轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)研究

崔世剛

由于轉(zhuǎn)爐煉鋼未有一個良好的生產(chǎn)環(huán)境，過程繁瑣，加之工作企業(yè)不能連續(xù)進行精準測量，因而采用普通的過程控制方法往往難以控制，但如果只依靠人工經(jīng)驗對煉鋼終點予以控制，又不能讓鋼材的質(zhì)量得到保證，而且也無法保證操作的穩(wěn)定性，存在能耗較高的缺點，而這也達不到現(xiàn)在鋼鐵市場的標準，即低成本、高品質(zhì)。面對激烈的市場競爭，想要將產(chǎn)品的市場爭奪力增強，就必須將煉鋼科技化水平有效提升，實現(xiàn)對煉鋼生產(chǎn)的精準、智能化控制，這樣也有助于煉鋼生產(chǎn)速率和成品質(zhì)量的提高。轉(zhuǎn)爐煉鋼以鐵水、廢鋼、鐵合金等為主要材料，當加熱的鐵水混合廢鋼、鐵合金后，便會有熱化學反應出現(xiàn)，進而置于轉(zhuǎn)爐中煉鋼。應用自動化控制技術(shù)主要是通過外加裝置或設備來調(diào)控機械設備的生產(chǎn)過程，以讓機械設備的運行滿足生產(chǎn)需求，達到無人直接參與生產(chǎn)的目的。所以，在平時進行轉(zhuǎn)爐煉鋼時，一定要高度重視自動化控制技術(shù)，并針對自動化控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的具體應用展開深入研究，從而將其作用和優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，更好地服務于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)概述

為了對轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)有一充分認識，首先需要弄清楚轉(zhuǎn)爐煉鋼的含義。所謂轉(zhuǎn)爐煉鋼，簡單來說就是借助一些原材料，如廢鋼、鐵水、鐵合金等，基于相關(guān)原理（鐵水加工會產(chǎn)生熱量），再與提高的轉(zhuǎn)爐溫度相配合，讓廢鋼與鐵合金在高溫環(huán)境下發(fā)生諸多化學反應。同時，廢鋼和鐵合金的化學反應也會產(chǎn)生一定的熱量，而這部分熱量的融合便促成了整個轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程?，F(xiàn)在，人們越來越需要鋼鐵，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)因為諸多因素（生產(chǎn)效率低、耗能高等）的影響而慢慢退出了歷史舞臺，鑒于此，應高度重視轉(zhuǎn)爐煉鋼中自動化控制技術(shù)的應用，不斷提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的現(xiàn)代化、科學化以及精細化水平。通過應用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)，能夠簡化復雜的轉(zhuǎn)爐煉鋼操作，使之更加方便，促進鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的提升，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益的最大化。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)分類

2.1 自動化控制技術(shù)

一旦機械設備在應用時發(fā)生故障或有部分缺陷暴露出來，則借助計算機來檢測、分析設備，接著將故障發(fā)生原因聯(lián)系起來制定針對性處理計劃，以順利實現(xiàn)生產(chǎn)，讓生產(chǎn)的質(zhì)量水平得到充分保障?，F(xiàn)階段，轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)主要分為兩部分，其一是動態(tài)控制的模型技術(shù)，該技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中應用，主要是為了動態(tài)監(jiān)測分析生產(chǎn)過程當中出現(xiàn)的諸如冷卻劑或者是氧氣等關(guān)鍵物質(zhì)的含量，看其物質(zhì)含量是否超出規(guī)定范圍；其二是反饋計算模型，其主要是指基于動態(tài)控制模型技術(shù)，獲取動態(tài)檢測的基本成果，完成相關(guān)技術(shù)作業(yè)，之后還需將動態(tài)模擬的技術(shù)保障利用起來，對各數(shù)據(jù)指標有一充分了解，保證整個系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)狀況均與相關(guān)標準相符，進而順利進行生產(chǎn)，各項作業(yè)均可對自動化控制技術(shù)予以合理應用，減少人工方面的投入，減輕人工操作壓力。另外，也能夠進一步提高轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的效率。由此可見，在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)技術(shù)中，自動化控制技術(shù)是十分關(guān)鍵的一項技術(shù)。

2.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)

