轉爐煉鋼自動化控制技術研究

代平++邵明海

[摘 要]隨著科技水平的不斷提高，自動化控制技術在工業生產中發揮了積極的助推應用，而在煉鋼行業，轉爐煉鋼自動化技術也得到了廣泛的應用，不僅節省了人力物力，而且使煉鋼更高效、精度控制更準確，明顯提高了煉鋼質量，本文就轉爐煉鋼自動化控制優勢及其關鍵技術進行了詳細的分析。

[關鍵詞]轉爐煉鋼 ；自動化控制技術 ； 研究

中圖分類號：TF345 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0059-01

由于轉爐煉鋼生產環境惡劣、過程復雜，并且工作期間難以精確地進行連續不斷的測量，因而采用常規過程控制的方法對其進行控制難度大，而僅憑人工經驗控制煉鋼終點又難以保證鋼材產品優質、操作穩定和低能耗，這與當前鋼鐵市場低成本高質量的要求相距甚遠，而若想提高產品市場競爭力，就必須提高煉鋼科技化水平，必須對煉鋼生產進行精準的自動化控制，只有這樣才能提高煉鋼生產效率和鋼鐵成品質量。

1.轉爐煉鋼自動化控制技術綜述

轉爐煉鋼自動化控制技術在計算機信息網絡技術、工業控制技術為基礎發展起來的一種技術，傳統的轉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、鐵合金在高溫下發生化學反應產生的熱量相結合，在轉爐中完成煉鋼的過程，而轉爐煉鋼自動化控制技術則是根據鋼種以及鐵水的重量和溫度，在轉爐兌鐵前，由二級計算機分析出整個過程的氧槍吹煉高度、熔劑加入量、吹氧量、底吹量等靜態數據，同時在吹煉后期檢測鋼水成分和溫度等參數，再通過二級計算機系統分析出動態模型調整數據，從而實現煉鋼的自動化控制，保證達到最終目標，這項技術主要包含計算機、自動控制、數學模型、冶鐵機理、人工智能等多種技術，其系統相對較為復雜，由于轉爐煉鋼多元、高溫下的特殊工藝包含著很多難以確定的影響因子，使連續準確的在線檢測過程中的各種參數很難實現，因此自動化技術多采用數學模型，通過對模型的控制，實現自動化轉爐煉鋼。

2.轉爐煉鋼自動化控制的優勢

常見的自動化轉爐煉鋼系統主要是二級計算機控制系統，即一級基礎性自動控制模塊和二級過程性自動控制模塊，其中一級基礎性自動控制模塊主要包括氧槍自動控制系統、底吹控制系統、轉爐自動化儀表系統、副槍自動控制系統、除塵自動控制系統等；二級過程性自動控制模塊主要包括數據采集系統、補吹校正計算系統、報表打印系統等。這種轉爐煉鋼自動化控制系統可以將過程中的參數集中顯示和管理，并能提供可視性很強的界面，顯示包括工藝流程模擬、趨勢曲線等情況，能夠在簡化工作的同時，讓人對工藝以及設備的運行狀態有更加直觀的了解。

通過實踐應用總結得出，應用轉爐煉鋼自動化控制技術有著明顯的技術優勢，其顯現出來的優勢主要表現在，一是能使國內平均的轉爐后吹率降低50%左右，同時可使轉爐終點溫度和碳的命中率從60%提高至90%；二是明顯縮短了冶煉周期，提高了煉鋼效率；三是能使噴濺率、石灰的消耗率分別降低30%和3kg/t，從而提高了鐵的得率約0.5%左右；四是減少對于煉鋼工經驗的依賴，有利于標準化、規范化管理水平的提高，明顯降低能耗，增加經濟效益顯著。

3.轉爐煉鋼過程自動化控制功能及關鍵技術分析

3.1 轉爐煉鋼自動化控制系統的功能

1）實現廢鋼、鐵水質量的稱量控制

由轉爐煉鋼工作環境惡劣，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行裝料，裝料過程主要通過多個壓式重量傳感器讀出廢鋼或者鐵水的重量，并由補償接線盒顯示重量數據，并及時進行記錄。

