩时间一般大于 6 分钟，使夹杂物充分上浮，吹氩完毕进行成 品取样和测温。最后加入 3-6 包钢包覆盖剂，起吊上连铸或精炼。出钢过程钢包采用双 氩气孔底吹氩气搅拌，确保钢包内钢水温度、成分均匀。经氩站取样测温后钢包进入精 炼站。精炼过程对钢水成分、温度进行微调，保证连铸平台钢水温度稳定性和连浇炉次12。。。。。。。本科生生产实习报告间成分的相对稳定。精炼过程选择性地进行喂丝处理。精炼工根据钢水情况和连铸机节 奏对钢水进行进一步净化和成分微调，全程氩气搅拌。2.4.4 连铸过程 连铸主要设备由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和铸坯导向装 置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等部分组成。图 2.9 连铸机设备钢包的容量应与炼钢炉的最大出钢量相匹配。钢包通过滑动水口开启、关闭来调节 注流的流量。中间包是位于钢包与结晶器之间用于钢液浇注的装置，起着减压、稳流、 去渣、贮钢、分流及中间包冶金等重要作用。中间包用塞头与水口相 配合来控制注 流，并且采用浸入式水口加保护渣的保护浇铸。浸入式水口的形状和尺寸直接影响结晶 器内钢液流动的状况。结晶器是连铸机非常重要的部件，钢液在结晶器内冷却初步凝固 成一定坯壳厚度的铸坯外形，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。二冷区出来 的钢坯经过拉坯矫直机，拉矫机主要功能是拉坯和矫直钢坯（连铸为弧形），拉矫机出 来的钢坯到达火焰切割机，火焰切割机根据设定的定尺进行切割，然后经过输出辊道将 切割好的铸坯送到冷床。13。。。。。。。本科生生产实习报告2.5 轧钢工艺流程介绍 2.5.1 型钢工艺流程 连铸坯检验合格由热送辊道按炉号直接入炉，冷坯由冷上料台架按炉号入炉。连铸 坯根据钢种不同，加热到 1200℃左右出炉，经高压水除鳞后送往开坯机进行轧制；轧 制延迟时，已出炉的连铸坯剔除并描号，以便适时回炉。轧件经开坯机往复轧制 5～9 道次，由飞剪切头后送往精轧机组。精轧机组对轧件进行连续轧制，根据轧制品种的不 同，机组采用不同的组合方式。小规格成品长度超出冷床宽度，由曲柄飞剪将来料分段 进入精轧。下冷床的轧件温度应低于 100℃，自然冷却温度过高由冷床喷雾强制冷却， 冷却后的轧件由辊道送至矫直机进行矫直。矫直后的轧件送往编组台架，按照规格不同 和锯切的要求进行分组，通常每 3～6 支为一组，由链式移送装置送至定尺区辊道。由 冷锯进行定尺锯切，定尺范围为 6～18 米。合格的定尺产品送到双磁头码垛机按要求进 行码垛，非定尺产品送往改尺台架，利用带锯进行改尺。码垛后的产品打捆包装和压 牌，按要求标识后入库、发货。混合煤气 热钢坯 冷锯 码垛台 加热炉 矫直机 打捆机 高压水除鳞 冷床 称重/收集 开坯机 分段剪/锯 成品库 切头剪 连轧机组图 2.10 型钢工艺流程2.5.2 带钢工艺流程 日钢带钢生产主要有 1580 带钢线和 2150 带钢线，两者的流程基本相同。连铸板坯 由推钢机推入加热炉内，加热到规定温度后，用出钢机将板坯依次托出，放到出炉辊道 上输送到高压水除鳞箱清除板坯表面氧化铁皮，然后送往粗轧机。粗轧后的合格中间坯 再由辊道送往热卷箱，卷成中间坯卷，在托卷辊处经开卷臂进行开卷，将带钢头部引出 后经托卷辊和夹送辊到切头飞剪，经过精除鳞后进入精轧机组进行轧制。然后由输出辊 道送入带钢层流冷却装置进行冷却，层流冷却后的带钢经卷取机进行卷取，用小车从卷 取机中取出钢卷并运输到打捆站并打捆，然后入库。14。。。。。。。本科生生产实习报告连铸板坯 鼓风机加热炉加热高压水除鳞粗轧机组高压水除鳞切头飞剪热卷箱精轧机组 产品入库带钢冷却装置 称重、标记、检查地下卷曲机 打捆(周向自动)图 2.11 1580 带钢工艺流程热装板坯 板坯称重 冷装板坯 中间坯 直通 加热 粗轧除鳞箱 R1 R2 中间坯卷取 飞剪 精轧除鳞箱精轧层流冷却成品卷取打捆成品称重标识 抽样检查入库发运图 2.12 2150 带钢工艺流程3 自动控制设备在生产中的应用3.1 以烧结自动控制系统为例介绍 PLC 和组态软件应用 日照钢铁有限公司烧结厂 6*180 m2 与 2*360 m2 烧结机自动控制系统为满足烧结机 工艺传动系统的特殊性，及实现烧结机传动控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定 性。选择 SIMATIC S7-400 和工控组态软件 WinCC，利用 PROFIBUS 协议通信格式实现 PLC 与上位机的通信功能，组成该机的控制系统。