轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)研究

摘 要：我國(guó)作為工業(yè)大國(guó)，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)能力卻不夠，產(chǎn)出的鋼鐵質(zhì)量較低，生產(chǎn)成本較高，這與目前提倡的低成本高質(zhì)量的綠色生產(chǎn)觀念相悖，不利于我國(guó)鋼鐵行業(yè)向國(guó)際市場(chǎng)發(fā)展。針對(duì)此問(wèn)題，我國(guó)鋼鐵企業(yè)必須進(jìn)行技術(shù)革新，提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)，生產(chǎn)出符合國(guó)際市場(chǎng)要求的高質(zhì)低耗的產(chǎn)成品。為此，就需要我國(guó)鋼鐵企業(yè)加緊研究轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)，文章就如何提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)展開(kāi)了一系列探討與研究。

關(guān)鍵詞：煉鋼技術(shù)；轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動(dòng)化控制

引言

近年來(lái)，隨著國(guó)際鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，低價(jià)高質(zhì)的鋼鐵不斷流入國(guó)內(nèi)，我國(guó)較國(guó)際相比較為落后的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)致我國(guó)鋼材的價(jià)格卻居高不下，使得我國(guó)的鋼鐵市場(chǎng)受到了巨大的威脅。在當(dāng)今的國(guó)際鋼材市場(chǎng)中，客戶(hù)對(duì)鋼材的質(zhì)量要求越來(lái)越高，愿意支付的價(jià)格卻在慢慢降低，目前我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出來(lái)的鋼材質(zhì)量不高，能耗卻不少，并且鋼材種類(lèi)也較少，缺少精品鋼與特種鋼這兩類(lèi)的鋼材。面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)鋼鐵企業(yè)要脫穎而出就這就迫使鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)不得不革新自己的生產(chǎn)技術(shù)，運(yùn)用現(xiàn)代化的自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的能力，使得產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)能力都得到大幅提升，只有這樣才能讓我國(guó)鋼鐵企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中享有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，讓我們?cè)趪?guó)際市場(chǎng)中占有一席之地。文章著重研究了轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)效果，以期通過(guò)運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，增加產(chǎn)品品種，增強(qiáng)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)控制操作

煉鋼區(qū)主要包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐或電爐、爐外精煉、連續(xù)鑄錠四個(gè)工序或車(chē)間其控制內(nèi)容如下：

在煉鋼區(qū)，主要有鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐或電爐、爐外精煉、連續(xù)鑄錠這四個(gè)步驟或是車(chē)間，它主要的控制內(nèi)容有以下幾個(gè)：（1）鐵水預(yù)處理自動(dòng)控制：高爐爐前鐵水脫硅、噴吹法與攪拌法鐵水單脫硫自動(dòng)控制等。（2）轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制：洪氧系統(tǒng)爐體傾動(dòng)、底吹系統(tǒng)、爐口微差壓、副原料輸運(yùn)與材料投放系統(tǒng)、燃?xì)饣厥障到y(tǒng)等自動(dòng)控制。（3）電弧爐自動(dòng)控制：廢鐵廢鋼、散裝材料、配料、噴碳粉、電弧爐本體（氧氣燃燒幫助熔鐵熔鋼、吹氧槍、爐內(nèi)壓、控制電極等自動(dòng)控制、冷卻水流量、壓為、熱度與溫差的監(jiān)控，鍋爐、斷網(wǎng)斷水自動(dòng)保護(hù)等）、排煙與除塵系統(tǒng)等。（4）爐外精煉自動(dòng)控制：控制AOD爐和相對(duì)濕度真空處理裝置、LF鋼包精煉爐真空的控制、運(yùn)用CAS-OB法密封吹氧微調(diào)裝置的控制、真空鋼包噴粉脫硫控制等。（5）無(wú)間斷鑄鋼自動(dòng)控制：設(shè)備運(yùn)作與停止順序與鑄坯的跟控與定長(zhǎng)切割、打標(biāo)號(hào)、鑄建速度、壓為、結(jié)晶器鋼水溫度、結(jié)晶器冷卻水流量、結(jié)晶器鋼水液體位置等自動(dòng)控制，開(kāi)澆、中間包鋼水液位和保護(hù)渣加入控制等。

2 原料的配比稱(chēng)量與控制

2.1 廢棄鋼材的配比

使用平臺(tái)電子稱(chēng)將本次配比完成的廢棄鋼材的品種、單一品種的重量與總重量等信息輸入進(jìn)電爐的控制系統(tǒng)PLC或是DCS中去，爐鋼會(huì)根據(jù)鍋爐內(nèi)容與廢棄鋼材的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行單批次或是多批次的配料。

2.2 散裝配料的測(cè)控

我們將冶金用礦石、焦炭粉、石灰粉、幫助鋼鐵熔化和修補(bǔ)鍋爐時(shí)所使用的粉狀及顆粒裝的原料稱(chēng)作為散裝料，這些散裝料使用PLC來(lái)控制管理，它主要的作用有：根據(jù)冶煉時(shí)爐內(nèi)所需的原料與重量來(lái)進(jìn)行輸料；根據(jù)所選計(jì)劃通過(guò)給料機(jī)將原料運(yùn)輸給稱(chēng)量斗，并對(duì)這些原料的種類(lèi)、重量及給料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，供給原料的速度在原料重量小于原本設(shè)定的90%時(shí)加快，在達(dá)到90%時(shí)速度減慢，當(dāng)達(dá)到原設(shè)定值的100%時(shí)停止給料；對(duì)下料進(jìn)行控制，當(dāng)稱(chēng)量斗將所需物料配好之后，位于稱(chēng)量斗下方的給料機(jī)就會(huì)將配料放至膠帶運(yùn)輸機(jī)上運(yùn)送進(jìn)爐內(nèi)；可以一次配比多種原料，大大縮短了配料所需時(shí)間；將本次運(yùn)輸進(jìn)爐內(nèi)的原料信息傳送到電弧爐的總控制系統(tǒng)中去。

