新鋼公司第二煉鋼廠 許才盛

摘 要:現(xiàn)階段，我國(guó)雖大力發(fā)展工業(yè)，但轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)一直尚未得到優(yōu)化與完善，大產(chǎn)量下的鋼鐵質(zhì)量較低，且制作的工藝成本較高，與我國(guó)倡導(dǎo)的綠色節(jié)能的高質(zhì)量發(fā)展理念相背離，無(wú)法將我國(guó)煉鋼工業(yè)推向更高的舞臺(tái)與市場(chǎng)?；诖?，我國(guó)煉鋼企業(yè)不斷加大對(duì)煉鋼技術(shù)的科研投入，試驗(yàn)并投入使用生產(chǎn)處符合國(guó)際市場(chǎng)規(guī)定的高質(zhì)量、低成本、低耗能的鋼鐵產(chǎn)品。本文主要就轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)展開分析論述，希望能給相關(guān)企業(yè)帶來(lái)進(jìn)一步的幫助與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)爐煉鋼;自動(dòng)化控制;應(yīng)用技術(shù);工藝系統(tǒng)

在鋼鐵生產(chǎn)加工過(guò)程中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，有利于顯著提高煉鋼質(zhì)量，加快推動(dòng)我國(guó)的鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)改革進(jìn)程，由此節(jié)約煉鋼過(guò)程中所耗費(fèi)的資源能源，促成我國(guó)的生態(tài)綠色環(huán)保?，F(xiàn)如今，經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，推動(dòng)著高新科技深入研究、更新?lián)Q代，并通過(guò)一定程度地研究試驗(yàn)，成功應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)方面，有效提升著鋼鐵的生產(chǎn)效率。除此之外，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用有賴于數(shù)學(xué)模式下的各類煉鋼系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算、編程功能來(lái)調(diào)整參數(shù)，避免人為的失誤與物力的損耗，逐步走上煉鋼現(xiàn)代化、自動(dòng)化的道路。

一、轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)簡(jiǎn)析

鏈路煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)主要可分為兩大類，其中包括轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝以及自動(dòng)化控制技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是使用鐵水、廢鋼、鐵合金等原材料，在轉(zhuǎn)爐中利用鐵液的物理散熱以及鐵液組分間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)生成熱量，并實(shí)現(xiàn)煉鋼行為的一項(xiàng)煉鋼工藝。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝是我國(guó)相對(duì)傳統(tǒng)的煉鋼工藝之一，生產(chǎn)過(guò)程變量多、生產(chǎn)條件較惡劣、易受外界環(huán)境影響等都是轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的弊端，導(dǎo)致最終的鋼鐵質(zhì)量不盡如人意。而自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠在煉鋼控制的技術(shù)上，加之現(xiàn)代化信息技術(shù)，準(zhǔn)確及時(shí)地監(jiān)測(cè)出煉鋼行為中的變量，并加以調(diào)節(jié)控制。因?yàn)樽詣?dòng)化控制技術(shù)涉及到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，可以有效地降低人工成本，提高生產(chǎn)容錯(cuò)率，因此是當(dāng)前煉鋼企業(yè)的不二之選。有效提高了整個(gè)社會(huì)的煉鋼效率與參數(shù)控制有效率。

二、在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際意義

（一）有效降低生產(chǎn)耗能、提高煉鋼效率

現(xiàn)如今，我國(guó)再三強(qiáng)調(diào)循環(huán)、綠色、節(jié)能、降耗的環(huán)保理念，不斷推動(dòng)各行各業(yè)朝著去產(chǎn)能、降耗能方向發(fā)展?；诖?，作為高耗能、高產(chǎn)能的行業(yè)代表——鋼鐵領(lǐng)域，更加要注重降低生產(chǎn)能耗，推動(dòng)煉鋼過(guò)程朝綠色節(jié)能方向發(fā)展。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能有效降低能耗，減輕廢鋼等試錯(cuò)率，降低資源的浪費(fèi)幾率與環(huán)境的污染狀況。自動(dòng)化控制技術(shù)不僅是鋼鐵企業(yè)高質(zhì)量、低耗能的發(fā)展目標(biāo)，更是有效提升自家企業(yè)綜合實(shí)力的技術(shù)支持，能夠幫助自家企業(yè)能夠在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)與國(guó)際市場(chǎng)上拼殺出一席之地。

