冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制的技術(shù)研究

楊春江

（宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司環(huán)保中心，河北 張家口 075000）

1 引言

冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，在這個過程中，很難進(jìn)行持續(xù)測量，因?yàn)椋趯ζ溥M(jìn)行控制的過程中，不能應(yīng)用常規(guī)的過程控制模式。但是，單純地憑借人工經(jīng)驗(yàn)又不能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量以及操作的穩(wěn)定性，在這種情況下，就應(yīng)該對煉鋼過程進(jìn)行自動化控制，以此來保證鋼鐵的質(zhì)量，降低能源與成本消耗。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)概述

隨著計算機(jī)技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的快速發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。和傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)相比，這一技術(shù)主要將鋼鐵的類型、鐵水的重量作為前提，使用計算機(jī)來計算與分析熔劑加入量、吹氧量等多個數(shù)據(jù)，并建立起動態(tài)的模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，以此來實(shí)現(xiàn)對于煉鋼過程的自動化控制[1]。

3 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)

3.1 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù)中又包括了控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、煉鋼模型幾種技術(shù)。這些技術(shù)主要指的就是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，使用計算機(jī)技術(shù)對檢測技術(shù)所體現(xiàn)出來的轉(zhuǎn)爐內(nèi)原料不足、廢棄過量等狀況進(jìn)行自動調(diào)整。

3.1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制技術(shù)模型

轉(zhuǎn)爐煉鋼控制技術(shù)中涵蓋了動態(tài)控制模型與反饋計算模型，通過應(yīng)用控制系統(tǒng)對吹煉終點(diǎn)和含碳量進(jìn)行控制。而對于動態(tài)控制模型來說，主要被用來檢測煉鋼過程中對于O2的需求量與冷卻劑量，并能夠參考所檢測到的含碳量、溫度等數(shù)值對鋼水的溫度與含碳量進(jìn)行合理計算，從而也就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行合理調(diào)整。此外，反饋計算模型通常會被用在計算動態(tài)模型測量的數(shù)據(jù)中，并根據(jù)誤差的大小對規(guī)劃進(jìn)行合理調(diào)整，對轉(zhuǎn)爐中的原料進(jìn)行補(bǔ)充。

3.1.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼中人工智能技術(shù)的應(yīng)用

所謂人工智能技術(shù)，主要指的是通過應(yīng)用計算機(jī)科學(xué)技術(shù)來模擬人思維與行為方式的先進(jìn)技術(shù)[2]。在進(jìn)程轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中，人工智能會被用在傳統(tǒng)煉鋼模式下那些需要進(jìn)行人工處理的工作中，并使用計算機(jī)開展相關(guān)工作，通過這種方式不但能夠節(jié)省人力資源，而且也能夠進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的效率，幫助鋼鐵企業(yè)朝著智能化生產(chǎn)的方向發(fā)展。

3.1.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼中的模型研究

在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼的時候，控制技術(shù)和人工技術(shù)通常是建立在模型的前提下。從目前來看，人工智能技術(shù)中的核心技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上通過應(yīng)用人為模型進(jìn)行一些模擬工作。此外，與控制技術(shù)相關(guān)的動態(tài)控制模型也是在熱平衡原理和化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上才能夠投入使用的。基于這些方面的因素，對于模型研究是十分重要的，通過這種方式不但可以提高煉鋼效率，而且也能夠合理解決鋼鐵企業(yè)中存在的問題。

3.2 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)

3.2.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼廢氣分析檢測技術(shù)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，煉鋼技術(shù)會導(dǎo)致CO、CO2、H2、O2等廢氣的產(chǎn)生。所謂轉(zhuǎn)爐煉鋼廢棄檢測技術(shù)，能夠?qū)t氣定碳法與副槍技術(shù)有效結(jié)合起來，副槍測定是核心技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)廢氣的實(shí)際情況對脫碳速度進(jìn)行分析，并使用煉鋼中所排放的廢氣成分與流量來計算轉(zhuǎn)爐中瞬時鋼液殘留碳的含量，然后也就能夠得出轉(zhuǎn)爐內(nèi)部碳的含量。此外，對于轉(zhuǎn)爐氣副槍法的應(yīng)用，不但能夠進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐中對于含碳量測量的準(zhǔn)確性，也可以給使用自動化檢測技術(shù)方面提供更多有效數(shù)據(jù)，改善了傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式中存在的問題，提高了煉鋼的效率。

