邯寶煉鋼轉(zhuǎn)爐自動化控制技術(shù)

李景唐

摘要：2018年以來，國際鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅生產(chǎn)的鋼材質(zhì)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(qiáng)煉鋼技術(shù)的改造，通過自動化控制技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用，提高鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力和鋼材質(zhì)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。本文就此展開了論述。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動化；控制技術(shù)

1轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)概論

傳統(tǒng)煉鋼原料為鐵水、廢鋼、鈦合金等主要原料，結(jié)合鐵水產(chǎn)生的熱量和廢鋼、鐵合金高溫環(huán)境下的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)主要依靠人為控制的煉鋼過程。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，在這兩項技術(shù)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)逐漸發(fā)展起來。相對于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)來說，這種方式更多地以鋼鐵種類、鐵水重量、鋼水成分及溫度為基礎(chǔ)，通過二級計算機(jī)計算出氧槍吹煉高度、合金加入量、熔劑加入量、吹氧量、底吹量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，再根據(jù)煉鋼專家模型動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)煉鋼的自動化控制，保證達(dá)到最終目標(biāo)。

2轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制的優(yōu)勢

最多見的自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)關(guān)鍵是二級計算機(jī)控制體系，就是一級基礎(chǔ)性智能控制模塊和二級過程的智能控制模塊，其中一級基礎(chǔ)性智能控制模塊關(guān)鍵涵蓋了氧槍智能控制體系、底吹控制體系、轉(zhuǎn)爐智能化儀表系統(tǒng)、副槍智能控制體系、除塵智能控制體系等，二級過程性智能控制模塊關(guān)鍵包含數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、補(bǔ)吹校正運(yùn)算系統(tǒng)、報表打印系統(tǒng)等。這種轉(zhuǎn)爐煉鋼智能化控制體系可將過程中的參數(shù)集中顯示與管理，并創(chuàng)建強(qiáng)可視性的界面，顯示的內(nèi)容有模擬的工藝程序、趨勢曲線等，在減輕繁重工作的同時，還讓人直觀地認(rèn)識工藝與設(shè)備的運(yùn)營狀態(tài)。通過實際運(yùn)用匯總得出，運(yùn)用轉(zhuǎn)爐煉鋼智能化控制技術(shù)擁有絕對的技術(shù)優(yōu)勢，其體現(xiàn)出的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：一是超過一半的轉(zhuǎn)爐不需要后吹，直接將終點溫度和碳的命中率提升至90%；二是不再需要較長的冶煉周期，煉鋼速度也加快了；三是降低了30%噴濺率和3.5kg/t的石灰消耗率，同時使得鐵率上升了0.5%左右；四是對煉鋼工經(jīng)驗的依賴性大幅縮減，有助于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理水平的提升，顯著減少能耗，增加經(jīng)濟(jì)利潤。

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)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能

第一，實現(xiàn)廢鋼、鐵水質(zhì)量的稱量控制。由轉(zhuǎn)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包進(jìn)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，由補(bǔ)償接線盒顯示重量數(shù)據(jù)，同時能夠通過無線通訊技術(shù)將稱重數(shù)據(jù)傳輸至地面電腦，并及時進(jìn)行記錄分析。第二，對電氣控制的指示。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中考慮到有些電氣操作是應(yīng)急處理操作，關(guān)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(dú)立構(gòu)成。如自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼共有六個散裝料料倉，在散料質(zhì)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(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)對儀表監(jiān)視的控制。計算機(jī)的監(jiān)測畫面是儀表部分的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，通過傳感器從儀表中讀取監(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?dú)庖约袄鋮s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?dú)?、氧氣、冷卻水進(jìn)行調(diào)整。

