轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)研究

焦鵬飛

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，自動化控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了積極的助推應(yīng)用，而在煉鋼行業(yè)，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)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(zhǔn)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(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動化；控制技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.028

1 引言

近年來，國際鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅生產(chǎn)的鋼材質(zhì)量高，而且在煉鋼過程中能源消耗低，這對我國鋼鐵企業(yè)造成了巨大壓力，使我國鋼材行業(yè)在國際鋼材市場間的競爭中很難有一席立足之地。因此，我國鋼鐵企業(yè)必須盡快加強(qiáng)煉鋼技術(shù)的改造，通過自動化控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用，提高鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力和鋼材質(zhì)量，確保我國鋼鐵企業(yè)在國際鋼鐵行業(yè)中的有利競爭地位。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)在計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種技術(shù)，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(xué)反應(yīng)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(shù)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(jì)算機(jī)分析出整個(gè)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(shí)在吹煉后期檢測鋼水成分和溫度等參數(shù)，再通過二級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析出動態(tài)模型調(diào)整數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)煉鋼的自動化控制，保證達(dá)到最終目標(biāo)。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的重要意義

我國轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的目標(biāo)是：在提高鋼鐵的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的前提下，最大限度的降低成本、節(jié)約能源、科學(xué)環(huán)保，使我國鋼鐵市場在國際鋼鐵市場競爭中利于不敗之地。在自動化控制技術(shù)的前提下提高煉鋼的終點(diǎn)命中率、改善鋼水質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高能源利用率，從而提高鋼鐵的生產(chǎn)效率和鋼材質(zhì)量。

自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)采用動態(tài)控制轉(zhuǎn)爐氣體連續(xù)分析系統(tǒng)和副槍測溫系統(tǒng)相互結(jié)合，增加了轉(zhuǎn)爐氣體和溫度達(dá)到終點(diǎn)的幾率，從而大幅度的提高終點(diǎn)控制命中效率。為了提高鋼水質(zhì)量，在氣體補(bǔ)吹過程中應(yīng)盡量減少氧氣含量，避免鋼水氧化，提高鋼的純度。通過提高終點(diǎn)命中率和降低補(bǔ)吹率，從而縮短了冶煉時(shí)間，增加了鋼液溫度和成分的穩(wěn)定性，為連續(xù)鑄鋼創(chuàng)造了條件；同時(shí)，在自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的支持下，取消了一次性副槍確定氧含量及定碳頭的能源消耗，降低鋼中的含氧量，減少了爐渣中鐵合金的含量，從而提高了原料的利用率，降低了煉鋼生產(chǎn)成本。

4 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程自動化控制功能及關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能

第一，實(shí)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(jìn)行裝料，裝料過程主要通過多個(gè)壓式重量傳感器讀出廢鋼或者鐵水的重量，并由補(bǔ)償接線盒顯示重量數(shù)據(jù)，并及時(shí)進(jìn)行記錄。

第二，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(yīng)急處理操作，關(guān)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(dú)立構(gòu)成。自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼共有六個(gè)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。

第三，轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)對儀表監(jiān)視的控制。計(jì)算機(jī)的監(jiān)測畫面是儀表部分的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(shí)，監(jiān)測畫面還能實(shí)時(shí)的顯示氧氣、氮?dú)庖约袄鋮s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?dú)?、氧氣、冷卻水進(jìn)行調(diào)整。

4.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

第一，轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)主要分為廢氣分析檢測技術(shù)和副槍監(jiān)測技術(shù)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(jìn)行及時(shí)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(shù)的前提，以此為基礎(chǔ)，我們的自動化控制才能得到有效的實(shí)施。

第二，廢氣分析檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)在煉鋼過程中主要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、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(biāo)參數(shù)，但是這種方法受制于各方面的原因，其準(zhǔn)確性相對較低，誤差較大，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在的需求。

第三，轉(zhuǎn)爐煉鋼廢氣檢測主要使用爐氣定碳法和副槍技術(shù)相結(jié)合，以副槍測定為主，結(jié)合廢氣分析計(jì)算脫碳速度，通過煉鋼過程中排除的廢氣成分和流量，為計(jì)算轉(zhuǎn)爐內(nèi)瞬時(shí)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(shù)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。

4.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)

第一，控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)的主要功能是估算出吹煉終點(diǎn)的含碳量以及熔鋼溫度，一般為動態(tài)控制模型和反饋計(jì)算模型兩個(gè)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(xiàng)數(shù)據(jù)，估算出吹煉終點(diǎn)的含碳量以及熔鋼溫度；反饋計(jì)算模型能分析出動態(tài)控制模型中的估算誤差，并實(shí)施適度的調(diào)整。

第二，數(shù)學(xué)模型。轉(zhuǎn)爐煉鋼的動靜態(tài)控制都是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的，例如現(xiàn)在比較常見的動態(tài)控制是在化學(xué)平衡和熱平衡的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，通過建立靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)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(shí)現(xiàn)自動化的過程控制。

第三，人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)通過模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能方法發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，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(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)模擬進(jìn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)智能化的進(jìn)程。

5 結(jié)語

隨著自動化控制技術(shù)在煉鋼行業(yè)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化水平得到了進(jìn)一步提高，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)煉鋼“高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)?！?，應(yīng)大力發(fā)展轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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