（二）有效增強(qiáng)了鋼鐵的穩(wěn)定性與鍛造質(zhì)量

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝加上自動(dòng)化控制技術(shù)，能夠最大程度地降低原材料煉鋼的廢棄率，這也是轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本、提升鋼鐵成品的使用性能與質(zhì)量是鋼鐵企業(yè)所追求的。因此，鋼鐵企業(yè)現(xiàn)階段正不斷引入并使用自動(dòng)化控制技術(shù)，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)達(dá)到綠色環(huán)保的社會(huì)效益要求。以此同時(shí)，由于自動(dòng)化技術(shù)依賴的是能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，還能夠在一定程度的結(jié)合與飛躍。有效縮短煉鋼周期，提高命中率與材料使用率，降低對(duì)外污染上增強(qiáng)鋼鐵材料的穩(wěn)定性能與成品質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝在質(zhì)量與性能雙方的質(zhì)。

三、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制中的主要應(yīng)用技術(shù)

（一）轉(zhuǎn)爐煉鋼的檢測(cè)技術(shù)

1、廢氣檢測(cè)

在現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化控制中心采用的廢棄檢測(cè)方式主要是爐定碳法。檢測(cè)的氣體主要來(lái)自轉(zhuǎn)爐中的煉鋼廢氣，該氣體具有一定的毒性，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成破壞，危害到周邊生態(tài)，需要提前做好檢測(cè)，經(jīng)過(guò)稀釋等一系列處理達(dá)標(biāo)后才能排放。檢測(cè)過(guò)程中，需要提前計(jì)算好處理廢氣所需的脫氮、脫碳參數(shù)，并加以明確轉(zhuǎn)爐設(shè)備內(nèi)是否還存在大濃度碳元素。通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)將檢測(cè)信息，包括鋼水的碳含量、鋼水的主要成分對(duì)外顯示。

2、副槍檢測(cè)

在鋼材生產(chǎn)的過(guò)程中，檢測(cè)是必不可少的環(huán)節(jié)，主要是依靠相關(guān)儀表設(shè)備來(lái)檢測(cè)溶鋼成分、液面高度、溶鋼溫度等煉鋼過(guò)程的對(duì)應(yīng)參數(shù)，并做好及時(shí)地觀察與記錄，為之后煉鋼過(guò)程中應(yīng)添加、控制的環(huán)節(jié)提供參數(shù)信息支持。轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氫氣、一氧化碳、氮?dú)獾葟U氣，除了爐定碳法之外還可以通過(guò)副槍檢測(cè)技術(shù)來(lái)分析廢氣，測(cè)定其脫碳速度。并明確廢氣的主要成分與排放流量，進(jìn)而計(jì)算出轉(zhuǎn)爐內(nèi)的含碳量。副槍技術(shù)與爐定碳法相比，檢測(cè)含碳量的精確性更好，數(shù)據(jù)支撐力度更大，能夠有效提高鋼材成品的質(zhì)量與制作效率。

（二）轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制技術(shù)

1、自動(dòng)化控制

轉(zhuǎn)爐煉鋼中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的安裝應(yīng)用上。轉(zhuǎn)爐上的控制系統(tǒng)自帶吹煉含碳量、熔鋼溫度等參數(shù)的估算性能。主要是通過(guò)動(dòng)態(tài)控制模型、反饋計(jì)算模型這兩種常見(jiàn)的控制模型來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。其中，動(dòng)態(tài)控制模型是利用計(jì)算機(jī)的信息收集功能來(lái)建立信息分析的模型，具備一定的實(shí)時(shí)性與動(dòng)態(tài)性，檢測(cè)精準(zhǔn)度較高。主要檢測(cè)分析爐內(nèi)的所需氧氣以及冷卻劑。檢測(cè)內(nèi)容更偏向檢測(cè)氧氣與合金的占比變化，需要工作人員介入，并依靠?jī)x表檢測(cè)出的過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行吹煉終點(diǎn)含碳量、熔鋼溫度的終計(jì)算。反饋計(jì)算模型主要是起到分析上述過(guò)程誤差并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)的作用。該模型建立在檢測(cè)結(jié)果的二次檢測(cè)上，通過(guò)重復(fù)的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差縮小的目的。