3.2轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)中的檢測技術(shù)主要是監(jiān)測轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程。轉(zhuǎn)爐煉鋼中安裝了大量的儀器儀表及各類傳感器，收集煉鋼時的溫度、成分以及轉(zhuǎn)爐內(nèi)的煉鋼夜面，生產(chǎn)人員記錄好儀器儀表的參數(shù)，檢測技術(shù)中實時分析了轉(zhuǎn)爐煉鋼中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制過程提供了有效的數(shù)據(jù)支持，儀器儀表及傳感器技術(shù)是轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化的基礎(chǔ)支持，能夠有效控制自動化煉鋼的過程，預(yù)防轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化出現(xiàn)故障或缺陷。（2）廢氣分析檢測技術(shù)。廢氣分析檢測技術(shù)用于監(jiān)督轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制過程中產(chǎn)生的廢氣。轉(zhuǎn)爐煉鋼期間會產(chǎn)生大量的廢氣，如氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳等，廢氣可以反饋出轉(zhuǎn)爐煉鋼內(nèi)部工藝的指標(biāo)及運(yùn)行狀況，現(xiàn)階段很多轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制過程中已經(jīng)取消了廢氣分析檢測技術(shù)，部分工藝中仍舊使用，可根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼的實際情況確定是否選擇此項技術(shù)。（3）副槍技術(shù)的應(yīng)用。副槍是轉(zhuǎn)爐計算機(jī)動態(tài)控制最主要的設(shè)備，是當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼采用的主要手段。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝水平的進(jìn)步和自動化程度的進(jìn)步，很大程度上得益于與成熟科學(xué)的冶煉模型相配套的副槍技術(shù)。副槍技術(shù)完成測溫、測溫定碳、測溫定氧、測鋼水液面四大功能完成溫度及成分測定，使鋼水準(zhǔn)確命中終點目標(biāo)。并且副槍的升降、探頭的裝卸、數(shù)據(jù)的傳送以及探頭倉的的裝料皆可通過計算機(jī)管理做到機(jī)械化、自動化。副槍技術(shù)提高了脫碳計算的準(zhǔn)確性和速率，為自動化控制生產(chǎn)提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考，維護(hù)轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化的高效性。

3.3轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)

（1）控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)吹煉終點含碳量、熔鋼溫度的估算功能，是利用動態(tài)控制模型、反饋計算模型進(jìn)行控制的，前者對所需氧氣數(shù)量及冷卻劑齡進(jìn)行分析，并通過煉鋼過程各項檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行吹煉終點含碳量、熔鋼溫度進(jìn)行計算，后者具有分析前者誤差和實現(xiàn)調(diào)整的功能。（2）數(shù)學(xué)模型。轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制不管動態(tài)控制或者是靜態(tài)控制，這個控制過程由數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實現(xiàn)。動態(tài)控制系統(tǒng)在實施過程中，利用化學(xué)平衡和熱平衡作為基礎(chǔ)，通過這項基礎(chǔ)對靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計、建設(shè)，并通過計算得到起始的氧流量、氧槍高度，并經(jīng)過吹煉操作，利用副槍檢測的信息來調(diào)整控制參數(shù)，從而實現(xiàn)自動化控制過程。（3）人工智能技術(shù)。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)在實施過程中逐漸實現(xiàn)以人工智能代替勞動力的模式。在計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)上，逐漸演變出人工智能技術(shù)，這項技術(shù)能夠?qū)⑷斯げ僮鬓D(zhuǎn)化為人工機(jī)械代替的方式，實現(xiàn)降低人工成本，提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的人工智能化過程。

4結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制是鋼鐵事業(yè)發(fā)展的必然趨勢，以便提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)質(zhì)量，同時降低鋼鐵生產(chǎn)中的能耗，推進(jìn)鋼鐵事業(yè)的自動化發(fā)展。自動化控制決定了轉(zhuǎn)爐煉鋼的操作狀態(tài)，改善煉鋼的狀態(tài)，確保鋼鐵企業(yè)能夠得到有效的發(fā)展。自動化控制在轉(zhuǎn)爐煉鋼中起到改造的作用，積極引入了模糊控制、智能控制技術(shù)，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)工藝，同時提高鋼鐵生產(chǎn)的工作效率及水平。

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（作者單位：河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠）