煉鋼自動化控制技術研究

張年剛

（山東鋼鐵集團萊蕪分公司自動化部,山東 萊蕪 271104）

1 前言

目前，我國為了促進市場經濟的更好更快發展，不斷升級優化工業產品結構，并在煉鋼、冶金等工業行業主動擯棄一些落后的生產設備與傳統工藝，逐漸往一個更高層次更新的現代工藝發展。在這其中，現代冶金、煉鋼等工藝大多使用了自動化控制和先進的網絡技術。

2 煉鋼自動控制的主要內容

煉鋼區主要包括鐵水預處理、轉爐或電爐、爐外精煉、連續鑄錠4個工序或車間。其控制內容如下：（1）鐵水預處理自動控制：高爐爐前脫硅、噴吹法鐵水單脫硫以及攪拌法鐵水單脫硫等自動控制；（2）轉爐自動控制：供氧系統、到槍系統、爐體傾動、底吹系統、爐口微差壓、副原料輸送和投料系統、煤氣回收系統，以及汽化冷卻等自動控制；（3）電弧護自動控制：配料（廢鋼、散裝料、噴碳粉和鐵合金稱重與配料）、電弧爐本體（氧燃助熔、吹氧和氧槍、爐壓、電極升降、電工制度等自動控制.冷卻水流量、壓力、溫度和溫差監控，爐壁、爐蓋、短網斷水自動保護等）、電弧爐排煙與除塵系統（含第四孔排煙除塵的控制以及大煙罩式排煙處理系統控制）等；（4）爐外精煉自動控制：AOD爐和RH真空處理裝置的控制、LFV鋼包爐真空精煉的控制﹑CAS或CAS-OB密封氬吹氣成分微調裝置的控制﹑KIP噴粉脫硫控制等；（5）連續鑄鋼自動控制：設備起停順序與鑄坯跟蹤控制，鑄坯定長切割、打標號、鑄速、PR壓力、結晶器鋼水溫度、結晶器冷卻水流量、二次冷卻水、結晶器振動、結晶器鋼水液位等自動控制，開澆、中間包鋼水液位和保護渣加入控制等。

3 煉鋼電弧爐自動控制技術

3.1 煉鋼原料的稱量與控制技術

（1）廢鋼的配料與稱量：由平臺電子秤或吊車電子秤把本批次配好的廢鋼種類、單品種重量、累計重量等信息輸送到電爐控制系統PLC或DCS。一爐鋼根據爐容和廢鋼情況一批次或多批次配料。

（2）測控散裝配料：冶金礦石、螢石、焦粉、石灰等造渣、助熔、補爐用的粉狀或粒狀原料稱為散裝料。用PLC進行控制，它完成的功能包括：按冶煉需要設定需送入爐內的料種和重量，依照選定計劃利用給料機送料給稱量斗，并對稱量斗內該料種料重情況進行監測，給料速度在料重小于設定值的90%時為快速，給料速度在料重達到設定值90%時轉為慢速，停止給料是在料重達到設定值100%時進行 (快慢比約為10：1)；放料控制，稱量斗內物料已配好，起動稱量斗下的給料機，將料放到膠帶運輸機并送入爐內；可一批次配多種料，以縮短配料時間；將本爐次送人電弧爐內的料種、重量信息送到電弧爐的工藝過程控制系統中。

（3）鐵合金配料：用裝有電子秤的稱量車，平臺電子秤或機械式臺秤配料。

3.2 電弧爐本體控制技術

（1）控制氧燃助熔系統：為了在熔化期降低電耗和加速熔化，電弧爐配有氧氣-燃料助熔系統。所用燃料是燃料油、天然氣、焦油、廢油、煤粉等。氧氣—燃料助熔的控制是一套燃氣和氧氣流量配比由比值給定器確定的調節系統，并通過壓力和溫度補正計算燃氣和氧氣流量。

