轉爐煉鋼技術的自動化控制探究

陳為本

（寶鋼德盛不銹鋼有限公司，福建 福州 350601）

時代的車輪滾滾向前，人們也逐漸要求更多質量更高、材質更好的鋼，這就要求對鋼成品中的碳含量進行控制。轉爐煉鋼技術是煉鋼工業中主要的生產技術，這項技術的自動化能夠有效保證煉鋼工業中的足夠生產力，減少煉鋼中不必要的產能損耗。這也值得鋼鐵企業引起重視，盡快完成轉爐煉鋼技術自動化控制的升級，促進整個產業不斷發展，實現傳統煉鋼企業的技術轉型，增強鋼鐵企業的市場競爭力[1]。

1 轉爐煉鋼技術簡析

我國進入工業“4.0”時代之后，煉鋼技術的機械自動化迎來了轉型的關鍵期，從而在生產時提升效率，進一步利用計算機的精準控制，生產出質量更高的鋼鐵。總的來說，轉爐煉鋼技術包含三個主要部分，首先是檢測技術，這項技術主要針對自動化控制，可以綜合提升轉爐煉鋼的效率及精確性。在具體生產中，該技術要根據自動化控制的實際工況做及時調整，從而保證檢測技術和煉鋼自動化控制的要求相匹配。該技術的自動化同時也體現在對煉鋼工況的監督過程。

接下來是自動化技術，該技術可稱得上為轉爐煉鋼的核心技術，控制轉爐煉鋼主要是通過模型和模擬的方法完成的，從靜態和動態兩個方面出發，對轉爐煉鋼技術進行自動化控制。并且對轉爐煉鋼生產參數做出及時反饋，從而全方位提升煉鋼效率[2]。

最后是控制技術，在當前煉鋼技術中主要分成監控控制與直接控制和兩個方面。為了保證穩定性和可靠性，維持轉爐煉鋼自動化控制過程的正常進行，一體化控制方法也可以適當采用。通常情況下，自動化控制系統中收集轉爐煉鋼參數方面，用的是上位機交換操作各種數據，從而針對整個轉爐煉鋼的過程進行控制，對煉鋼企業經濟效益產生影響。

2 轉爐煉鋼自動化技術的積極意義

2.1 降低資源消耗，提升生產效率

我國工業發展到今天，可持續發展已經深入人心，為了提高企業自身在市場中的競爭力，往往會從降低資源消耗上入手。對于煉鋼企業本身的高消耗性特征，降低能耗的意義尤為重大。轉爐煉鋼自動化技術，其主要發展方向也是環境友好型，在提升生產效率和經濟效益的同時，兼顧低能耗并保護環境。這就需要在生產端加強對技術的控制，這樣才能在市場競爭中獨占鰲頭。轉爐煉鋼自動化技術的優勢恰恰在此，可以嚴格要求終點命中率和鋼水質量等等，是轉爐煉鋼的過程更加科學和嚴謹。

2.2 提升煉鋼穩定性及鋼產品質量

自動化技術主要是通過動態控制轉爐氣體，對副槍測溫系統進行連續分析，從而在發生作用時，提升重點控制命中率，進而促進氣體、溫度等等到達終點[3]。另外在氣體補吹的工作過程中，也可以通過使含氧量降低的方式，降低鋼水氧化的現象，全面提升鋼產品純度，提升整個產品批次的高質量。調整終點命中率和補吹率的過程中，也可以縮短鋼鐵冶煉的時間，可以同時兼顧鋼液濕度和成分穩定性，降低能耗和生產成本。

3 轉爐煉鋼自動化控制技術

3.1 轉爐煉鋼檢測技術

該技術重點對轉爐煉鋼過程進行檢測，在生產過程安置大量儀表，對煉鋼時的溫度、成分情況進行收集，工作人員需要認真記錄儀器儀表顯示的參數，對煉鋼實際工況做出判斷。檢測技術中，儀器儀表就是自動化控制的基礎，能夠對煉鋼自動化控制中出現的各種缺陷進行有效預防[4]。

