轉爐煉鋼的自動化控制技術探討

范 輝

（河鋼集團唐鋼新區，河北 唐山 063000）

轉爐煉鋼技術可在鐵及其合金的熱能反應過程中進行分子間的化學反應，以便在自動控制過程中完成煉鋼。因此，技術人員需在實際控制中融入自動化程序模型，對煉鋼流程進行跟蹤探究，及時掌握煉鋼工藝的運行情況、運行進度，并給予科學的調控處理，進而充分發揮出自動化控制技術的優勢及價值，這對于提高轉爐煉鋼的綜合效益是有利的。

1 轉爐煉鋼自動化控制系統關鍵技術

1.1 基本控制系統

轉爐煉鋼自動化控制系統可在自動化運行軟件系統進行煉鋼操作，在三級控制規劃中提高整體運行控制的有效性。其中，初級（第一級）管控系統可統計主（副）原料系統、供氧系統、分析系統等基礎設備的運行情況，了解各裝置是否存在運行故障問題，再結合信息傳遞總結、制作設備運行表單；中級（第二級）可對煉鋼過程中的運行模型進行分析。如可探討鐵水預處理開展情況，再結合不同的計算模型統計出各裝置是否達到項目要求[1]。若部分項目無法達到額定運行要求，則可借助監控系統呈現出運行問題，方便后期進行修改及優化；高級（第三級）可對煉鋼的各項運行轉換臺進行管理，同時傳輸、分享、匯總各操作過程中的運行情況，進而總結傳輸的數據結果。其中，整體運行模型如圖1 所示，可在自動化的處理形式中完成煉鋼要求。

圖1 自動化轉爐煉鋼流程

1.2 常規信息處理及控制

常規信息處理中，系統需根據不同層級的控制方向及控制模式進行項目規劃，分析基礎表盤指標的合理性。常規處理模塊可直觀監測生產特點及其功能指標，了解轉爐煉鋼過程中各設備的運行方式。通過測得各元件的運行指標，再結合裝置對信息數據的處理要求，方便技術人員進行一體化控制。其中，技術人員可利用分散控制模型監測裝置的運行狀況，同時利用Profibus-DP 的處理模式構架IP6 網絡框架，從而搭建出I/o 的信息導入框架。另外，系統也需要輔助轉爐進行精細化控制，包括于廢水處理、雜質處理、循環規劃設計等要求，并在必要的處理模式中進行高效化控制[2]。因此，控制中需注意以下幾方面的控制重點：

（1）監控工作站：監控工作站主要利用傳導系統及大數據呈現不同運行層級的數據指標及監控畫面。通過對比不同站點的控制信息數據，將對應的控制組件與項目進行標注，可以幫助操作站工作者進行數據查詢、數據調研及測試工作。

（2）控制管理站：自動化控制管理站主要利用PLC 自動控制模式對不同裝置的信號進行整合，同時利用I/o 操作模塊處理不同的運行數據，進而再通過傳感裝置輸出數據，能為煉鋼工藝提供詳實的控制思路。

（3）站點服務器：站點服務器可對不同信號點、監控點及服務端數據進行調度、操控管理。例如總服務器可向各分支服務器下達運行命令，再由子端程對煉鋼裝置的功能情況進行統計。同時，子端程需調研網絡數據，了解不同裝置的接線需求并給予測試，從而提高自動化系統的運行質量。

1.3 運行過程操控

自動化運行過程操控主要需對運行范圍及操作功能進行測試，分析不同裝置的特定功能指標。在此過程中，技術人員需監測不同元件的生產模式，再將協調完畢的過程數據融入至煉鋼過程。例如過程測試中，監控圖示中能夠反映出氧槍吹煉、汽化冷卻、氣體回收等模式，再根據遠程數據指標進行統一匹配，有利于在計算機中錄入、測試不同的調度數據及指標數據。總之，遠程監控運行過程具有較好監控屬性，所有得到的信息都能利用U/I 接口進行數據導入，能為監控人員提供詳實的控制數據，這對于提高過程控制質量是有利的。

1.4 數據整合及采集控制

數據統計過程中，需要對各機械元件及裝置進行數據整合，再利用自動化技術分析出控制要點，能夠為第二級的計算模式提供可靠的參數支持。在此過程中，PLC 控制系統需匯總、能傳達各級別的功能的需求數據，有利于提高整體數據采集效率。另外，信息監控處理也需進行必要的跟蹤監控，依據各裝置的運行原理及設定計劃配置出合理的操作數據。例如可利用PLC 系統分別對上端數據流、下端數據流的信號值進行統計，再分析不同信號值與轉爐煉鋼操作模式的關系，可幫助技術人員對現有運行問題進行優化及調整，進而提高主控制室到下位采集裝置系統運維的穩定性。

