轉爐煉鋼自動化控制技術及常見問題分析

宋清明

（河鋼邯鋼設計院，河北 邯鄲 056015）

隨著科學技術的進步，自動化控制技術的發展已非常成熟，早已在工業生產等領域得到廣泛應用，體現出強大的技術優勢，使傳統的工業生產煥發出新的活力。其中，煉鋼生產是自動化控制技術應用較早，并具有代表性的方面。在轉爐煉鋼生產中，通過自動化技術實現了對生產工藝參數的實時監控，同時根據工藝要求實現了對氧槍、轉爐本體、裝料、供氣、除塵以及余熱回收等設備環節的自動化、智能化、精確化控制，有效提高了煉鋼生產效率和鋼產品質量，改善了工人工作環境，降低了資源消耗?？梢哉f，自動化控制技術的應用就是工業現代化的標志，因此，加大技術投資，加強對煉鋼生產的自動化改造，已成為當前鋼鐵企業全面提高技術水平和市場競爭力的關鍵。本文對轉爐煉鋼自動化控制技術的應用及常見故障問題進行了探討。

1 轉爐煉鋼自動化控制技術概述

轉爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金等為生產原料，在借助外部熱源加熱的情況下，依靠鐵水本身高溫熱能和內部組分的化學反應熱量而在煉鋼轉爐內完成的鋼冶煉生產過程。在轉爐煉鋼生產過程中，不僅生產環境惡劣，受高溫熱輻射和煙氣影響較大；而且對各項工藝參數要求也非常嚴格，需要對溫度、鋼液成分、吹氧量、攪拌強度、熔劑加入量等進行嚴格的控制。這些變量因素對于煉鋼生產過程和產品質量都有很大的影響，而如何根據生產運行數據，準確合理地控制這些變量因素也是轉爐煉鋼生產的關鍵。在采用自動化技術之前，轉爐煉鋼的很多工藝操作都是由人員根據經驗手動完成，不僅人員勞動強度大，危險性高，而且生產效率和產品質量也難以保證。而自動化控制技術的應用則改變了這一落后的生產狀況，為生產環節各工藝參數的精確控制提供了技術保障。轉爐煉鋼自動化控制技術是以計算機技術、網絡信息技術及工業控制技術為基礎，以PLC系統為控制核心，利用各種傳感器通過對生產中溫度、煙氣濃度等信息的采集，按照事先編制好的程序內容，對各執行單元發出相應的控制指令，從而實現對工藝參數的控制和調整。其控制系統主要由以下幾部分組成。

1.1 數學模型控制系統

數學模型控制系統主要作用是對轉爐冶煉中氧氣消耗、冷卻劑消耗、輔料消耗等控制變量的計算。數學模型的建立主要是針對煉鋼生產中的各類理化反應和質量守恒定律。例如根據煉鋼反應中渣樣溫度、成分、重量與重點鋼液的重量之比，可以計算出鋼液中各元素含量和組分，以判斷鋼液是否符合質量要求；逆推之，也可根據對鋼液的成分要求，通過系統預算出轉爐中需要加入的鐵水量個輔料量。

1.2 計算機控制系統

計算機控制系統的作用是對建立的煉鋼數學模型的各種參數調整設定和計算，對PLC控制程序進行編輯；通過各類傳感器對溫度、壓力、時間、閥門開度等工藝信息進行實時采集和存儲，以便于對轉爐運行各種參數的監控和對歷史信息的調閱；經過數學計算為PLC發出控制指令，完成與控制單元PLC之間信息傳輸，并將操作信息和各種參數指標反映至顯示器上。

1.3 PLC控制系統

轉爐自動化控制的核心裝置是PLC，即可編程邏輯控制系統，它是以微處理機發展而來的一種新型工業控制裝置，在現代工業自動化控制中有著非常廣泛的應用。PLC采用的是一類可編程處理器，主要用于存儲內部控制程序，處理邏輯運算，執行順序控制和定時、計數等指令。PLC在運行時會根據事先編輯好的內部程序將控制指令以模擬或是數字信號的方式傳輸至液壓泵、電磁閥等執行單元，控制執行機構按照相應的程序指令進行動作，從而實現對執行機構的自動化控制。例如轉爐冶煉中吹煉控制、氧槍控制、加料控制等工藝環節的自動化都是由PLC實現的。

