轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)研究

金鑫

【摘要】：由于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)環(huán)境惡劣、過程復(fù)雜，并且工作期間難以精確地進行連續(xù)不斷的測量，因而采用常規(guī)過程控制的方法對其進行控制難度大，而僅憑人工經(jīng)驗控制煉鋼終點又難以保證鋼材產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、操作穩(wěn)定和低能耗，這與當(dāng)前鋼鐵市場低成本高質(zhì)量的要求相距甚遠(yuǎn)，而若想提高產(chǎn)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(chǎn)進行精準(zhǔn)的自動化控制，只有這樣才能提高煉鋼生產(chǎn)效率和鋼鐵成品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動化技術(shù)；自動化控制

【引言】目前我國的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出來的鋼材質(zhì)量不高，能耗卻不少，并且鋼材種類也較少，缺少精品鋼與特種鋼這兩類的鋼材。面對激烈的國際競爭，我國鋼鐵企業(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)，運用現(xiàn)代化的自動控制技術(shù)來提升轉(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鋼鐵企業(yè)在國際市場競爭中享有價格優(yōu)勢，讓我們在國際市場中占有一席之地。

1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料為鐵水、廢鋼、鐵合金，通過鐵液的物理熱和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼，并將鐵水和廢鋼冶煉成鋼水。上述過程主要在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中完成，其中，會對煉鋼產(chǎn)生的煤氣和水蒸汽進行同收再利用。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐是目前使用較為普遍的煉鋼設(shè)備，具有生產(chǎn)速度快、單爐產(chǎn)量高、成本低的特點。轉(zhuǎn)爐的主要工藝設(shè)備包括轉(zhuǎn)爐本體、氧槍升降、汽化冷卻、煤氣同收系統(tǒng)等，輔助工藝設(shè)備包括鋼包車、鋼渣車、吹氧、氮封、氣動系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)等。

2轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動控制操作

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)鑄錠四個工序或車間其控制內(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)鑄錠這四個步驟或是車間，它主要的控制內(nèi)容有以下幾個：（1）鐵水預(yù)處理自動控制：高爐爐前鐵水脫硅、噴吹法與攪拌法鐵水單脫硫自動控制等。（2）轉(zhuǎn)爐自動控制：供氧系統(tǒng)爐體傾動、底吹系統(tǒng)、爐口微差壓、副原料輸運與材料投放系統(tǒng)、燃?xì)饣厥障到y(tǒng)等自動控制。（3）電弧爐自動控制：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)斷水自動保護等）、排煙與除塵系統(tǒng)等。（4）爐外精煉自動控制：控制VOD爐真空處理裝置、LF鋼包精煉爐控制、運用CAS密封吹氬微調(diào)裝置的控制、真空鋼包噴粉脫硫控制等。（5）無間斷鑄鋼自動控制：設(shè)備運作與停止順序與鑄坯的跟控與定長切割、打標(biāo)號、鑄建速度、壓力、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控制，開澆、中間包鋼水液位和保護渣加入控制等。

3轉(zhuǎn)爐煉鋼過程自動化控制功能及關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)主要分為廢氣分析檢測技術(shù)和副槍監(jiān)測技術(shù)兩部分。在轉(zhuǎn)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(shù)的前提，只有對儀表進行科學(xué)合理的設(shè)置檢查，才能及時準(zhǔn)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(shù)，以此為基礎(chǔ)，我們的自動化控制才能得到有效的實施。

3.1.1廢氣分析檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)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(nèi)的指標(biāo)參數(shù)，但是這種方法受制于各方面的原因，其準(zhǔn)確性相對較低，誤差較大，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在的需求。

3.1.2副槍檢測技術(shù)。該技術(shù)是通過一定的副槍設(shè)備來實現(xiàn)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(shù)，而且獲得了很好的實際效果。

轉(zhuǎn)爐煉鋼廢氣檢測主要使用爐氣定碳法和副槍技術(shù)相結(jié)合，以副槍測定為主，結(jié)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(zhuǎn)爐內(nèi)瞬時鋼液殘留碳的含量提供信息，從而確定轉(zhuǎn)爐中的含碳量，此法不僅使轉(zhuǎn)爐內(nèi)含碳量的測量精度大大提高，而且為自動化檢測技術(shù)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(zhì)量。

3.2人工經(jīng)驗控制技術(shù)

早期的冶煉工藝大都是人工操作，一般的技術(shù)工也都是技術(shù)人員根據(jù)以往的經(jīng)驗進行的，這種方法精確度較低，應(yīng)用的范圍較窄，就拉碳補吹法來說，它主要是根據(jù)冶煉時爐內(nèi)材料的特征狀態(tài)來判斷耗氧量和碳化率，存在很大的誤差，一般只適用于含碳量較高的鐵礦物的鍛造。而另一種人工經(jīng)驗方法同樣是根據(jù)人工經(jīng)驗來衡量爐內(nèi)冶煉情況，一般適用于含碳量較低的鐵礦物的冶煉。隨著社會的進步，為了提高冶煉的效率，越來越先進的機械設(shè)備將逐漸代替人工經(jīng)驗操作。

3.3電弧爐電極升降控制

3.3.1數(shù)據(jù)測量。數(shù)據(jù)測量的主要內(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)器來進行弧流瞬時值的測量。但因為變壓器二次相電壓所反映的并非弧壓的值，而是電抗器上壓降之和，導(dǎo)致不能快速的測量出弧壓。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程中，感性壓降會發(fā)生無法估計的極大變化，這種變化無法校正，導(dǎo)致弧壓的測量出現(xiàn)誤差，工作點偏移，損壞爐壁。

3.3.2測算設(shè)定點與被控量。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功功率是必不可少的，這些數(shù)值根據(jù)變壓器電壓級和相應(yīng)弧阻的工作點而得來。工作點由計算機根據(jù)數(shù)學(xué)模型來設(shè)計計算，被控量數(shù)值的大多是根據(jù)電極的升降調(diào)整的方法來進行選擇。與弧流、弧有功以及弧阻的計算方法及控制方案所相對應(yīng)的是弧流控制、功率控制、阻抗控制。

結(jié)語

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的發(fā)展史說明社會在進步，技術(shù)也在朝著更加先進的方向發(fā)展，從人工經(jīng)驗到自動控制，我們在不斷應(yīng)用更加簡單的方法來實現(xiàn)利益最大化。目前，盡管一些小型轉(zhuǎn)爐的自動化程度較低，甚至一部分依然處于第一發(fā)展階段，但是轉(zhuǎn)型技術(shù)的自動化作為一種不可避免的時代潮流終將取代人工經(jīng)驗控制技術(shù)。

【參考文獻】

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