轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術研究

代平++邵明海

[摘 要]隨著科技水平的不斷提高，自動化控制技術在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了積極的助推應用，而在煉鋼行業(yè)，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術也得到了廣泛的應用，不僅節(jié)省了人力物力，而且使煉鋼更高效、精度控制更準確，明顯提高了煉鋼質(zhì)量，本文就轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制優(yōu)勢及其關鍵技術進行了詳細的分析。

[關鍵詞]轉(zhuǎn)爐煉鋼 ；自動化控制技術 ； 研究

中圖分類號：TF345 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0059-01

由于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)境惡劣、過程復雜，并且工作期間難以精確地進行連續(xù)不斷的測量，因而采用常規(guī)過程控制的方法對其進行控制難度大，而僅憑人工經(jīng)驗控制煉鋼終點又難以保證鋼材產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、操作穩(wěn)定和低能耗，這與當前鋼鐵市場低成本高質(zhì)量的要求相距甚遠，而若想提高產(chǎn)品市場競爭力，就必須提高煉鋼科技化水平，必須對煉鋼生產(chǎn)進行精準的自動化控制，只有這樣才能提高煉鋼生產(chǎn)效率和鋼鐵成品質(zhì)量。

1.轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術綜述

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術在計算機信息網(wǎng)絡技術、工業(yè)控制技術為基礎發(fā)展起來的一種技術，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，依靠鐵水的熱量以及廢鋼、鐵合金在高溫下發(fā)生化學反應產(chǎn)生的熱量相結(jié)合，在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼的過程，而轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術則是根據(jù)鋼種以及鐵水的重量和溫度，在轉(zhuǎn)爐兌鐵前，由二級計算機分析出整個過程的氧槍吹煉高度、熔劑加入量、吹氧量、底吹量等靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時在吹煉后期檢測鋼水成分和溫度等參數(shù)，再通過二級計算機系統(tǒng)分析出動態(tài)模型調(diào)整數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)煉鋼的自動化控制，保證達到最終目標，這項技術主要包含計算機、自動控制、數(shù)學模型、冶鐵機理、人工智能等多種技術，其系統(tǒng)相對較為復雜，由于轉(zhuǎn)爐煉鋼多元、高溫下的特殊工藝包含著很多難以確定的影響因子，使連續(xù)準確的在線檢測過程中的各種參數(shù)很難實現(xiàn)，因此自動化技術多采用數(shù)學模型，通過對模型的控制，實現(xiàn)自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼。

2.轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制的優(yōu)勢

常見的自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)主要是二級計算機控制系統(tǒng)，即一級基礎性自動控制模塊和二級過程性自動控制模塊，其中一級基礎性自動控制模塊主要包括氧槍自動控制系統(tǒng)、底吹控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐自動化儀表系統(tǒng)、副槍自動控制系統(tǒng)、除塵自動控制系統(tǒng)等；二級過程性自動控制模塊主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、補吹校正計算系統(tǒng)、報表打印系統(tǒng)等。這種轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)可以將過程中的參數(shù)集中顯示和管理，并能提供可視性很強的界面，顯示包括工藝流程模擬、趨勢曲線等情況，能夠在簡化工作的同時，讓人對工藝以及設備的運行狀態(tài)有更加直觀的了解。

通過實踐應用總結(jié)得出，應用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術有著明顯的技術優(yōu)勢，其顯現(xiàn)出來的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在，一是能使國內(nèi)平均的轉(zhuǎn)爐后吹率降低50%左右，同時可使轉(zhuǎn)爐終點溫度和碳的命中率從60%提高至90%；二是明顯縮短了冶煉周期，提高了煉鋼效率；三是能使噴濺率、石灰的消耗率分別降低30%和3kg/t，從而提高了鐵的得率約0.5%左右；四是減少對于煉鋼工經(jīng)驗的依賴，有利于標準化、規(guī)范化管理水平的提高，明顯降低能耗，增加經(jīng)濟效益顯著。

3.轉(zhuǎn)爐煉鋼過程自動化控制功能及關鍵技術分析

3.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能

1）實現(xiàn)廢鋼、鐵水質(zhì)量的稱量控制

由轉(zhuǎn)爐煉鋼工作環(huán)境惡劣，廢鋼、鐵水的稱重必須由天車主鉤吊裝廢鋼料槽和鐵水爐缸進行裝料，裝料過程主要通過多個壓式重量傳感器讀出廢鋼或者鐵水的重量，并由補償接線盒顯示重量數(shù)據(jù)，并及時進行記錄。