日照钢铁烧结厂 6*180 m2 及 2*360m2 烧结机自动控制系统分别是一条各自独立完 整的烧结生产线，控制画面系统由原料准备系统、配料系统、混料系统、烧结系统、成 品处理系统、抽风系统和除尘系统组成。从原料接收到自动配料，然后经过一次混合 机，二次混合机使各种料批充分混合均匀并形成工艺要求的混合物输送到烧结矿槽，由15。。。。。。。本科生生产实习报告圆辊控制矿槽下料经烧结机煅烧形成烧结矿，再将成型的烧结矿由单棍机破碎成颗粒， 经环冷机充分冷却后，再经一次、二次和三次筛分后形成成品料输给炼铁系统。整个生产过程自动化控制系统按照烧结生产工艺流程分 3 个控制站：即烧结控制 站、配料控制站、机尾控制站；中控室设置工程师站和操作员站。系统由 3 套 S7-400 控制器组成，系统配置的主干网络为千兆冗余光纤环网，采用客户端／服务器架构，其 中服务器采用冗余配置，兼具操作员站的功能，便与程序和组态修改，维护方便。设备 层网络结构图如下：图 3.1 设备层网络中央控制室另设 5 操作员站，供主控工实际生产操作及数据监控。整个控制系统采 用两层网络：第一层网络实现基础自动化；第二层网络实现监控，上位机通过工业千兆 以太网与各控制器连接，实现数据交换，即将生产过程的设定值及电气设备的起停信号 传至各控制器，同时将各设备的状态和工艺、电气参数及故障信号传至上位机显示，从 而实现上位机及各控制器之间的无缝连接。监控站设置在烧结室旁的主控楼内，对全厂 烧结、制粒、环冷、筛分、成品运输进行监控。并对全厂车间的生产数据进行采集、储 存、记录和打印。主控室实现数据收集，并可完成料温水份曲线的自动生成，注重完善 报表自动打印系统和自动取样系统。16。。。。。。。本科生生产实习报告3.2 变频器在生产中的应用 由于变频器在工业生产中大量应用，以下以表格的形式进行了：表 3.1 交流变频装置在钢铁工业主要工序的典型应用工序名称 烧结 炼 球团 铁 高炉 铁水预处理 炼 钢 转炉 炉外精炼 连续铸钢 热轧板带 中厚板 轧 钢 线棒 应用 一二次混料机，主抽风机，余热回收风机，圆盘给料机，圆辊给料机，烧结机台车，板式 o料机，冷却机等 球磨机，圆盘给料机，造球机，竖炉的助燃风机、布料小车等，带式焙烧机各冷却风机、 循环风机、主抽风机、台车等， 链篦机-回转窑的窑旋转、冷却风机、回热风机、废气风 机等 无料钟炉顶旋转布料器倾角，斜桥上料高炉的卷扬机，除尘风机，铸铁机，电动鼓风机* 等 喷枪 转炉倾动，氧枪，副枪，振动给料机，除尘风机，煤气回收抽风机等 各种精炼装置的钢包车，喂丝机喂线，RH、VOD 炉等顶枪升降，LF 炉电极升降等 钢包回转台，引锭小车、链式输送机，引锭卷扬，结晶器振动，结晶器调宽，夹送辊驱 动，拉矫机，火焰切割车等 主传动（粗轧机、立辊、精轧机、热卷箱、卷取机），辅传动（辊道、飞剪等）等 主传动（粗轧机、立辊、精轧机），辅传动（辊道、飞剪等）、矫直机、横切、纵切、探 伤机组等 主传动（粗轧机、中轧机、预精轧机、精轧机），辅传动（推钢机、拉钢机、飞剪、夹送 辊、吐丝机、辊道、冷床、集卷站升降等） 粗轧机、精轧机（含水平轧机和立式轧机）的主辅传动，辊道、矫直机、热锯、冷锯、冷 床等传动 风机、水泵等H 型钢 公共4 典型对象控制系统设计4.1 系统介绍 电液位置伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成反馈控制系统。它 综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处 理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点，在钢铁生产中广泛应用于机床工作台的位置 控制、板带轧机的板厚控制、电炉冶炼的电极位置控制等。下图是一个典型的电液位置17。。。。。。。本科生生产实习报告伺服控制系统。图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。反馈电位器滑臂与控制对 象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。反馈电位器与指令电位器 滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺 服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。