2、人工智能控制

在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用的如今，轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝也得到了人工智能的幫助，并在實(shí)際生產(chǎn)中逐漸代替了人力勞動(dòng)，將人工作業(yè)轉(zhuǎn)化為人工機(jī)械的模式。是有效降低人力成本，減少人為失誤，提高煉鋼效率與質(zhì)量，提高社會(huì)生產(chǎn)力的主要措施。

四、轉(zhuǎn)爐設(shè)備中的自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)

（一）轉(zhuǎn)爐煉鋼中的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)

數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的主要功能是針對(duì)轉(zhuǎn)爐設(shè)備煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的氧氣、冷卻劑、輔料等的消耗變量的計(jì)算分析。數(shù)學(xué)模型，顧名思義是建立在煉鋼過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)以及質(zhì)量守恒定律上發(fā)生作用的系統(tǒng)。比如，該系統(tǒng)可以根據(jù)煉鋼反應(yīng)時(shí)的廢渣樣品的溫度、重量、成分以及鋼液所占比例等，分析計(jì)算出鋼液中的各重點(diǎn)元素含量，為后期分辨鋼液的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)做準(zhǔn)備。以此同時(shí)，還能依據(jù)鋼液的成分，反推出煉鋼過(guò)程中應(yīng)加入到轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鐵水量與輔料量。

（二）轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效使用，依靠的是人工的及時(shí)上報(bào)與處理。過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備主要通過(guò)監(jiān)控顯示屏、控制柜、自動(dòng)報(bào)警器等裝置來(lái)完成一系列監(jiān)測(cè)、運(yùn)行、上報(bào)行為的。其中，顯示屏顯示儀表數(shù)值，工作人員通過(guò)控制柜發(fā)出指令，對(duì)部分超標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)出警報(bào)。

（三）轉(zhuǎn)爐煉鋼中的

PLC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的核心便是PLC控制技術(shù)，對(duì)應(yīng)的裝置是可編程邏輯控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)屬于從微處理器演變而來(lái)的新型工業(yè)控制系統(tǒng)，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。其中，PLC控制器屬于可編程的處理器，可用于存儲(chǔ)內(nèi)部控制程序、編程運(yùn)算邏輯、制定順序或定時(shí)、計(jì)數(shù)等工作。PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，常常會(huì)按照提前編程好的內(nèi)部程序來(lái)制定指令，通過(guò)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的形式來(lái)將指令運(yùn)送至壓力泵、電閥門等地，控制執(zhí)行單位根據(jù)一定的指令完成操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一系列的自動(dòng)化控制行為。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，吹煉、供氧、副槍、配料等工藝流程都可以通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)完成行為。

（四）轉(zhuǎn)爐煉鋼中的計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)控制的意義在于對(duì)煉鋼數(shù)學(xué)模型的各類參數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)際調(diào)整；利用計(jì)算機(jī)的編程功能對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行編輯；對(duì)各類傳感器、監(jiān)測(cè)儀表上檢測(cè)到的溫度、質(zhì)量、時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)信息進(jìn)行收集與存儲(chǔ)，并提供調(diào)取與調(diào)閱的功能以便進(jìn)行參數(shù)變化監(jiān)控；成為PLC程序與執(zhí)行單元間的傳輸橋梁，將操作信息與執(zhí)行完成度反饋到計(jì)算機(jī)顯示屏上。

五、轉(zhuǎn)爐煉鋼中自動(dòng)化控制的實(shí)際工藝流程及其作用

（一）轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化的供氧控制

供氧系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化工藝中起到控制氧槍位置、調(diào)節(jié)氧槍供氧量等作用，是結(jié)合數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)收集、動(dòng)態(tài)控制等行為操作的系統(tǒng)。氧槍位置可根據(jù)監(jiān)測(cè)儀表反饋的參數(shù)進(jìn)行自由移動(dòng)，對(duì)特定的待供氧部位進(jìn)行噴射?；蛘{(diào)整氧槍供氧量達(dá)到降低爐內(nèi)含氧量、提高鋼材純度的目的。供氧系統(tǒng)的實(shí)時(shí)收集功能，可配合相應(yīng)程序來(lái)控制其與鋼液液面的距離。

