轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)及常見(jiàn)問(wèn)題分析

宋清明

（河鋼邯鋼設(shè)計(jì)院，河北 邯鄲 056015）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展已非常成熟，早已在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)煥發(fā)出新的活力。其中，煉鋼生產(chǎn)是自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用較早，并具有代表性的方面。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧槍、轉(zhuǎn)爐本體、裝料、供氣、除塵以及余熱回收等設(shè)備環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、智能化、精確化控制，有效提高了煉鋼生產(chǎn)效率和鋼產(chǎn)品質(zhì)量，改善了工人工作環(huán)境，降低了資源消耗?？梢哉f(shuō)，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用就是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，因此，加大技術(shù)投資，加強(qiáng)對(duì)煉鋼生產(chǎn)的自動(dòng)化改造，已成為當(dāng)前鋼鐵企業(yè)全面提高技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。本文對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用及常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行了探討。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金等為生產(chǎn)原料，在借助外部熱源加熱的情況下，依靠鐵水本身高溫?zé)崮芎蛢?nèi)部組分的化學(xué)反應(yīng)熱量而在煉鋼轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成的鋼冶煉生產(chǎn)過(guò)程。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，不僅生產(chǎn)環(huán)境惡劣，受高溫?zé)彷椛浜蜔煔庥绊戄^大；而且對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)要求也非常嚴(yán)格，需要對(duì)溫度、鋼液成分、吹氧量、攪拌強(qiáng)度、熔劑加入量等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。這些變量因素對(duì)于煉鋼生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量都有很大的影響，而如何根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確合理地控制這些變量因素也是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵。在采用自動(dòng)化技術(shù)之前，轉(zhuǎn)爐煉鋼的很多工藝操作都是由人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)完成，不僅人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也難以保證。而自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用則改變了這一落后的生產(chǎn)狀況，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)各工藝參數(shù)的精確控制提供了技術(shù)保障。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，以PLC系統(tǒng)為控制核心，利用各種傳感器通過(guò)對(duì)生產(chǎn)中溫度、煙氣濃度等信息的采集，按照事先編制好的程序內(nèi)容，對(duì)各執(zhí)行單元發(fā)出相應(yīng)的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的控制和調(diào)整。其控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

1.1 數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)

數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)主要作用是對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉中氧氣消耗、冷卻劑消耗、輔料消耗等控制變量的計(jì)算。數(shù)學(xué)模型的建立主要是針對(duì)煉鋼生產(chǎn)中的各類(lèi)理化反應(yīng)和質(zhì)量守恒定律。例如根據(jù)煉鋼反應(yīng)中渣樣溫度、成分、重量與重點(diǎn)鋼液的重量之比，可以計(jì)算出鋼液中各元素含量和組分，以判斷鋼液是否符合質(zhì)量要求；逆推之，也可根據(jù)對(duì)鋼液的成分要求，通過(guò)系統(tǒng)預(yù)算出轉(zhuǎn)爐中需要加入的鐵水量個(gè)輔料量。

1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的作用是對(duì)建立的煉鋼數(shù)學(xué)模型的各種參數(shù)調(diào)整設(shè)定和計(jì)算，對(duì)PLC控制程序進(jìn)行編輯；通過(guò)各類(lèi)傳感器對(duì)溫度、壓力、時(shí)間、閥門(mén)開(kāi)度等工藝信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，以便于對(duì)轉(zhuǎn)爐運(yùn)行各種參數(shù)的監(jiān)控和對(duì)歷史信息的調(diào)閱；經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算為PLC發(fā)出控制指令，完成與控制單元PLC之間信息傳輸，并將操作信息和各種參數(shù)指標(biāo)反映至顯示器上。

1.3 PLC控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制的核心裝置是PLC，即可編程邏輯控制系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中有著非常廣泛的應(yīng)用。PLC采用的是一類(lèi)可編程處理器，主要用于存儲(chǔ)內(nèi)部控制程序，處理邏輯運(yùn)算，執(zhí)行順序控制和定時(shí)、計(jì)數(shù)等指令。PLC在運(yùn)行時(shí)會(huì)根據(jù)事先編輯好的內(nèi)部程序?qū)⒖刂浦噶钜阅M或是數(shù)字信號(hào)的方式傳輸至液壓泵、電磁閥等執(zhí)行單元，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照相應(yīng)的程序指令進(jìn)行動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化控制。例如轉(zhuǎn)爐冶煉中吹煉控制、氧槍控制、加料控制等工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化都是由PLC實(shí)現(xiàn)的。

1.4 過(guò)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

過(guò)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)也就是人工操作站，主要作用是通過(guò)顯示屏、控制柜以及聲光報(bào)警裝置等顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，顯示儀表測(cè)量值，輸出操作命令，對(duì)各類(lèi)超標(biāo)信息進(jìn)行聲光報(bào)警提示等。人員可通過(guò)控制柜、鼠標(biāo)、按鈕開(kāi)關(guān)等，來(lái)完成對(duì)設(shè)備的操作和對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化工藝流程和功用