2.2.1 廢氣檢測

在進行現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)時，自動化控制中心以爐定碳法檢測廢氣的主要方式。其以轉(zhuǎn)爐中的煉鋼廢氣為檢測對象，由于這一氣體具有一定毒性，破壞附近的環(huán)境，對周邊生態(tài)造成破壞，因而需事先將相關(guān)檢測工作做好，再對其進行稀釋等處理后方可排放。檢測過程中，應提前對處理廢氣所需的脫氮、脫碳參數(shù)進行計算，并掌握有無大濃度碳元素存在于轉(zhuǎn)爐設備中。借助自動化控制技術(shù)可實時對外顯示鋼水的碳含量、鋼水的主要成分等檢測信息。

2.2.2 副槍檢測

檢測是鋼鐵生產(chǎn)中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，主要通過相關(guān)儀表設備對煉鋼過程中的對應參數(shù)做出檢測，包括熔鋼成分、液面高度、熔鋼溫度等，并第一時間進行觀察，將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來，以提供參數(shù)信息給后續(xù)的添加、控制環(huán)節(jié)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中常有一些廢氣產(chǎn)生，如氫氣、一氧化碳、氮氣等，除了前面提到的爐定碳法，也可借助副槍檢測技術(shù)對廢氣進行分析，并對其脫碳速度予以測定。同時明確廢氣的主要成分與排放流量，計算轉(zhuǎn)爐內(nèi)的含碳量。相較于爐定碳法，副槍技術(shù)能夠更精確的測量含碳量，也具有更大的數(shù)據(jù)支撐力度，有助于鋼材成品質(zhì)量和制作效率的有效提高。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的構(gòu)成、流程與作用

3.1 構(gòu)成

3.1.1 計算機控制系統(tǒng)

在計算機控制系統(tǒng)的幫助下，能夠處理數(shù)據(jù)信息，并將控制需求聯(lián)系起來構(gòu)建相應的煉鋼數(shù)學模型，最終設定、調(diào)整參數(shù)信息，實現(xiàn)同其他控制系統(tǒng)的聯(lián)通。首先，需借助各類傳感設備收集包括時間信息、溫度信息、壓力信息等在內(nèi)的一般性數(shù)據(jù)信息?；诂F(xiàn)有技術(shù)條件，傳感器能夠及時收集數(shù)據(jù)信息，并在最短時間內(nèi)向計算機控制系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，由其負責處理數(shù)據(jù)，將控制指令傳達下去。與此同時，各類詳細的數(shù)據(jù)信息也可展示在計算機面板中。

3.1.2 PLC控制系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)的中文全稱為可編程邏輯控制系統(tǒng)，其是核心控制裝置的一種。這一系統(tǒng)不僅能夠讓存儲內(nèi)部控制程序的需求得到很好的滿足，也可開展邏輯運算處理，實現(xiàn)順序控制和定時，發(fā)出計數(shù)的信息指令。完成編輯的內(nèi)部程序到達具體運行位置，如液壓泵等。根據(jù)指令，相應運行單位展開工作，比如在加料控制中，控制加料的時間、加料量等。

3.1.3 過程監(jiān)測控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段，人工仍然是完成過程監(jiān)測的主力軍。比如，控制人員通過觀看計算機顯示屏、控制柜和各類控制預警裝置，便能夠?qū)镜倪\行狀況有大致了解。且也根據(jù)結(jié)合經(jīng)驗，聯(lián)系顯示數(shù)據(jù)，相應的調(diào)整控制工作，而具體調(diào)整則需要利用計算機、各類控制按鈕等操作設備完成。

3.1.4 數(shù)學模型控制系統(tǒng)

基礎(chǔ)性是這一控制系統(tǒng)在應用方面的一個顯著特征，能夠計算出各類消耗物質(zhì)信息，達到變量控制的目的。諸如輔料信息、氧氣量信息以及冷卻消耗劑等均是需整合的消耗物質(zhì)信息。在進行數(shù)學控制模型的構(gòu)建時，要求將各類理化知識充分融合，并對其進行核算，將各類成分的重量和比例等確定下來，成分分析通過數(shù)學控制模型也能夠很好的完成。

3.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的工藝流程

3.2.1 供氧系統(tǒng)