2）對電氣控制的指示控制

在轉爐煉鋼過程中考慮到有些電氣操作是應急處理操作，關系到自動化系統的安全性和可靠性，因此電氣控制指示必須獨立構成。自動化轉爐煉鋼共有六個散裝料料倉，在散料質量測量中，主要通過料倉四角處的壓式稱重傳感器通過監測畫面在儀表器中顯示。

3）轉爐煉鋼系統對儀表監視的控制

計算機的監測畫面是儀表部分的網絡服務器，通過適配器從儀表中讀取監測廢鋼、鐵水等原料的使用數據；同時，監測畫面還能實時的顯示氧氣、氮氣以及冷卻水的壓力和流量，給操作人員提供有利的數據，供其對氮氣、氧氣、冷卻水進行調整，同時對鋼水溫度的監控中，采用熱電偶探頭深入轉爐內取出鋼水的溫度，并利用監控系統從儀表器中顯示。

3.2 轉爐煉鋼自動化控制系統關鍵技術

3.2.1轉爐煉鋼檢測技術

轉爐煉鋼檢測技術主要分為廢氣分析檢測技術和副槍監測技術兩部分。在轉爐煉鋼過程中，它們主要通過檢測儀表對熔鋼溫度、液面高度、熔鋼成分等參數的記錄，并進行及時分析，為煉鋼過程中的溫度控制、添加原料等提供有利的數據支持，這其中檢測儀表是自動化煉鋼檢測技術的前提，只有對儀表進行科學合理的設置檢查，才能及時準確的獲得諸如熔鋼溫度、液面高度等控制過程所需要各類參數，以此為基礎，我們的自動化控制才能得到有效的實施。

1）廢氣分析檢測技術。轉爐煉鋼技術在煉鋼過程中主要產生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等廢氣，傳統的方法是爐氣定碳法，它是通過廢棄成分來反映爐內的指標參數，但是這種方法受制于各方面的原因，其準確性相對較低，誤差較大，已經難以滿足現在的需求。

2）副槍檢測技術。該技術是通過一定的副槍設備來實現檢測的目的，目前在我國鞍鋼，寶鋼等大型鋼鐵公司都采用了此項技術，而且獲得了很好的實際效果。

轉爐煉鋼廢氣檢測主要使用爐氣定碳法和副槍技術相結合，以副槍測定為主，結合廢氣分析計算脫碳速度，通過煉鋼過程中排除的廢氣成分和流量，為計算轉爐內瞬時鋼液殘留碳的含量提供信息，從而確定轉爐中的含碳量，此法不僅使轉爐內含碳量的測量精度大大提高，而且為自動化檢測技術提供了有利的數據，避免了傳統人工工作模式，提高了工作效率和鋼產品的質量。

3.2.2轉爐煉鋼自動化技術

轉爐煉鋼自動化技術主要包括控制技術、人工智能技術以及對煉鋼模型的研究，主要是指轉爐煉鋼過程中以計算機技術為媒介對檢測技術所顯示煉鋼生產過程中轉爐內原料不足、廢氣過多、溫度不準等原因進行自動化調整。

1）控制技術。控制系統的主要功能是估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度，一般為動態控制模型和反饋計算模型兩個模塊，動態控制模型能夠分析出需要的氧氣量和冷卻劑齡，并根據過程中檢測的各項數據，估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度；反饋計算模型能分析出動態控制模型中的估算誤差，并實施適度的調整。

2）數學模型。轉爐煉鋼的動靜態控制都是以數學模型為基礎的，例如現在比較常見的動態控制是在化學平衡和熱平衡的基礎上發展而來的，通過建立靜態的數學模型，計算得到起始的氧流量、氧槍高度等參數，再于吹煉操作中，利用副槍檢測的信息來調整控制參數，最終實現自動化的過程控制。

3）人工智能技術。人工智能技術是基于計算機科學技術通過模擬、延伸和擴展人的智能方法發展起來的一項技術，其主要是針對煉鋼過程中一些需要人為處理的工作，通過計算機科學技術模擬進行操作，從而減少勞動力，提高生產效率和產品質量，進而實現鋼鐵企業智能化的進程。

4.結束語

隨著自動化控制技術在煉鋼行業的不斷發展與應用，轉爐煉鋼自動化水平得到了進一步提高，因為為了實現煉鋼“高質、高效、節能、環保”，應大力發展轉爐煉鋼自動化控制技術。

參考文獻

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