3.2.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼副槍檢測技術(shù)

在鋼鐵企業(yè)持續(xù)發(fā)展的過程中，對于轉(zhuǎn)爐煉鋼副槍自動化檢測技術(shù)的使用已經(jīng)成為必然趨勢。從目前來看，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)在轉(zhuǎn)爐中都配置了副槍。通過使用副槍檢測技術(shù)不但能夠控制鋼水的含碳量與溫度，而且也能夠降低對于石灰、鐵合金等多種原材料的損耗，不需要進(jìn)行鋼水補(bǔ)吹，從而進(jìn)一步提升了轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量。

4 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能與應(yīng)用價值

4.1 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)的功能

4.1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)指示電氣控制

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的一些電氣操作是應(yīng)急處理操作，這些操作的實(shí)際情況與自動化系統(tǒng)的安全性有很大的關(guān)系，因此，必須要保證電氣控制指示的相對獨(dú)立性[3]。在自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼中，包括鐵礦石、白石灰等6個散裝料料倉。在對散料質(zhì)量進(jìn)行測量的時候，使用分布在料倉四周的壓式稱重傳感器經(jīng)過監(jiān)測畫面在儀表器中進(jìn)行顯示。

4.1.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)對廢鋼、鐵水質(zhì)量的稱量

通常情況下，轉(zhuǎn)爐煉鋼都是在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行的，在測量鐵水、廢鋼重量的時候需要使用天車主鉤吊裝廢鋼料槽與鐵水爐缸裝料。在裝料的過程中，廢鋼與鐵水的重量會通過多個壓式重量傳感器顯示出來，在這個裹層中，要做好相應(yīng)的記錄工作。

4.1.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)對儀表監(jiān)視的控制

在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼的時候，計算機(jī)技術(shù)會被應(yīng)用在儀表監(jiān)視控制部分，并使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與主機(jī)進(jìn)行連接，然后能夠?qū)崿F(xiàn)對儀表PLC的實(shí)時監(jiān)測。這種計算機(jī)主機(jī)與從機(jī)結(jié)合的模式，能夠保證在問題產(chǎn)生的時候，從機(jī)可以及時替代主機(jī)進(jìn)行工作，從而也就能夠保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的安全性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

計算機(jī)需要監(jiān)測儀表部分的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，并在儀表中顯示監(jiān)測到的廢鋼、鐵水的用量數(shù)據(jù)。此外，監(jiān)測畫面也可以對O2、N2與冷卻水的壓力等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控與顯示，從而也就能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工作人員提供更多有效的參考數(shù)據(jù)，促使他們更加合理地調(diào)整N2、O2等氣體的各方面數(shù)值。

4.2 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的使用價值

將自動化控制技術(shù)應(yīng)用在冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中是為了能夠進(jìn)一步提高鋼鐵的質(zhì)量與煉鋼效率，并在此基礎(chǔ)上減少煉鋼的成本，降低能源消耗量，從而也就能夠進(jìn)一步提高鋼鐵企業(yè)的市場競爭力。此外，對于自動化控制技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高煉鋼的命中率，減少煉鋼所需成本，提高能源的利用率，然后也就能夠提高鋼鐵企業(yè)的煉鋼效率，保證鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。

自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)通過把動態(tài)控制氣體連續(xù)分析系統(tǒng)與副槍測溫系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)爐氣體與溫度達(dá)到終點(diǎn)的可能性。此外，要想保證鋼水的質(zhì)量，在進(jìn)行氣體補(bǔ)吹的時候需要盡可能地降低O2含量，防止鋼水氧化，保證鋼的純度。通過提升終點(diǎn)命中率、降低補(bǔ)吹率，大大減少了鋼鐵冶煉的時間，給連續(xù)鑄鋼創(chuàng)造了良好的前提條件。

5 結(jié)語

總而言之，近年來，國際鋼材市場上對于鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，在這個大背景下，對于我國的鋼鐵企業(yè)來說，應(yīng)該要及時轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新傳統(tǒng)的冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，加強(qiáng)對轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，以此來提高鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少能源消耗與生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高我國鋼鐵企業(yè)的市場競爭力，促使我國鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。