供氧系統(tǒng)可對氧槍位置及其供氧量進行控制，并將計算模型結(jié)合起來搜集、動態(tài)控制數(shù)據(jù)。氧槍的位置并不固定，可隨時變動，并基于反饋數(shù)據(jù)調(diào)整特定部位的供氧量，從而降低含氧量，使鋼鐵純度更高。供氧系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時搜集，同時根據(jù)設定的程序，對吹氧量做出調(diào)整，把和鋼液液面間的距離控制在合理范圍內(nèi)。

3.2.2 原料系統(tǒng)

原料系統(tǒng)的作用在于稱量原材料，包括鐵水、鐵合金、廢鋼等，并借助專業(yè)設備調(diào)整配比，去皮稱量鐵水。之后，在基于程序動態(tài)化調(diào)配配料，對原材料比例予以合理控制，待其達到最佳比例。因為原料具有非常多的來源，所以需對鐵液的物理熱和鐵液組分間化學反應進行評估，并有助于降耗的數(shù)據(jù)模型予以使用。

3.2.3 副槍系統(tǒng)

不斷進步的自動化，促使鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)開始較多的應用副槍系統(tǒng)。該系統(tǒng)的自動化程度比較高，能夠?qū)︿撘褐械奶己恳约颁撘簻囟冗M行有效測定，并比較既定的標準。同時，副槍系統(tǒng)也可在鋼液中伸入副槍探頭，以對即時數(shù)據(jù)進行采集，最后在計算機中輸入數(shù)據(jù)的結(jié)果，提供具體的數(shù)據(jù)支持給數(shù)據(jù)模型。

3.2.4 廢棄測量系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼會有非常多的廢氣產(chǎn)生，進而對生產(chǎn)環(huán)境和環(huán)境衛(wèi)生造成嚴重影響，而廢棄測量系統(tǒng)則能夠測定廢氣的種類和含量。在生產(chǎn)時，常有大量的一氧化碳、二氧化碳出現(xiàn)，而造成這一情況的主要原因是鋼液的化學反應。廢棄測量系統(tǒng)不僅可對廢氣濃度予以測定，還能夠測算鋼液碳含量濃度，并將副槍系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來對數(shù)據(jù)模型加以完善，從而促進生產(chǎn)質(zhì)量的顯著提升。

3.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼中自動化控制的實際作用

3.3.1 精確檢測廢鋼、鐵水等的質(zhì)量

鐵水和廢鋼等工業(yè)生產(chǎn)廢料會嚴重危害人體健康，如果不能正確操作更有危及生命的可能。所以，自動化稱量此類物質(zhì)的重量，可以使其高效性、智能性得到保障，操作的精準性和安全性更強。轉(zhuǎn)爐煉鋼處于較為惡劣的工作條件之中，稱重過程中需要控制吊車向裝有鐵水的鋼槽、爐缸裝料，同時借助多種壓力重量傳感器對其去皮重量進行檢測，借助PLC控制系統(tǒng)向顯示器進行傳輸，完成記錄與顯示工作，并在計算機系統(tǒng)中存儲。

3.3.2 執(zhí)行對電氣系統(tǒng)的控制

運用自動化控制技術(shù)，主要是借助持續(xù)的電能供應和健全的電氣控制系統(tǒng)。為了確保其自動化控制更加穩(wěn)定、安全，煉鋼車間通常會對發(fā)揮應急處理作用的預備電氣控制系統(tǒng)進行配置。而此部分的系統(tǒng)控制應具備獨立性，以使應急需求得到滿足。通常情況下，在轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的散料倉內(nèi)，借助料倉分布四角的壓式稱重傳感器稱重和顯示其的質(zhì)量參數(shù)。

4 轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應用

由于自動化控制技術(shù)的應用較為復雜和緊密，所以在轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中應用自動化控制技術(shù)并非簡單地套用，仍需和轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的運用特點與需求相結(jié)合，優(yōu)化細節(jié)和調(diào)整自動化控制技術(shù)?，F(xiàn)階段，我國在轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中的自動化控制技術(shù)，一般是運用二級計算機控制技術(shù)。文章著重介紹轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中二級計算機控制技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中的二級計算機控制技術(shù)主要涉及一級基礎(chǔ)性控制模塊與二級過程控制模塊，此外，還囊括兩極控制模塊的諸多硬件通信接口。其中，一級控制模塊主要連接在電氣、儀器儀表以及人工操作設備中。二級控制模塊主要連接在系統(tǒng)中的服務器、客戶機以及打印機中，同時一二級控制模塊的計算機均連接同一個系統(tǒng)，進而確?？梢皂樌麄鬟f轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中的全部信息。在實際的轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)運作過程中，一級控制系統(tǒng)主要負責采集和處理轉(zhuǎn)爐煉鋼中的各項指標數(shù)據(jù)，同時會在計算機系統(tǒng)中匯總最后的數(shù)據(jù)信息，展開統(tǒng)籌處理，若是轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，則會向工作人員發(fā)出警報，以便第一時間運用有效解決手段。二級控制模塊則是立足于一級控制模塊收集的數(shù)據(jù)信息，深入計算分析和學習使用，為整個轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫積累豐富的數(shù)據(jù)，進而有效控制轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)。