1.4 過程監測控制系統

過程監測控制系統也就是人工操作站，主要作用是通過顯示屏、控制柜以及聲光報警裝置等顯示設備運行狀態，顯示儀表測量值，輸出操作命令，對各類超標信息進行聲光報警提示等。人員可通過控制柜、鼠標、按鈕開關等，來完成對設備的操作和對工藝參數的調節。

2 轉爐煉鋼的自動化工藝流程和功用

2.1 供氧系統控制

主要是對氧槍供氧量和氧槍位置的控制，對相應的控制參數進行調整設定后，氧槍即可根據生產情況，按照設定程序自動氧槍調節吹氧量和距離鋼液液面的距離。

2.2 原料系統控制

包括對鐵水和其他輔料的稱量，用電子稱對鐵水自動去皮稱量后，計算機即可按照設定好的配比要求，控制上料系統自動進行配料和稱重上料，達到最為精確的冶煉原料配比。

2.3 副槍系統的設定

自動化程度較高的鋼鐵企業普遍都安裝了先進的副槍系統。副槍的作用主要是測定鋼液溫度和鋼液中的碳含量，由系統控制副槍探頭至鋼液中，對相關數據信息進行測量采集后，傳輸至計算機。利用副槍系統可實現對鋼液的在線取樣測溫，提高生產效率；還可減少熔劑、補吹物質的消耗量。

2.4 煤氣回收控制

主要是通過各種傳感器、分析儀，對管道煤氣流量進行測量，并將測量數據反饋至計算機系統和人工操作站，可通過系統自動和人工手動兩種方式控制電子閥門的開度大小，從而實現對煤氣量的調節。從而確保爐口、管道煤氣正壓，保障安全操作，利于煤氣回收。

2.5 廢氣測量系統

轉爐煉鋼生產中會產生大量的廢氣，主要為一氧化碳、二氧化碳等。在爐內加裝廢氣成分監測系統可以實時監測廢氣濃度，以此可判斷轉爐內鋼液含碳量的高低，同時結合副槍系統的采集數據則可實現對爐內各項關鍵性生產指標的全面監控，為控制產品質量提供保障。

3 轉爐自動化控制中的常見問題與解決措施

3.1 氧槍故障

氧槍上提多為制冷劑流量異常變化所致，當制冷劑流量低于要求數值時，即會引起氧槍上提。除此以外，氧槍的升降和位置調整主要由電氣系統完成，因此，當氧槍出現自動提槍或是無法提槍問題時，當排出生產工藝和控制系統原因后，還應從氧槍的電氣系統方面考慮。

3.2 搖爐異常

搖爐控制是在電氣系統輔助下實現的，在正常通電且電氣系統運行穩定的情況下如果出現無法搖爐或是搖爐異常的問題，則應檢查氧槍位置和潤滑溫度是否正常。當出現搖爐異常及自動化控制系統故障時，轉爐內高溫鋼液很容易造成轉爐的損壞，甚至導致鋼液溢流，引發生產事故。生產中遇到這種情形時必須采取應急處理措施，采用強制執行模式以實現對轉爐的強制操控。強制執行模式通過專門的線路將主控臺與搖爐連接，在操作臺設置相應的按鈕，不受自動化系統和其他線路的控制，保證操作的獨立性。

3.3 信號傳輸問題

自動化系統運行依靠的就是穩定的信號傳輸，系統通信中斷或是信號受到干擾都會導致執行機構不動作、誤動作，或是導致顯示單元不顯示、誤顯示，很容易引起難以預料的嚴重后果。例如，屏幕顯示錯誤或是顯示數據明顯異常，基本可斷定為系統通信故障。針對該故障首先應查看相應的信號指示燈，后檢查網絡通信線路是否斷開或接觸不良，交換機接口是否出現彈片斷開。