2 自動化檢測技術在轉爐煉鋼的應用

廢氣回收檢測。轉爐煉鋼過程會發生大量物理反應及化學反應，故Fe 元素會出現氧化及還原反應。其中，常見廢氣包括Co、Nox、N2、氟化物等廢氣，故可通過測定爐內的C 元素協同副槍技術測溫取樣掌握生產過程中的廢氣種類。其中，副槍技術是檢測重點，其原因是該技術能夠根據裝置內的溫度指標，預估出通氣速度、排氣量。通過利用上述模式得到裝置的脫碳情況后，需要分析出各類廢氣的指標含量，再根據運算模型得到殘留液體中C 元素指標，以便統計出爐內碳元素指標[3]。另外，為保證后期氣體回收的合理性，技術人員還利用微型機分析廢氣成分，具體可從以下幾方面進行。

（1）測試微壓差：需保證轉爐爐口微差壓在－100Pa～100Pa 之間，同時在電信號的協調傳送后，精準的調節煤氣管道及閘板閥裝置，確保路口的壓強值始終在正壓要求內。

（2）檢測廢氣含量：廢氣含量的主要檢測方法是利用激光分析儀分析一氧化碳及氧氣的含量。在此過程中，可使用PLC系統控制、檢測并處理煤氣，再運用針對性處理方式進行回收優化。對廢氣含量進行統計，可得到爐內氧氣指標。

（3）流量檢測：流量檢測主要利用差壓變送器分析不同裝置、管道內外部分的壓差參數，并將壓差參數反映至監控器中，方便工作人員測量電信號的參數指標。

（4）副槍檢測控制：副槍檢測技術可被應用至各項操作模式中，其原因是該技術的操作較為簡便，并且可以快速對元件進行控溫，能夠避免設備過熱現象。另外，由于鋼材、鋼水中的含碳量較高，故不用再向其加入足量碳酸鈣及鐵合金，且需要通入的補吹氣體含量較低，可降低爐內發生侵蝕的幾率，也能在全自動化的運行處理過程中提高鋼材的產量。

（5）自動化監測控制：自動化監測控制技術可利用人工智能技術模型進行模擬測試，再結合反饋運算模塊對煉鋼模式進行動態化監測，有利于分析出不同操作項目的誤差。其中，自動化控制模式可分析出元件的熱平衡功能，方便工作人員結合煉鋼過程中的化學反應現象進行調整，進而提高整體自動化監控機組生產質量。例如監測控制中可分析裝置的命中及吹氣情況，不僅能夠提高冶煉效率，還能及時測試出爐內液體的組成及穩定性功能，這也為后期連鑄工藝提供了技術支持。同時，在智能操控、驅動的影響下，能夠降低氧氣供應過程方面的功能的損失，進而快速驅趕鋼材中的氧氣[4]。

3 自動化電氣控制技術的應用

煉鋼過程會使用到大量的電氣元件，包括控制組件、升降元件、計算機測控技術等項目，此類項目的精準度與產品質量有著直接的關系。由此可見，需充分利用電氣控制技術，通過完善控制模式，并結合必要的系統運轉模式開展精細化控制，有利于提高產出鋼材的功能性。

3.1 傾動裝置電氣控制技術

電氣元件的傳動過程可通過不同的形式體現。其中，一對一電氣傳動形式的操作方式較為便攜，其原因是該技術可利用變頻器進行元件控制及信號傳遞，再結合必要的控制模式落實基礎控制邏輯。在此過程中，該技術可運用PLC 技術繪制控制編碼，再結合編碼矢量分析出動態化的響應轉矩。同時，若部分元件操控過程不需利用矢量編碼控制。另外，實際控制中需同時應用四臺相同的傾動機組進行運行傳動。若連軸運行中電機所輸出的轉矩參數存在差異，可能會影響裝置的運行效率，甚至會造成運行不平衡的問題。由此，技術人員需要全面監控各機組的工作情況和傳導情況，通過設定主動傳輸運行裝置，再利用脈沖編碼器進行代碼編撰及信號反饋，能夠在共同調節處理的過程中調控各機組的感應電流。同時，技術人員需要分析不同接口的信號輸入、輸出參數指標，保證四臺機組始終在同一信號內進行信號數輸入，有利于提升整體裝置的運行質量。

3.2 氧槍的電氣控制技術

氧槍主要用于電機機組的升降過程和電氣元件的變頻過程，故技術應用中需合理配置合適的操作裝置，以便及時滿足各機組的運行、交換要求。其中，不同機組都可成為主動運行裝置或備用運行裝置，能夠降低各機組的運行壓力，也能及時滿足裝置交換的基本要求。若氧槍出現運行故障時，可采用備用裝置運行（處理模式如圖2 所示），且不需要進行停機處理，這對于提高整體工藝的質量是有利的[5]。

圖2 氧槍事故電機應急控制原理圖

4 結語

綜上所述，轉爐煉鋼自動化控制技術應用中，技術人員需根據不同運行、控制流程的特點進行統計。通過在控制過程中融入人工智能技術、測控技術、計算機操作技術，有利于搭建提高整體煉鋼操作的效率。同時，技術人員還可搭建不同的計算機控制模型，在完善檢測、控制、操作的基礎上，變更轉爐煉鋼操作流程，進而提高自動化技術的應用效率。