（2）吹氧和氧槍控制：目前向電弧爐內吹氧有兩種方式：一種是用自耗式氧槍(鋼管)從爐門向熔池吹氧；另一種是控制升降機構從爐頂向熔池吹氧。自耗式氧槍的檢測控制和上述的轉爐類似，即氧氣一次壓力自動控制和氧氣流量自動控制。參照熔池鋼水碳含量和溫度由計算機或人工設定吹氧量，給吹氧信號來啟動氧氣切斷閥，壓力自動控制系統穩定壓力，氧氣流量自動控制系統按設定氧量吹氧。氧氣吹管由人操作。升降式氧槍是用爐頂上方的升降機構驅動，吹氧信號由氧槍位置信號發出，其檢測與控制與自耗式氧槍相同，如果是水冷式氧槍，還應有冷水的流量、壓力和進出水溫控制。為保證氧氣噴口與熔池液面之間處于最佳吹氧距離，還設有利用吹氧時發出的噪聲來自動保證氧槍的最佳噴吹位置的裝置。

（3）電弧爐的爐壓控制：電弧爐內煙氣由排煙口進人煙道。排煙口與煙道之間有一定的空隙，這一方面是由于排煙口要隨電爐傾動，不可能與煙道緊密對接，另一方面需要吸人助燃空氣使煙氣中的可燃物質要在煙道中燃燒掉，然后冷卻到除塵系統可以承受的溫度再經過濾除塵，達到排放標準后由抽煙機抽出排人大氣。爐壓由補償式取壓裝置取壓經微差壓變送器轉換為統一信號至調節器，其控制輸出至變頻調速器控制抽煙機的速度以調節抽力。

（4）電弧爐電極升降控制：1）數據測量：主要是電弧弧壓和弧流的測量。一般通過在變壓器二次的各相電流互感器來直接測量弧流瞬時值，由于變壓器二次相電壓反應的是弧壓和大電抗器上壓降之和而非弧壓的值，因而無法簡單的直接測量弧壓。電抗器上壓降包括兩部分：感性與阻性，感壓降性與三相電流的電流變化率(di/dt)相關，它是時變的且數值較大。感性壓降在冶煉過程中會發生毫無規律可循的無法通過補償來校正的很大變化，這是由于弧流中諧波含量大且電流不斷變化所引起的。弧壓的測量誤差往往會造成工作點的偏移，從而導致爐壁損壞以及三相有功功率不平衡和不一致；2）計算設定點和被控量：為了對變壓器的容量進行充分利用，準確設定電爐的有功、無功、功率因數等取決于變壓器電壓級和相應弧阻的工作點是必不可少的，工作點的設定將由過程計算機按數學模型完成。計算被控量數值通常由電極升降調節方式來決定，弧流本身、弧壓乘弧流(弧有功功率)、弧壓除弧流(弧阻)這三種被控量計算方式所對應的控制方案分別是弧流控制、功率控制、阻抗控制；3）調節器算法：目前流行的是積分誤差調節器（基于IER型算法），它與以往調節器相比在小誤差信號區引入了積分，是一個帶可調限的比例調節器。誤差較小時，積累誤差到一個可調限定點時執行校正，并選得大一點的增益，從而確保誤差大時可以全速調節而又不犧牲小誤差時的穩定值，大大提高精度，其增益也可隨著冶煉過程的不同取相異值。熔化期需要選較小的增益來預防系統振蕩，因為此期間內弧流變化劇烈且爐料料位變化大；熔清后可選用較大增益，因為此時爐內情況較平穩；4）輸出匹配：電極升降的執行機械包括：電液隨動閥液壓傳動式、晶閘管-電磁轉差離合器式、有晶閘管—直流電動機式，調節器的輸出要對應于執行機構的輸入。

4 結束語

總之，采用煉鋼自動化控制技術，可以有效的提高生產質量和效率。隨著科學技術的發展，相信未來的煉鋼自動化技術也會得到更快的進步和進一步的推廣使用。

[1]王啟均，李仕雄.自動化煉鋼控制技術分析[J].民營科技,2011(12).

[2]邱龍云.淺論自動化煉鋼控制技術[J].化學工程與裝備,2009(07).

[3]李山寶.現代自動化煉鋼控制技術[J].信息系統工程,2011(09).