2）對電氣控制的指示控制

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中考慮到有些電氣操作是應急處理操作，關系到自動化系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此電氣控制指示必須獨立構(gòu)成。自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼共有六個散裝料料倉，在散料質(zhì)量測量中，主要通過料倉四角處的壓式稱重傳感器通過監(jiān)測畫面在儀表器中顯示。

3）轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)對儀表監(jiān)視的控制

計算機的監(jiān)測畫面是儀表部分的網(wǎng)絡服務器，通過適配器從儀表中讀取監(jiān)測廢鋼、鐵水等原料的使用數(shù)據(jù)；同時，監(jiān)測畫面還能實時的顯示氧氣、氮氣以及冷卻水的壓力和流量，給操作人員提供有利的數(shù)據(jù)，供其對氮氣、氧氣、冷卻水進行調(diào)整，同時對鋼水溫度的監(jiān)控中，采用熱電偶探頭深入轉(zhuǎn)爐內(nèi)取出鋼水的溫度，并利用監(jiān)控系統(tǒng)從儀表器中顯示。

3.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)關鍵技術

3.2.1轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術

轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術主要分為廢氣分析檢測技術和副槍監(jiān)測技術兩部分。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，它們主要通過檢測儀表對熔鋼溫度、液面高度、熔鋼成分等參數(shù)的記錄，并進行及時分析，為煉鋼過程中的溫度控制、添加原料等提供有利的數(shù)據(jù)支持，這其中檢測儀表是自動化煉鋼檢測技術的前提，只有對儀表進行科學合理的設置檢查，才能及時準確的獲得諸如熔鋼溫度、液面高度等控制過程所需要各類參數(shù)，以此為基礎，我們的自動化控制才能得到有效的實施。

1）廢氣分析檢測技術。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術在煉鋼過程中主要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等廢氣，傳統(tǒng)的方法是爐氣定碳法，它是通過廢棄成分來反映爐內(nèi)的指標參數(shù)，但是這種方法受制于各方面的原因，其準確性相對較低，誤差較大，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在的需求。

2）副槍檢測技術。該技術是通過一定的副槍設備來實現(xiàn)檢測的目的，目前在我國鞍鋼，寶鋼等大型鋼鐵公司都采用了此項技術，而且獲得了很好的實際效果。

轉(zhuǎn)爐煉鋼廢氣檢測主要使用爐氣定碳法和副槍技術相結(jié)合，以副槍測定為主，結(jié)合廢氣分析計算脫碳速度，通過煉鋼過程中排除的廢氣成分和流量，為計算轉(zhuǎn)爐內(nèi)瞬時鋼液殘留碳的含量提供信息，從而確定轉(zhuǎn)爐中的含碳量，此法不僅使轉(zhuǎn)爐內(nèi)含碳量的測量精度大大提高，而且為自動化檢測技術提供了有利的數(shù)據(jù)，避免了傳統(tǒng)人工工作模式，提高了工作效率和鋼產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2.2轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術主要包括控制技術、人工智能技術以及對煉鋼模型的研究，主要是指轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中以計算機技術為媒介對檢測技術所顯示煉鋼生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)爐內(nèi)原料不足、廢氣過多、溫度不準等原因進行自動化調(diào)整。

1）控制技術?？刂葡到y(tǒng)的主要功能是估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度，一般為動態(tài)控制模型和反饋計算模型兩個模塊，動態(tài)控制模型能夠分析出需要的氧氣量和冷卻劑齡，并根據(jù)過程中檢測的各項數(shù)據(jù)，估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度；反饋計算模型能分析出動態(tài)控制模型中的估算誤差，并實施適度的調(diào)整。

2）數(shù)學模型。轉(zhuǎn)爐煉鋼的動靜態(tài)控制都是以數(shù)學模型為基礎的，例如現(xiàn)在比較常見的動態(tài)控制是在化學平衡和熱平衡的基礎上發(fā)展而來的，通過建立靜態(tài)的數(shù)學模型，計算得到起始的氧流量、氧槍高度等參數(shù)，再于吹煉操作中，利用副槍檢測的信息來調(diào)整控制參數(shù)，最終實現(xiàn)自動化的過程控制。

3）人工智能技術。人工智能技術是基于計算機科學技術通過模擬、延伸和擴展人的智能方法發(fā)展起來的一項技術，其主要是針對煉鋼過程中一些需要人為處理的工作，通過計算機科學技術模擬進行操作，從而減少勞動力，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，進而實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)智能化的進程。

4.結(jié)束語

隨著自動化控制技術在煉鋼行業(yè)的不斷發(fā)展與應用，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化水平得到了進一步提高，因為為了實現(xiàn)煉鋼“高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保”，應大力發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術。

參考文獻

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