当偏差 为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。图 4.1 电液位置伺服系统4.2 理论基础 PID 是一种线性控制器，它根据给定值 r(t)与实际输出值 c(t)构成控制方案PID 的控制规律为:e(t ) ? r (t ) ? c(t )? 1 t de(t ) ? u (t ) ? k p ? e(t ) ? ? e(t )dt ? TD ? T1 0 dt ? ? ? ? U ( s) 1 G( s) ? ? k p ?1 ? ? TD s ? E (s) ? T1s ?式中u (t ) ―调节器的输出；e (t ) DPID 调节器的控制偏差；k p ―比例系数；TI ―积分时间常数；18。。。。。。。本科生生产实习报告TD ―微分时间常数。Kp 比例：R( s)E ( s)积分：-KI sU (s)G0 ( s ) 被控对象：C (s)KDs 微分：图图 4.2 PID 结构框图PID 控制器各校正环节的作用如下比例环节成比例地反映控制系统的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，控制器立即 产生控制作用以减小偏差。比例环节能即时成比例地反映控制系统的偏差信号 e (t)， 偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。在系统稳定的情况下，增大比 例系数 KP ，可以减小稳态误差 ess ，提高控制精度，但不能完全消除稳态误差，但同时 使得系统调节速度加快，振荡次数加多。当比例系数 KP 太大时，会使调节过程出现较 大的超调量，从而降低系统的稳定性，在某些严重的情况下，甚至可能造成系统不稳 定。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时 间常数 T,T 越大，积分作用越弱，反之则越强。积分环节主要用于消除静差，提高系统 的无差度，以保证实现对设定值的无静差跟踪。从原理上看，只要控制系统存在动态误 差，积分调节就产生作用，直至无差，积分作用就停止，此时积分调节输出为一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数 TI 大小，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。积分作用的引入会使系统稳定性下降，动态响应变慢。实际中，积分作用常与另外两种 调节规律结合，组成 PI 控制器或者 PID 控制器。微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引 入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间微分作用的引19。。。。。。。本科生生产实习报告入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化 律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。直观而言，微分作用能在偏差 还没有形成之前，就己经消除偏差。微分作用的强弱取决于微分时间 DT 的大小，DT 越 大，微分作用越强，反之则越弱。在微分作用合适的情况下，系统的超调量和调节时间 可以被有效的减小。从滤波器的角度看，微分作用相当于一个高通滤波器，因此它对噪 声干扰有放大作用，而这是我们在设计控制系统时不希望看到的。所以我们对 DT 的调 整必须掌握好“分寸”，不能过强地增加微分调节，否则会对控制系统抗干扰产生不利 的影响。4.3 电液位置伺服控制系统模型建立图 4.3 电液位置伺服系统框图工作台由液压马达经减速器和滚珠丝杠驱动。根据力矩平衡方程，减速器输入轴力 矩 TL 为：TL ? FL t 2? i式中t 为丝杠导程，单位为 m / r ； i 为减速器传动比， i ? 齿轮减速器输入轴、输出轴角位移，单位为 rad 。由运动传递原理知，液压马达最大转速 nmax 为：?m ，?m 、? m ' 分别为 ?m 'nmax ?ivmax t20。。。。。。。本科生生产实习报告式中vmax 为工作台的最大运动速度，单位为 m / s 。由液压马达输出力矩表达式可知，液压马达所需排量 Qm 为：Qm ? 2? Dm ?2? TL pL式中pL 为液压马达负载压力，单位为 MPa ，一般取 p L ? 力，单位为 MPa ； Dm 为液压马达弧度排量，单位为 m3 / rad 。2 ps 3， ps 为液压系统压已知i ? 2 ， t ? 1.2 ?10?2 m / r ， ps ? 63?105 Pa 。由上述各式计算得：Dm ? 0.8 ?10?6 m3 / rad所以，液压马达负载流量 qL 为：qL ? Qmnmax伺服阀压降 pV 为：pV ? ps ? pL max考虑泄漏等影响， qL 增大15% qL ? 4.6 L / min 。根据 qL 和 pV ，查手册得额定流 量，选择液控型变量柱塞泵和电液伺服阀。放大器增益 K a 为：Ka ? I Ue式中I 为输出电流，单位为 A ；U e 为输入电压，单位为 V 。放大器增益为Ka ? 0.25 A/ V 。电液伺服阀的传递函数由样本查得为：q0 I ? K sv s2 2600?2 ? 0.5 600s ?1式中q 0 为伺服阀流量； K sv 为伺服阀的流量增益。21。。。。。。。本科生生产实习报告经计算，额定流量 pn ? 8L / min 的阀在供油压力 ps ? 63 ?105 Pa 时，空载流量q0 m ? 1.27 ?10 m / s ，所以阀的额定流量增益 K sv ?3 ?4q0 m In? 4216 ? 10 m / ( s ? A) 。则伺服阀的3?6传递函数为：q0 I ? 4216 ? 10 ?6 s2 6002?2 ? 0.5 600s ?1因为负载特性没有弹性负载，因此液压马达和负载的传递函数为：1 ?m Dm ? 2 2? s q0 s ( 2 ? h s ? 1)?h?h式中?h 为液压固有频率，单位为 Hz ； ? h 为液压阻尼比。? h ?4 ? c Dm 2 Vt J t式中?c 为系统的有效体积弹性模数，单位为 MPa ；Vt 为液压马达的容积， m3 ； J t 为工作台质量 折算到液压马达轴的转动惯量， J t ?mt t 2 4? i2 2，单位为 K g ? m2 。考虑齿轮、丝杠和液压马达的惯量取 Jt ? 1.12 ?10?3 kg ? m2 ，并取液压马达的容积Vt ? 10 ?10?6 m3 ， 则液压固有频率为：?h ? 388rad / s?h ?Kc0 Dm?c JtVt假定阻尼比仅由阀的流量－压力系数产生。零位流量－压力系数 K c 0 近似计算为：??rc 2 Kc 0 ? ? ps 32?qc取 ? ? 2.51?10?2 m 、 rc ? 5 ?10?6 m 、 ? ? 1.8 ?10?2 Pa ，得：Kc 0 ? 3.42 ?10?12 m3 / (s ? Pa) 。22。。。。。。。本科生生产实习报告则，液压阻尼比为?h ? 1.24 将 Dm 、 ?h 、 ?h 值代入得：?mq0 ? s( 1.25 ? 10 s2 2 6388?2 ? 1.24 388s ? 1)减速齿轮与丝杠的传递函数为：Ks ? xp?m?t 2? i则Ks ? 9.56 ?10 ?4 / rad 位移传感器和放大器的动态特性可以忽略，其传递函数可以用它们的增益表示。传 感器增益为：Uf xpKf ?式中U f 为反馈电压信号； xp 为工作台位移，单位为 mm 。传感器增益为K f ? 100V / m 。输入 u r 放大器增益 0.25 电液伺服阀4216 ? 10 ?6 2 s 2 ? 0.5 ? s ?1 600 2 600液压马达1.25 ? 10 6 2 s 2 ? 1.24 s( 2 ? s ? 1) 388 388减速齿轮与 丝杠9.56 ? 10 ?4输出 x p位移传感器 和放大器 100图 4.4 伺服系统传递函数4.4 PID 控制器设计与分析 4.4.1 对电液位置伺服系统的分析 由以上分析得到该系统的开环传递函数为：23。。。。。。。本科生生产实习报告GK ( s ) ?0.25 ? 4216 ? 10 ?6 ? 1.25 ? 106 ? 9.56 ? 10 ?4 ? 100 ( s2 6002?2 ? 0.5 600s ? 1)(s2 3882?2 ? 1.24 388s ? 1) s化简后得：GK ( s) ? 6.83 ?1012 ( s 2 ? 250.91s ? 150544)( s 2 ? 2301.03s ? 360000) s系统的传递函数如图 4.4 所示。用 matlab 画出其根轨迹,程序如下Gk=tf(1,conv(conv([1,250.91,150544],[1,000]),[1,0])); rlocus(Gk); title('电液位置伺服系统的根轨迹'); 根轨迹如下：电液位置伺服系统的根轨迹00 1000Imaginary Axis500 0 -500 - -00-10000 Real Axis图 4.5 根轨迹由根轨迹看出，当开环增益 kg ? 1.65 ?1013 时系统是不稳定的。而该系统的开环增 益为 6.83 ?1012 ，所以在未加 PID 控制器之前该系统是稳定的。又由该系统的开环传 递函数知该系统为 ? 型系统，对于阶跃输入信号稳态误差为 0.24。。。。。。。本科生生产实习报告图 4.6 典型输入稳态误差用 simulink 作出系统的仿真框图，如下：图 4.7 系统 simulink 仿真框图用 simulink 得到系统在未加 PID 控制器时的响应曲线，可以看出原系统的稳态误差 为零，超调量比较大。：图 4.8 无 PID 控制器时的响应曲线4.4.2 PID 控制器调节 1、P 控制器调节：25。。。。。。。本科生生产实习报告KP=0.1 时：KP=0.7 时：KP=0.9 时：KP=2 时：图 4.9 P 控制器时的响应曲线从以上图中可以看出,随着 KP 值增大,系统响应速度也加快,系统的超调也随着增加, 调节时间也随着增大。当 KP 增大到一定值后,闭环系统将趋于不稳定。要满足系统稳定 性的要求,单纯的比例控制对系统的调节是有限的。如果要满足系统对稳定、快速的要 求还要有积分和微分环节。2、PI 控制器调节 KP=0.7，KI=0.5 时KP=0.7，KI=6 时：图 4.10 PI 控制器时的响应曲线26。。。。。。。本科生生产实习报告当在比例控制的基础上增加积分项之后即为 PI 控制器。PI 控制器可以使系统在进 入稳态后无稳态误差，但由于该系统本身准确性较好，加入积分环节后效果不太明显。从上图中还可以看出,随着积分系数的增加,积分控制作用增强,闭环系统的稳定性变 差。3、PID 控制器调节 KP=0.7，KI=0.5，KD=0.01 时图 4.11 PID 控制器时的响应曲线当在比例积分控制的基础上增加微分项之后即为 PID 控制器。微分项反映偏差信号 的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号， 从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分项能改善控制系统的响应速度和稳定 性。当电液伺服系统参数变化较大时,从综合性能及可调整参数考虑,采用 PID 控制器相 对有更大的调整空间来获得更好的控制性能。4.4.3 PID 控制器参数整定 1、临界比例度法 Ziegler 和 Nichols 提出的临界比例度法是一种非常著名的工程整定方法。通过实验 由经验公式得到控制器的近似最优整定参数,用来确定被控对象的动态特性的两个参数临界增益 Km 和临界振荡周期 Tm.适用于已知对象传递函数的场合,在闭合的控制系统里, 将控制器置于纯比例作用下,从大到小逐渐改变控制器的比例增益 KP ,得到等幅振荡的 过渡过程。此时的比例增益 KP 被称为临界增益 Km ,相邻两个波峰间的时间间隔为临界 振荡周期 Tm。27。。。。。。。本科生生产实习报告用临界比例度法整定 PID 参数的步骤如下1)将控制器的积分时间常数 Ti 置于无穷,微分时间常数 Td 置零,比例系数 KP 置适当的 值。2) 将比例增益 KP 逐渐减小,直至得到等幅振荡过程,记下此时的临界增益、临界振 荡周期。3) 按照表中的经验公式,计算出控制器各个参数. 4) 按照“先 P 后 I 最后 D”的操作程序将控制器整定参数调到计算值上。若还不 够满意,则可再进一步调整。图 4.12 等幅振荡时的曲线此时，Km=2.1805，Tm=0.027.由下表即可求得 KP=1.3083，KI=96.9，KD=0.0044。图 4.13 临界比例度法控制规律28。。。。。。。本科生生产实习报告按照控制规律得到的响应曲线如下：图 4.14 临界比例度法响应曲线以上响应曲线可以看出,仅仅根据经验公式进行 PID 参数整定是远远不够的,它只能 给我们提供一个大致的参考量,并不一定是最佳的。因此有时还需要二次整定 PID 控制 器的参数。PID 参数二次整定的方法是(1)在通常情况下,增大比例系数 KP 可以显著加快系统的响应速度,有助于提高系统 的快速性和减少系统稳态误差。但过大的比例系数会产生较大的超调量,有可能引起振 荡使系统的稳定性变差。(2)减小积分系数 KI 将减小积分作用,有助于减少超调量改善系统稳定性,但同时消 除系统稳态误差的速度变慢。(3)增加微分时间常数 Td 有利于加快系统的响应速度,提高系统的快速性,同时超调 量减少,增强系统的稳定性,但对干扰的抑制能力会减弱。