轉爐煉鋼的自動化控制技術研究

焦鵬飛

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，自動化控制技術在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了積極的助推應用，而在煉鋼行業(yè)，轉爐煉鋼自動化技術也得到了廣泛的應用，不僅節(jié)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(yōu)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

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.028

1 引言

近年來，國際鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅生產(chǎn)的鋼材質量高，而且在煉鋼過程中能源消耗低，這對我國鋼鐵企業(yè)造成了巨大壓力，使我國鋼材行業(yè)在國際鋼材市場間的競爭中很難有一席立足之地。因此，我國鋼鐵企業(yè)必須盡快加強煉鋼技術的改造，通過自動化控制技術在轉爐煉鋼中的應用，提高鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力和鋼材質量，確保我國鋼鐵企業(yè)在國際鋼鐵行業(yè)中的有利競爭地位。

2 轉爐煉鋼自動化控制技術概述

轉爐煉鋼自動化控制技術在計算機信息網(wǎng)絡技術、工業(yè)控制技術為基礎發(fā)展起來的一種技術，傳統(tǒng)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(fā)生化學反應產(chǎn)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(jù)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(tài)數(shù)據(jù)，同時在吹煉后期檢測鋼水成分和溫度等參數(shù)，再通過二級計算機系統(tǒng)分析出動態(tài)模型調整數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)煉鋼的自動化控制，保證達到最終目標。

3 轉爐煉鋼自動化控制技術的重要意義

我國轉爐煉鋼自動化控制技術的目標是：在提高鋼鐵的質量和生產(chǎn)效率的前提下，最大限度的降低成本、節(jié)約能源、科學環(huán)保，使我國鋼鐵市場在國際鋼鐵市場競爭中利于不敗之地。在自動化控制技術的前提下提高煉鋼的終點命中率、改善鋼水質量、降低生產(chǎn)成本和提高能源利用率，從而提高鋼鐵的生產(chǎn)效率和鋼材質量。

自動化轉爐煉鋼技術采用動態(tài)控制轉爐氣體連續(xù)分析系統(tǒng)和副槍測溫系統(tǒng)相互結合，增加了轉爐氣體和溫度達到終點的幾率，從而大幅度的提高終點控制命中效率。為了提高鋼水質量，在氣體補吹過程中應盡量減少氧氣含量，避免鋼水氧化，提高鋼的純度。通過提高終點命中率和降低補吹率，從而縮短了冶煉時間，增加了鋼液溫度和成分的穩(wěn)定性，為連續(xù)鑄鋼創(chuàng)造了條件；同時，在自動化轉爐煉鋼技術的支持下，取消了一次性副槍確定氧含量及定碳頭的能源消耗，降低鋼中的含氧量，減少了爐渣中鐵合金的含量，從而提高了原料的利用率，降低了煉鋼生產(chǎn)成本。

4 轉爐煉鋼過程自動化控制功能及關鍵技術分析

4.1 轉爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能

第一，實現(xiàn)廢鋼、鐵水質量的稱量控制。由轉爐煉鋼工作環(huán)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(shù)據(jù)，并及時進行記錄。

第二，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(tǒng)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(jiān)測畫面在儀表器中顯示。

第三，轉爐煉鋼系統(tǒng)對儀表監(jiān)視的控制。計算機的監(jiān)測畫面是儀表部分的網(wǎng)絡服務器，通過適配器從儀表中讀取監(jiān)測廢鋼、鐵水等原料的使用數(shù)據(jù)；同時，監(jiān)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(shù)據(jù)，供其對氮氣、氧氣、冷卻水進行調整。

4.2 轉爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)關鍵技術

第一，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(jiān)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(shù)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(shù)據(jù)支持，這其中檢測儀表是自動化煉鋼檢測技術的前提，以此為基礎，我們的自動化控制才能得到有效的實施。

第二，廢氣分析檢測技術。轉爐煉鋼技術在煉鋼過程中主要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等廢氣，傳統(tǒng)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(shù)，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(jīng)難以滿足現(xiàn)在的需求。

第三，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(shù)據(jù)，避免了傳統(tǒng)人工工作模式，提高了工作效率和鋼產(chǎn)品的質量。

4.3 轉爐煉鋼自動化技術

第一，控制技術。控制系統(tǒng)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(tài)控制模型和反饋計算模型兩個模塊，動態(tài)控制模型能夠分析出需要的氧氣量和冷卻劑齡，并根據(jù)過程中檢測的各項數(shù)據(jù)，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(tài)控制模型中的估算誤差，并實施適度的調整。

第二，數(shù)學模型。轉爐煉鋼的動靜態(tài)控制都是以數(shù)學模型為基礎的，例如現(xiàn)在比較常見的動態(tài)控制是在化學平衡和熱平衡的基礎上發(fā)展而來的，通過建立靜態(tài)的數(shù)學模型，計算得到起始的氧流量、氧槍高度等參數(shù)，再于吹煉操作中，利用副槍檢測的信息來調整控制參數(shù)，最終實現(xiàn)自動化的過程控制。

第三，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(fā)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，進而實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)智能化的進程。

5 結語

隨著自動化控制技術在煉鋼行業(yè)的不斷發(fā)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(xiàn)煉鋼“高質、高效、節(jié)能、環(huán)保”，應大力發(fā)展轉爐煉鋼自動化控制技術。

參考文獻：

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