3 電弧爐爐體控制

3.1 氧燃助熔控制

為了降低鋼鐵在熔化期間所需的電耗與減少鋼鐵熔化時(shí)間，在電弧爐內(nèi)配有氧氣與燃料助熔物料。一般助熔所使用的燃料為：天然氣、焦油與廢油、煤炭粉等。氧氣燃燒助熔系統(tǒng)是由給定器來(lái)控制氧氣的流量與配比，通過(guò)壓為與溫度來(lái)計(jì)算燃燒中所需要的燃?xì)馀c氧氣流量。

3.2 吹氧控制

目前所擁有的吹氧方式有兩種：一是使用自耗式鋼管由電弧爐門(mén)往熔化池吹氧；二是通過(guò)升降機(jī)從電弧爐的頂部往熔化池內(nèi)吹氧。自耗式鋼管的檢測(cè)與控制與轉(zhuǎn)爐相類(lèi)似，將氧氣一次性壓為可自動(dòng)控制的流量，再根據(jù)熔化池內(nèi)的剛睡溫度與所含碳量的多少由計(jì)算機(jī)或者是工作人員計(jì)算出所需氧流量。在吹氧過(guò)程中，壓為系統(tǒng)自動(dòng)控制來(lái)穩(wěn)定壓為，吹氧人操控鋼管按計(jì)算出的流量來(lái)完成吹氧。升降式吹氧方法的吹氧信號(hào)是從吹氧槍所在位置發(fā)出，它的吹氧過(guò)程與自耗式相同。

3.3 爐內(nèi)煙塵控制

在電弧爐內(nèi)，煙道與排煙口之間是有一定空隙的，這是因?yàn)榕艧熆谂c電弧爐會(huì)一起搖動(dòng)，無(wú)法做到與煙道無(wú)縫連接。并且爐內(nèi)也需要空氣幫助煙氣中的可燃物質(zhì)在煙道管中燃燒完成，等這些物質(zhì)冷卻后除塵系統(tǒng)可以完成除塵，達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)后再由機(jī)器將這些物質(zhì)排入大氣。

3.4 電弧爐電極升降控制

3.4.1 數(shù)據(jù)測(cè)量。數(shù)據(jù)測(cè)量的主要內(nèi)容是電弧弧壓與弧流，大多是用變壓器二次的電流交互感應(yīng)器來(lái)進(jìn)行弧流瞬時(shí)值得測(cè)量。但因?yàn)樽儔浩鞫蜗嚯妷核从车牟⒎腔旱闹担请娍蛊魃蠅航抵停瑢?dǎo)致不能快速的測(cè)量出弧壓。在電抗器中的壓降包含感性壓降與阻性壓降兩部分。感性壓降是與三相電流的變化相關(guān)聯(lián)的，它較為多變且數(shù)值偏大。在日常的鋼鐵冶煉過(guò)程中，感性壓降會(huì)發(fā)生無(wú)法估計(jì)的極大變化，這種變化無(wú)法校正，導(dǎo)致弧壓的測(cè)量出現(xiàn)誤差，工作點(diǎn)偏移，損壞爐壁。

3.4.2 測(cè)算設(shè)定點(diǎn)與被控量。為了能充分利用變壓器的內(nèi)容量，精準(zhǔn)的設(shè)定電弧爐的有功功率與無(wú)功功率是必不可少的，這些數(shù)值根據(jù)變壓器電壓級(jí)和相應(yīng)弧阻的工作點(diǎn)而得來(lái)。工作點(diǎn)由計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算，被控量數(shù)值的大多是根據(jù)電極的升降調(diào)整的方法來(lái)進(jìn)行選擇。與弧流、弧有功以及弧阻的計(jì)算方法及控制方案所相對(duì)應(yīng)的是弧流控制、功率控制、阻抗控制。

3.4.3 調(diào)節(jié)器計(jì)算。現(xiàn)在所流行的是以IER型算法為基礎(chǔ)并進(jìn)行改進(jìn)的積分誤差調(diào)節(jié)器，它將以往的調(diào)節(jié)器進(jìn)行了升級(jí)，將積分運(yùn)用到了小誤差信號(hào)區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)小誤差時(shí)它不會(huì)立即對(duì)誤差進(jìn)行處理，而是等誤差累積并達(dá)到可調(diào)限定點(diǎn)時(shí)在對(duì)誤差進(jìn)行修正，并選得較大的增益，使得出現(xiàn)大誤差時(shí)不以放棄小誤差的穩(wěn)定值為代價(jià)，卻能夠迅速調(diào)整，這極大提高了精準(zhǔn)度。這種增益還能夠根據(jù)冶煉的不同階段的差異來(lái)獲取相異值。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，要完成轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制，其本質(zhì)就是要能做到“高產(chǎn)低耗”，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須要全面實(shí)施與運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)。我們應(yīng)該要充分利用轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高我們的鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，讓鋼水鐵水盡量保持恒溫，降低鋼鐵成分的波動(dòng)，提高燃?xì)饣厥帐褂寐剩瑸槠髽I(yè)創(chuàng)造更多的盈利空間。隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在未來(lái)，轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)必定會(huì)更加成熟，可以利用光學(xué)等技術(shù)來(lái)對(duì)爐內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與監(jiān)控等。這些新興的科技與人工智能在未來(lái)都將為鋼鐵生產(chǎn)帶來(lái)新鮮動(dòng)力，從而使得我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展與提升。

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