（二）轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化的原料供應(yīng)

原料控制系統(tǒng)是負(fù)責(zé)鐵水與其他輔料稱重的自動(dòng)化系統(tǒng)。其中包含了專業(yè)的稱重設(shè)備，對(duì)鐵水進(jìn)行自動(dòng)化地稱重，應(yīng)提前做好去皮稱重設(shè)定，完成對(duì)鐵水的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范稱重。稱重結(jié)束后，需配合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算功能，根據(jù)其提供的配比量進(jìn)行上料控制，自動(dòng)化地完成稱重、上料、配比等系列動(dòng)作，最終達(dá)成原料配比科學(xué)精準(zhǔn)的效果。是有效提升鋼材冶煉質(zhì)量的重要組成部分。

（三）轉(zhuǎn)爐煉鋼中自動(dòng)化控制的實(shí)際作用

1、精確檢測(cè)廢鋼、鐵水等的質(zhì)量

廢鋼、鐵水等工業(yè)生產(chǎn)廢料會(huì)對(duì)人體造成危害，如遇操作不當(dāng)更有可能威脅生命。因此，對(duì)于該類物質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)化稱重更為智能且高效，操作相對(duì)安全精準(zhǔn)。轉(zhuǎn)爐煉鋼的工作條件相對(duì)惡劣，稱重時(shí)需要控制吊車對(duì)裝有鐵水的爐缸、廢鋼槽進(jìn)行裝料，并利用多種壓力重量傳感器來(lái)檢測(cè)其去皮重量，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)傳輸回顯示器顯示、記錄，存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。

2、執(zhí)行對(duì)電氣系統(tǒng)的控制

自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，依賴的是完備的電氣控制系統(tǒng)以及持續(xù)的電能供應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化控制的安全性與穩(wěn)定性，煉鋼車間一般會(huì)配備起到應(yīng)急處理的預(yù)備電氣控制系統(tǒng)。而該部分的系統(tǒng)控制需要獨(dú)立成型，以滿足應(yīng)急需求。一般分布在轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的六個(gè)散料倉(cāng)內(nèi)，利用料倉(cāng)分布四角的壓式稱重傳感器對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量參數(shù)的稱重與顯示。

六、結(jié)束語(yǔ)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝基礎(chǔ)上應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，是大大提升煉鋼生產(chǎn)工藝，提高煉鋼行業(yè)的社會(huì)生產(chǎn)率，推動(dòng)我國(guó)煉鋼工業(yè)朝自動(dòng)化、現(xiàn)代化、智能化方向發(fā)展的重要舉措。符合我國(guó)倡導(dǎo)的綠色可持續(xù)發(fā)展理念，希望在今后的企業(yè)發(fā)展中，能夠不斷創(chuàng)新科技、優(yōu)化生產(chǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、高效、高質(zhì)的鋼材生產(chǎn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

[1]樊利智，張覺(jué)靈，曹喜軍，胡建利，習(xí)娜娜.轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)及其系統(tǒng)綜述[J].山西冶金，2017，40（6）：54-55， 115.

 [2]孫鳳梅，劉飛，程奎生，等.沙鋼180t轉(zhuǎn)爐自動(dòng)煉鋼控制工藝的建立與實(shí)踐[J].中國(guó)冶金，2013（12）：34-38.

[3]李小平.轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)過(guò)程預(yù)設(shè)定模型的混合建模與預(yù)報(bào)[J].天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，24（8）：715-718.

[4]王永富，李小平，柴天佑，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)過(guò)程預(yù)設(shè)定模型的混合建模與預(yù)報(bào)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（8）：25.

[5]TIANChao，WUMin，CAOWei-hua. DesignofSynthesisAu‐ tomaticControlSystemForSteel-makingConverter[J]. Automationan‐ dInstru－mentation，2005，20（6）：1-3，8.