轉爐煉鋼的自動化控制技術研究

金鑫

【摘要】：由于轉爐煉鋼生產環境惡劣、過程復雜，并且工作期間難以精確地進行連續不斷的測量，因而采用常規過程控制的方法對其進行控制難度大，而僅憑人工經驗控制煉鋼終點又難以保證鋼材產品優質、操作穩定和低能耗，這與當前鋼鐵市場低成本高質量的要求相距甚遠，而若想提高產品市場競爭力，就必須提高煉鋼科技化水平，必須對煉鋼生產進行精準的自動化控制，只有這樣才能提高煉鋼生產效率和鋼鐵成品質量。

【關鍵詞】：轉爐煉鋼；自動化技術；自動化控制

【引言】目前我國的鋼鐵生產企業生產出來的鋼材質量不高，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，我國鋼鐵企業要脫穎而出就這就迫使鋼鐵生產企業不得不革新自己的生產技術，運用現代化的自動控制技術來提升轉爐煉鋼的能力，使得產品質量與生產能力都得到大幅提升，只有這樣才能讓我國鋼鐵企業在國際市場競爭中享有價格優勢，讓我們在國際市場中占有一席之地。

1轉爐煉鋼工藝概述

轉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反應產生熱量在轉爐中完成煉鋼，并將鐵水和廢鋼冶煉成鋼水。上述過程主要在轉爐系統中完成，其中，會對煉鋼產生的煤氣和水蒸汽進行同收再利用。頂底復吹轉爐是目前使用較為普遍的煉鋼設備，具有生產速度快、單爐產量高、成本低的特點。轉爐的主要工藝設備包括轉爐本體、氧槍升降、汽化冷卻、煤氣同收系統等，輔助工藝設備包括鋼包車、鋼渣車、吹氧、氮封、氣動系統、儀表系統等。

2轉爐煉鋼的自動控制操作

煉鋼區主要包括鐵水預處理、轉爐或電爐、爐外精煉、連續鑄錠四個工序或車間其控制內容如下：在煉鋼區，主要有鐵水預處理、轉爐或電爐、爐外精煉、連續鑄錠這四個步驟或是車間，它主要的控制內容有以下幾個：（1）鐵水預處理自動控制：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）轉爐自動控制：供氧系統爐體傾動、底吹系統、爐口微差壓、副原料輸運與材料投放系統、燃氣回收系統等自動控制。（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、爐內壓、控制電極等自動控制、冷卻水流量、壓為、熱度與溫差的監控，鍋爐、斷網斷水自動保護等）、排煙與除塵系統等。（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：設備運作與停止順序與鑄坯的跟控與定長切割、打標號、鑄建速度、壓力、結晶器鋼水溫度、結晶器冷卻水流量、結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轉爐煉鋼過程自動化控制功能及關鍵技術分析

3.1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據支持，這其中檢測儀表是自動化煉鋼檢測技術的前提，只有對儀表進行科學合理的設置檢查，才能及時準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，以此為基礎，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。轉爐煉鋼技術在煉鋼過程中主要產生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等廢氣，傳統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，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，已經難以滿足現在的需求。

3.1.2副槍檢測技術。該技術是通過一定的副槍設備來實現檢測的目的，目前在我國鞍鋼、寶鋼等大型鋼鐵公司都采用了此項技術，而且獲得了很好的實際效果。

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據，避免了傳統人工工作模式，提高了工作效率和鋼產品的質量。

3.2人工經驗控制技術

早期的冶煉工藝大都是人工操作，一般的技術工也都是技術人員根據以往的經驗進行的，這種方法精確度較低，應用的范圍較窄，就拉碳補吹法來說，它主要是根據冶煉時爐內材料的特征狀態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。而另一種人工經驗方法同樣是根據人工經驗來衡量爐內冶煉情況，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備將逐漸代替人工經驗操作。

3.3電弧爐電極升降控制

3.3.1數據測量。數據測量的主要內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聯的，它較為多變且數值偏大。在日常的鋼鐵冶煉過程中，感性壓降會發生無法估計的極大變化，這種變化無法校正，導致弧壓的測量出現誤差，工作點偏移，損壞爐壁。

3.3.2測算設定點與被控量。為了能充分利用變壓器的內容量，精準的設定電弧爐的有功功率與無功功率是必不可少的，這些數值根據變壓器電壓級和相應弧阻的工作點而得來。工作點由計算機根據數學模型來設計計算，被控量數值的大多是根據電極的升降調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的是弧流控制、功率控制、阻抗控制。

結語

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

【參考文獻】

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