轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)分析

李濤

摘要：近年來工業(yè)科技水平不斷提升，自動化控制技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了不可替代的推動作用。在鋼鐵行業(yè)，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，在大量節(jié)省人力和物力的同時(shí)有效提高了鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量。本文對轉(zhuǎn)爐煉鋼以及自動化控制技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動化；控制技術(shù)

引言

近年來，國際上的鋼鐵行業(yè)發(fā)展十分迅猛，不僅鋼鐵質(zhì)量高、強(qiáng)度大，并且在煉鋼過程中所消耗的能源也相對較少，成本大幅度降低。這對我國的鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)生了非常大的壓力。在這樣的形勢下，我國很多鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)都難以立足。所以，我國的鋼鐵生產(chǎn)必須要提升技術(shù)優(yōu)勢，加快鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)改造，提升煉鋼技術(shù)，在煉鋼過程中應(yīng)用自動化控制技術(shù)，大幅度提升鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，讓我國在國際鋼鐵市場上占據(jù)有利的競爭地位。

一、轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)是隨著互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以工業(yè)控制為基礎(chǔ)發(fā)展出來的新的控制技術(shù)。在傳統(tǒng)的煉鋼過程中，通常要用鐵水、廢鋼和鐵合金為原材料進(jìn)行煉鋼。廢鋼和鐵合金在鐵水的高溫作用下，能夠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并在轉(zhuǎn)爐中完成融合，以此達(dá)到煉鋼的目的[1]。轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)就是根據(jù)不同鋼鐵的種類和鐵水溫度，在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼之前，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對氧槍的吹鏈高度、熔劑的使用量、吹氧量以及底吹量進(jìn)行計(jì)算，并且在吹煉之后對鋼水成分和溫度等參數(shù)進(jìn)行檢測，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)模擬后及時(shí)調(diào)整，以此來實(shí)現(xiàn)煉鋼自動化，提升煉鋼效率。

二、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的優(yōu)勢

（一）提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗

鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)是一個高耗能的產(chǎn)業(yè)，近年來，隨著環(huán)保理念不斷深入人心，各行各業(yè)更加重視如何在生產(chǎn)中去產(chǎn)能，降低能源消耗，特別是對于鋼鐵產(chǎn)業(yè)來說，在保證鋼鐵質(zhì)量的情況下減少能源消耗更具有重大的意義[2]。而在煉鋼時(shí)應(yīng)用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)主要目標(biāo)之一就是降低能源消耗、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境的污染并且有效提升鋼鐵生產(chǎn)效率將鋼鐵行業(yè)當(dāng)前的高能耗低生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)化為低能耗高生產(chǎn)模式。也只有實(shí)現(xiàn)了這個目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)才能在當(dāng)前的國際市場中占有一席之地，取得一定的競爭力。

（二）增加煉鋼穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量

成品鋼的質(zhì)量是占據(jù)市場的有力保證，而鋼的質(zhì)量是否合格，主要取決于煉鋼的過程。在傳統(tǒng)的煉鋼過程中，由于不能對煉鋼的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測和把握，在煉鋼過程中很容易出現(xiàn)煉廢或者鋼的質(zhì)量不合格的情況，這在浪費(fèi)資源的同時(shí)還影響了生產(chǎn)效率。而自動化控制技術(shù)則能夠有效提升中點(diǎn)控制的命中效率，根據(jù)動態(tài)控制轉(zhuǎn)爐連續(xù)分析系統(tǒng)和副槍測溫系統(tǒng)所得到的分析數(shù)據(jù)，可以大大增加氣體和溫度到達(dá)終點(diǎn)的概率，從而實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)命中效率的提升。此外，自動控制系統(tǒng)能夠在氣體補(bǔ)吹的過程中降低補(bǔ)吹氣體的含氧量，減少鋼水的氧化，提升鋼水的純度，實(shí)現(xiàn)成品鋼質(zhì)量的提升。并且轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)在調(diào)整中點(diǎn)命中和補(bǔ)吹的過程中，能夠加快調(diào)整速度，這也使煉鋼的時(shí)間大大縮減，同時(shí)提高了鋼水溫度，保證了鋼鐵穩(wěn)定性[3]。

三、煉鋼轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)的功能

（一）鐵水和廢鋼質(zhì)量控制

在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉剛的過程中，需要用到天車吊鉤對裝有廢鋼的材料槽進(jìn)行稱重測量，同時(shí)還要對鐵水路港進(jìn)行稱重。這些都與要通過自動化控制技術(shù)才能完成。其主要的原理是通過多個壓式重量傳感器對廢鋼和鐵水的重量進(jìn)行采集，通過補(bǔ)償線盒顯示和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，便于之后分析。

（二）電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的主要作用是保證自動化控制系統(tǒng)在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性，電氣控制系統(tǒng)實(shí)際上就是自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)急處理系統(tǒng)，煉鋼過程溫度較高，很容易產(chǎn)生各種安全問題。所以，為了保證自動控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，電氣控制系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)是相對獨(dú)立的。自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼通常有六個盛放散裝料的料倉，散裝料質(zhì)量的測料主要是通過料倉底部的壓式稱重傳感器實(shí)現(xiàn)的，壓式質(zhì)量傳感器所得到的數(shù)據(jù)可以通過儀表進(jìn)行顯示。

（三）轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的檢測儀表

煉鋼過程中，最為重要的就是各種材料的實(shí)時(shí)信息，包括材料質(zhì)量、溫度，這些數(shù)據(jù)決定了成品鋼的質(zhì)量，所以檢測儀表是轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)的重要組成部分。轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的儀表通常是通過計(jì)算機(jī)畫面進(jìn)行顯示，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可以從各個儀表中獲取到廢鋼、鐵水等原料的使用數(shù)據(jù)，并且監(jiān)測畫面還可以從各種傳感器中接收到數(shù)據(jù)，如氧氣含量、氮?dú)夂?、冷卻水的水壓、流量等。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以及時(shí)對各種條件進(jìn)行調(diào)整，保證鋼鐵的質(zhì)量。

四、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵性技術(shù)

（一）轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)可以劃分為兩個部分，分別是廢氣分析檢測技術(shù)和副槍檢測技術(shù)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)的作用就是對熔爐溫度、液面溫度、熔鋼成分等數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地記錄，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)對煉鋼鐵過程中的溫度和所要添加的原料等進(jìn)行分析，保證鋼的成分符合標(biāo)準(zhǔn)。而轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)的前提就是儀表和傳感器，通過儀表和傳感器收集的數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化[4]。

（二）廢氣分析檢測技術(shù)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中，各種元素的比例十分重要，其中最終重要的就是碳的比例。在煉鋼過程中，會產(chǎn)生很多種氣體，如一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、氫氣、氧氣等。傳統(tǒng)的測量方法是通過煉鋼產(chǎn)生的氣體，來確定爐內(nèi)的數(shù)據(jù)參數(shù)，但是這種方法會受到多種因素的影響，得到的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，在當(dāng)前已經(jīng)不再適用。當(dāng)前所采用的檢測方法，是將爐氣定碳法和副槍技術(shù)相結(jié)合的新的檢測方法。其中以副槍測定為主要技術(shù)，同時(shí)計(jì)算廢氣的脫碳速度，使用排除法確定轉(zhuǎn)爐中的碳含量。使用此方法碳含量的測量精度能夠得到有效提升，為自動化控制奠定基礎(chǔ)。

五、自動化控制技術(shù)

控制系統(tǒng)的主要功能就是計(jì)算出吹煉終點(diǎn)所需要的含碳量，以及熔鋼的溫度，通常自動化控制系統(tǒng)分為兩個模塊，一個是動態(tài)控制模型，另一個是反饋計(jì)算模型。其中動態(tài)控制模型能夠計(jì)算出吹煉所需要的氧氣含量和冷卻劑量，同時(shí)能夠根據(jù)采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算出吹煉終點(diǎn)的碳含量和熔鋼溫度。而反饋計(jì)算模型能夠計(jì)算出整個過程中的誤差，能夠?qū)Ω鱾€環(huán)節(jié)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

結(jié)論

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)將科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，通過轉(zhuǎn)爐煉鋼和自動化控制系統(tǒng)，能夠有效降低能源消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量，符合當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)“去產(chǎn)能，提質(zhì)量”的目標(biāo)，有力推動了我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)需要大力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]祝義. 自動化煉鋼過程控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 自動化應(yīng)用，2018，（2）.

[2]王振. 轉(zhuǎn)爐煉鋼的新型自動化電氣控制探討[J]. 自動化應(yīng)用，2018，（2）.

[3]林楠. 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)[J]. 設(shè)備管理與維修，2018，（8）.

[4]任鵬. 自動化煉鋼過程控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 環(huán)球市場，2018，（12）.

（作者單位：陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司）