(4)根据对系统的性能要求,有针对性的对 PID 参数整定,整定时按照先比例(P)、再 积分(I)、后微分(D)的步骤进行。由于调整某个参数时会加强系统的某一方面的性能, 同时可能会对系统的另一方面性能带来不利的影响,因此在控制器参数整定时要综合考 虑参数改变给系统的稳定性,快速性,准确性三个方面带来的影响,努力找到系统各项参 数和性能之间的最佳平衡点,以取得令人满意的控制效果。29。。。。。。。本科生生产实习报告按照上述方法对 PID 参数进行二次整定，得到比较符合该系统的响应曲线。此时的 KP=0.90，KI=0.0175，KD=0.0034。这时的动态性能,像超调量几乎为零，调节时间比较 短；稳定性很好，并且无稳态误差。图 4.15 二次调整后的响应曲线临界比例度 PID 参数整定方法在一定程度上避免了在试凑参数时的盲目性,有很强 的针对性。因此,采用这种方法可以比较快速而有效的找到最理想的 PID 参数,是一种行 之有效的整定方法。临界比例度法不需要被控对象的模型，可以在闭环控制系统中进行鉴定，这是它的 优点，但是由于含有等幅振荡现象，执行机构易处于非正常工作状态，会对系统有冲 击。2、微分先行 PID 整定法 微分先行 PID 控制的特点是只对输出量进行微分，而对给定值不进行微分。这样， 在改变给定值时，输出不会改变，而被控量的变化通常是比较缓和的。这种输出量先行 微分控制适用于给定值频繁升降的场合，可以避免给定值升降时引起系统振荡，从而明 显地改善了系统的动态特性。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度 快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。在给定值频繁 升降的情况下，采用微分先行的 PID 控制方法，可以改善系统的性能。Simulink 仿 真图如下图：30。。。。。。。本科生生产实习报告图 4.16 基于微分先行的 PID simulink 仿真框图调整 PID 控制器的三个参数，令 KI=0.09，KP=0.35，KD=0.001，得到响应曲线如 下，由该响应曲线看出，系统的动态性能比较好，超调量基本为零，无稳态误差，调节 时间比较短。图 4.17 基于微分先行的 PID 响应曲线5 实习体会与感想将近半个月的日钢实习，使我有很多的收获，开拓了视野，增长了知识。并且以具 体实践向我们证明了课本知识的正确性以及学好基础知识的必要性。也十分感谢带队老 师们的幸苦安排与指导，还有日照钢铁公司给我们这次十分宝贵的参观交流的机会。没 有真正亲临现场，真的很难理解清楚课本上的那些控制过程，而当我们通过师傅们的讲 解以及现场参观后，对钢铁生产过程有了新的更高层次的认识。第一周的讲座虽然不如现场参观那样给人惊心动魄的深刻感受，但也让我们从宏观 上了解了日钢的基本组成，像长材制造部、板材制造部、炼铁制造部、能源动力部、循31。。。。。。。本科生生产实习报告环经济部等。我还了解到了烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等过程的原料设备以及产品 是什么，还有各个部分的先后关系、工艺流程等，为现场参观提供了知识储备。当然， 让我印象深刻的还有安全知识的介绍，师傅介绍了很多我们以前不知道的安全知识，我 觉得很有用也很有必要，是保证现场参观安全性的基础。第二周的现场参观可以说让人 一生难忘。烧结厂，转炉炼钢，精炼炉，轧钢，连铸机，能源动力厂等等，我们基本上 都参观过。工业上所选的 PLC 大部分都是西门子公司的，监控软件也是控制过程必不可 少的部分。虽然重工业企业不可避免会有一些危险因素存在，但感觉日钢在各种生产过 程中安全措施都还做得不错。这次实习是一次难忘的经历，我们从其中学习到了很多知识，也看到了我们专业所 学知识在实际生产中的应用。工业控制可以说是整个生产过程的核心，发挥着无限重要 的作用。总之，十分感谢为我们提供的这次机会，感谢老师们的辛勤付出，我们会 加倍努力学习，将来在自己的工作岗位上实现自己的价值。32。。。。。。。本科生生产实习报告参考文献[1]胡寿松.自动控制原理简明教程（第二版）[M].北京：科学出版社，2009. [2] 宋志安. 基于 MATLAB 的液压伺服控制系统分析与设计[M]. 北京：国防工业出版 社，2007. [3] 王正林,王胜开,陈国顺编著.MATLAB/Simulink 与控制系统仿真[M]. 电子工业出版 社, 2005. [4] 刘文仲.建立带钢热连轧计算机控制系统应考虑的问题[J]. 金属世界. 2004(03) [5] 张寿荣,银汉.中国高炉炼铁的现状和存在的问题[J]. 钢铁. 2007(09). [6] 薛蒲昌,吴晓君.基于 PID 的数控机床工作台电液位置伺服系统分析[J].机械制造与自 动化.2009(06). [7] 彭良贵,刘相华,王国栋. 热轧带钢层流冷却的控制策略及其应用[J]. 钢铁研究学报.