5 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的常見問題及解決措施

5.1 開閘跳閘問題

開閘跳閘這一問題的出現(xiàn)幾率較高，其出現(xiàn)和變頻器的關(guān)系較大。針對這一問題，要求檢測人員檢測變頻器是否出現(xiàn)故障，倘若有合閘工作不良的情況發(fā)生，需要仔細排查變頻器的數(shù)量。同時還要測算操作位置誤差，并對輸出參數(shù)予以控制，通常參數(shù)為零，從而確保合閘操作順利完成。這一問題的解決對檢測人員的專業(yè)知識有非常高的要求，以便第一時間將故障的儀器發(fā)現(xiàn)，并采取專業(yè)手段將其解決，以免影響到整條生產(chǎn)線。

5.2 信號傳輸問題

在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)中，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方向主要取決于信號傳輸。一旦信號傳輸發(fā)生故障，影響顯示單元的正常顯示，又或是顯示出錯，同時也讓執(zhí)行不動和誤動的情況頻繁出現(xiàn)在執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部，最終讓鋼鐵質(zhì)量受到嚴重影響，生產(chǎn)損失加大。一般當信號傳輸出錯時，擋火門便不能正常移動，需第一時間分析故障，并要求檢測人員對交換機接口進行檢測，觀察有無彈片斷開的情況發(fā)生，檢查網(wǎng)絡通信線路通暢與否。

5.3 搖爐異常問題

通常，在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)中，需借助電能使用搖爐，倘若通電情況一切正常，還是不能操作搖爐，要求檢測人員對氧槍情況以及潤滑程度進行檢測。而如果搖爐發(fā)生故障，同時鋼液盛滿整個窯爐，那么就會極大的縮短轉(zhuǎn)爐的使用壽命。這個時候運用強制執(zhí)行模式，借助專門線路將搖爐連接起來，設置操作按鈕于主控臺上，啟動按鈕，展開強制執(zhí)行，從而把因搖爐異常而引發(fā)的損失最大程度的減少。

5.4 氧槍上提問題

通常來說，氧槍上提問題的發(fā)生主要是受到制冷劑流量異常的影響。一旦制冷劑流量在標準參數(shù)以下，則就會造成氧槍上提的情況發(fā)生。且在特殊條件下，此類情況也會發(fā)生，要求將自動化技術(shù)的控制策略進一步完善。當發(fā)生氧槍緊急上提情況時，可第一時間把緊急停止按鈕按下，讓氧槍電機處于抱閘鎖死的狀態(tài)，使氧槍維持原位不變。類似事故的發(fā)生會引發(fā)電動閥異常，需及時控制，在將故障處理完后，方可使系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)。

6 結(jié)語

總而言之，在時代快速發(fā)展的背景下，我國煉鋼企業(yè)的自動化控制技術(shù)進展非常明顯，面對當前的時代需求，傳統(tǒng)的煉鋼技術(shù)已無法較好的滿足，且也不能將可觀的經(jīng)濟效益帶給企業(yè)。為了加快升級我國煉鋼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進一步提升鋼材質(zhì)量，必須在煉鋼技術(shù)方面有非常大的改變。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)是現(xiàn)階段我國煉鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個著重攻破點，其不僅可將煉鋼企業(yè)在勞動力方面的消耗減少，使企業(yè)煉鋼成本得到節(jié)約，也能夠有效提升煉鋼的質(zhì)量與效率。須知，推動我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)自動化突破發(fā)展的一項先決條件是加快實現(xiàn)自動化鋼鐵企業(yè)發(fā)展，同時其也是加快我國工業(yè)現(xiàn)代化進程的一個核心要素。