轉爐煉鋼自動化技術的研究與發展

趙迎秋

【摘 要】我國鋼鐵企業的轉爐煉鋼技術能力相對較低，生產的產品質量不高，成本能耗偏高，這與國際市場對于低成本下的高質量產品要求背道而馳，顯然不利于我國的鋼鐵企業融入國際社會。因此，我國鋼鐵企業必須盡快改革轉爐煉鋼的技術，不斷提高生產能力，盡快生產出高質量，低能耗的產品來。這就需要我國鋼鐵企業重視轉爐煉鋼的自動化控制技術，深化此方面的研究與應用，才能促進我國鋼鐵企業的真正振興和騰飛。

【關鍵詞】轉爐煉鋼 自動化控制 一級系統

隨著計算機技術、檢測手段和冶金模型的不斷發展，通過數學建模和微機運算相結合，根據冶煉的相關初始信息和過程數據，就可以推算出轉爐中各主要反應的進行情況，從而進行相應PLC控制操作，使轉爐冶煉做到了有理可依，大大地提高了效率，并節省了人力和物力，這就是目前國內各鋼廠正廣泛推廣使用的自動化煉鋼技術。

1 轉爐自動化煉鋼系統簡介及其先進性

1.1 煙氣分析系統（模型）

LOMAS煙氣系統（Low Maintenance Gas Analyzing System ）即低維護量的煙氣在線連續分析系統，是整個系統的硬件部分，由采樣系統、氣體處理系統和分析系統組成。采樣系統是安裝在煙道上的兩個氣體采集探頭，一備一用。能夠利用采集處理后的多余氣體，對備用探頭進行自動反吹清潔。煙氣探頭取樣點初步定在27m～39m平臺間的煙道上。氣體處理系統和分析系統放置27m平臺上特制的小屋內，小屋的溫度和環境受到嚴格控制，以保證設備的使用壽命。探頭采集的氣體經過降溫除塵處理后送入分析系統中分析成分。LOMAS的氣體處理系統可以對溫度高達1800℃、煙塵含量高達100mg/m3的氣體進行處理，從而達到適合分析系統的條件。LOMAS的分析系統采用VG Prima型號的質譜儀，能夠在2s內迅速分析出煙氣中CO、CO2、O2、H2、N2、Ar等氣體含量，并且能達到較高的精度。

模型部分是整個系統的關鍵部分，西門子奧鋼聯的這套系統包含了多個模型：預計算、一次加料計算、二次加料計算、熔池液面計算、循環在線計算、DYNACON動態計算、補吹校正計算、合金加料計算、反饋計算等等，其中比較重要的是預計算模型、循環在線模型和DYNACON動態模型。

預計算模型是整合了加料計算、熔池液面計算和合金化計算等模型的靜態計算模型，它靜態的模擬了轉爐的整個冶煉過程。模型依據在程序中預先設定好的標準冶煉步驟SMP進行計算。標準冶煉步驟SMP是在模型中重要的一部分，它包含了冶煉時采用的加料制度和氧槍制度，并將冶煉過程劃分成了幾個階段，每個階段都有各自的目標值，便于過程的調整和控制。預計算模型根據實際加入的廢鋼和鐵水量，按照SMP中定義的氧槍及加料制度，計算所需加入的輔料量、吹氧量，并預測各個階段的終點值。當預計算結果顯示冶煉某個階段未能達到目標值時，會在界面上給操作工顯示出相應信息或警告，操作工據此調整實際操作參數如堿度、溫度等，以達到最好的冶煉效果。

1.2 一級系統

一級自動化系統的運用不但使得加料反應靈活迅速，并且使生產過程更加穩定。因此只需要一臺工程師站（計算機）就可以用來預先進行生產實際數據存儲、物料數據庫和模型參數的維護。操作工將根據不同的生產步驟的指導進行持續的可再生的生產，在一個舒適的用戶界面的幫助下開始一個爐次的生產和監督。一級過程控制電腦將會按照存儲的每個鋼種的生產制度（吹氧制度、底吹制度、加料制度等），執行操作工要求的操作。一級過程跟蹤功能會記錄所有必要的過程數據，方便過程工程師評估。這是生產高質量鋼產品所必需的。

2 國內外應用情況

目前在日本、德國的許多大型轉爐上都采用了副槍與煙氣分析結合使用的技術，如日本住友金屬公司、日本新日鐵、德國Thessenkrupp煉鋼廠等。這些鋼廠在采用了這些技術后，實現了完全自動化控制，不僅節省了人力物力，還提高了效率、產量，減少了噴濺和后吹。

本鋼引進的是美國達涅利的煙氣系統，其質譜儀也是VG Prima型磁扇式質譜儀。配合開發的計算模型，對于含碳量低于0.12%的爐次，其控制精度可達±0.02%，命中率為90%。副槍技術在國內應用較早，據了解，寶鋼在副槍技術控制下，終點一次命中率為80%～85%，補吹率在10%以下。最近幾年，國內也開始探討兩者相結合使用的全自動煉鋼技術，如本鋼、攀鋼的系統。

3 轉爐自動化煉鋼系統對自動化的要求

先進的自動化煉鋼技術的正常運轉，對我們各個環節都提出了更高的要求。

3.1 對信號質量的要求

對信號的質量的要求，主要體現在兩個方面：人員管理效率和設備控制精度。

（1）人員管理效率；自動煉鋼模式主要應用在吹煉過程中的自動控制，但前期準備和后續工作大多要人工來完成。前期計劃的下發要到位，脫硫站測溫取樣送樣要及時，樣品化驗要快速準確，等等。在吹煉過程中一助手不可以隨意切換至一級狀態，這會導致一級無法正確判斷出步驟狀態。加強管理和提高效率是我們用好這套系統的關鍵。為了保證可以及時獲得鐵水信息，加長了原有的測溫取樣槍，使得原來只能在天車吊包時進行的測溫取樣工作，能夠提前到出完鐵就進行，節省了時間，保證了鐵水信息的及時性。（2）設備控制精度；設備控制精度是為自動煉鋼計算準確向著更高的目標前進的前提和保障。自動煉鋼在調試期間，為了保證能夠獲得鐵水信息，大大提高了鐵水取樣的成功率，確保了鐵水成分的可獲得性。

3.2 對設計邏輯思路上合理性的要求

我們以前的很多設計思路，是按照要求、規定等人為主觀的原則進行設計的，但有些情況并不是主觀規定能夠預計到的。從自動煉鋼的工程中，我們可以學到拋開各種想象的可能性，轉為更為實際的數據獲取方式。

4 結語

轉爐自動化煉鋼是目前煉鋼產業的發展趨勢，是煉鋼企業節能降耗、提高產能的良好手段。充分引進吸收這類技術，對提高我國鋼產品質量，提高整體冶煉水平有著重要意義。學習先進技術的優點，我們可以從中收獲很多經驗，為我們以后工作水平的提供寶貴的參考和指導。

參考文獻：

[1] 王永富，李小平，柴天佑，謝書明.轉爐煉鋼動態過程預設定模型的混合建模與預報[J].東北大學學報，2003（8）.

[2] 謝書明，柴天佑，陶鈞.一種轉爐煉鋼動態終點預報的新方法[J].自動化學報，2001（1）.