2.1 供氧系統(tǒng)控制

主要是對(duì)氧槍供氧量和氧槍位置的控制，對(duì)相應(yīng)的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定后，氧槍即可根據(jù)生產(chǎn)情況，按照設(shè)定程序自動(dòng)氧槍調(diào)節(jié)吹氧量和距離鋼液液面的距離。

2.2 原料系統(tǒng)控制

包括對(duì)鐵水和其他輔料的稱(chēng)量，用電子稱(chēng)對(duì)鐵水自動(dòng)去皮稱(chēng)量后，計(jì)算機(jī)即可按照設(shè)定好的配比要求，控制上料系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行配料和稱(chēng)重上料，達(dá)到最為精確的冶煉原料配比。

2.3 副槍系統(tǒng)的設(shè)定

自動(dòng)化程度較高的鋼鐵企業(yè)普遍都安裝了先進(jìn)的副槍系統(tǒng)。副槍的作用主要是測(cè)定鋼液溫度和鋼液中的碳含量，由系統(tǒng)控制副槍探頭至鋼液中，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量采集后，傳輸至計(jì)算機(jī)。利用副槍系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼液的在線取樣測(cè)溫，提高生產(chǎn)效率；還可減少熔劑、補(bǔ)吹物質(zhì)的消耗量。

2.4 煤氣回收控制

主要是通過(guò)各種傳感器、分析儀，對(duì)管道煤氣流量進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)反饋至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和人工操作站，可通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)和人工手動(dòng)兩種方式控制電子閥門(mén)的開(kāi)度大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣量的調(diào)節(jié)。從而確保爐口、管道煤氣正壓，保障安全操作，利于煤氣回收。

2.5 廢氣測(cè)量系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，主要為一氧化碳、二氧化碳等。在爐內(nèi)加裝廢氣成分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廢氣濃度，以此可判斷轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液含碳量的高低，同時(shí)結(jié)合副槍系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)各項(xiàng)關(guān)鍵性生產(chǎn)指標(biāo)的全面監(jiān)控，為控制產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

3 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制中的常見(jiàn)問(wèn)題與解決措施

3.1 氧槍故障

氧槍上提多為制冷劑流量異常變化所致，當(dāng)制冷劑流量低于要求數(shù)值時(shí)，即會(huì)引起氧槍上提。除此以外，氧槍的升降和位置調(diào)整主要由電氣系統(tǒng)完成，因此，當(dāng)氧槍出現(xiàn)自動(dòng)提槍或是無(wú)法提槍問(wèn)題時(shí)，當(dāng)排出生產(chǎn)工藝和控制系統(tǒng)原因后，還應(yīng)從氧槍的電氣系統(tǒng)方面考慮。

3.2 搖爐異常

搖爐控制是在電氣系統(tǒng)輔助下實(shí)現(xiàn)的，在正常通電且電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下如果出現(xiàn)無(wú)法搖爐或是搖爐異常的問(wèn)題，則應(yīng)檢查氧槍位置和潤(rùn)滑溫度是否正常。當(dāng)出現(xiàn)搖爐異常及自動(dòng)化控制系統(tǒng)故障時(shí)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)高溫鋼液很容易造成轉(zhuǎn)爐的損壞，甚至導(dǎo)致鋼液溢流，引發(fā)生產(chǎn)事故。生產(chǎn)中遇到這種情形時(shí)必須采取應(yīng)急處理措施，采用強(qiáng)制執(zhí)行模式以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐的強(qiáng)制操控。強(qiáng)制執(zhí)行模式通過(guò)專(zhuān)門(mén)的線路將主控臺(tái)與搖爐連接，在操作臺(tái)設(shè)置相應(yīng)的按鈕，不受自動(dòng)化系統(tǒng)和其他線路的控制，保證操作的獨(dú)立性。

3.3 信號(hào)傳輸問(wèn)題

自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行依靠的就是穩(wěn)定的信號(hào)傳輸，系統(tǒng)通信中斷或是信號(hào)受到干擾都會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作、誤動(dòng)作，或是導(dǎo)致顯示單元不顯示、誤顯示，很容易引起難以預(yù)料的嚴(yán)重后果。例如，屏幕顯示錯(cuò)誤或是顯示數(shù)據(jù)明顯異常，基本可斷定為系統(tǒng)通信故障。針對(duì)該故障首先應(yīng)查看相應(yīng)的信號(hào)指示燈，后檢查網(wǎng)絡(luò)通信線路是否斷開(kāi)或接觸不良，交換機(jī)接口是否出現(xiàn)彈片斷開(kāi)。