【钢铁厂生产实习报告】北京科技大学本科生生产实习报告北 京 科 技 大 学 本科生生产实习报告实习场所学院专业姓名学号指导教师自动化 王子2012 年 7 月-I-北京科技大学本科生生产实习报告目录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- II -北京科技大学本科生生产实习报告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 ............................................................................................................. 37-III-北京科技大学本科生生产实习报告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。-1-北京科技大学本科生生产实习报告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-北京科技大学本科生生产实习报告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。-3-北京科技大学本科生生产实习报告捣固焦炉简介: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-4-北京科技大学本科生生产实习报告机车；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-5-北京科技大学本科生生产实习报告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。-6-北京科技大学本科生生产实习报告图 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-7-北京科技大学本科生生产实习报告图 6 设备网结构图-8-北京科技大学本科生生产实习报告图 7 控制网-9-北京科技大学本科生生产实习报告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。-10-北京科技大学本科生生产实习报告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、生铁质量和品种都有极重要的影响。-11-北京科技大学本科生生产实习报告炉底：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-12-北京科技大学本科生生产实习报告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：-13-北京科技大学本科生生产实习报告图 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-14-北京科技大学本科生生产实习报告退落，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。-15-北京科技大学本科生生产实习报告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。-16-北京科技大学本科生生产实习报告图 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-17-北京科技大学本科生生产实习报告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-18-北京科技大学本科生生产实习报告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-19-北京科技大学本科生生产实习报告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。-20-北京科技大学本科生生产实习报告(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