3.2 廢氣分析檢測技術

該技術主要對轉爐煉鋼過程中的廢氣進行實時監督。轉爐煉鋼中會有大量的廢氣產生，無論是二氧化碳、氮氣或是一氧化碳等等，都會對產鋼質量產生一定程度的影響。如果能實時監控過程中的廢氣產生狀況，就能對工藝指標做出及時反饋。當前很多煉鋼自動化控制中，已經對廢氣分析檢測技術逐漸邊緣化，但在一小部分工藝中仍然繼續使用，所以可以立足于實際判斷該項技術的可行性，最大化實現經濟效益。

3.3 爐氣定碳與副槍結合

在廢氣的收集計算問題上，主要應用爐氣定碳和副槍結合技術，對脫碳的實際速率進行分析，從而判斷此時轉爐煉鋼自動化的狀態。該技術以副槍為主，爐氣定碳為輔，對鋼業殘留碳的實際干糧進行計算，進而確定轉爐的含碳量。該技術可以全面提升脫碳計算的精準性，從而使轉爐煉鋼中的含碳量增多，形成更加精確的數據參考，提升了自動化煉鋼的效率[5]。

3.4 數學模型技術

該技術在實際煉鋼生產中，分為動態和靜態兩種過程。以動態過程舉例來說，主要包括化學平衡及熱平衡，判斷轉爐煉鋼自動化狀態主要依據的是平衡點。在該技術的靜態數學模型中，還有關于氧槍高度和氧流量參數的計算部分。在相關工藝中，還有關于參數的調整，保證煉鋼自動化得到控制。

3.5 人工智能技術

人工智能技術的本質是計算技術和信息技術，可以通過模擬人工智能的過程，逐步替換傳統費時費力的人為操作模式，大幅降低人工計算控制的資源投入，提高生產效率。該技術的廣泛使用，也體現了轉爐煉鋼的智能化發展之路更進一大步，所以煉鋼企業應該著眼于自身實際情況，適當革新人工智能技術[6]。

3.6 圖像處理判定技術

圖像處理判定技術和光譜光學判定技術大同小異，作為非接觸測量技術的一種，圖像處理判定技術更多著眼于對轉爐爐口火焰變化情況進行實時監測，進而提取有用的潛在信息。提取技術主要包括紋理分析、特征提取、顏色模型轉換等等，信息也是與火焰圖像和煉鋼過程有關的，然后收集這些信息對系統進行建模，進而預測判斷終點。該技術的本質和人眼的工作相差不大，也就是模擬人眼的工作，效仿傳統工作方式中，工人依據經驗肉眼觀察火焰變化情況對工況信息進行判斷。這種方法同樣依賴大量的訓練次數，才能不斷找到變化規律。

3.7 機器人輔助測量技術

信息化水平的提升，使機器人輔助測量技術應運而生，借助時代的力量不斷發展，這也有賴于很多煉鋼企業的車間智能化技術不斷發展。機器人本質上仍然是一種智能設備，是一種新式測量系統的操作平臺。機器人可以自動為測量槍安裝探頭，自動往鋼液中插入探頭，完成測量溫度和采樣的工作，對已經過時的探針也能及時發現并替換卸載。隨著工業4.0時代的到來，工廠車間中機器人替換人工已經是大勢所趨，因此在轉爐煉鋼自動化控制技術中，機器人的應用場合也會與日俱增。這就需要煉鋼企業結合自身發展情況，大力在實踐中推廣機器人的使用，不斷檢驗機器人的穩定性和可用性。

3.8 智能終點控制技術

智能終點控制技術主要以神經網絡和專家系統為代表，該技術更多著眼于轉爐煉鋼中的事實依據，主要針對過程進行優化與控制，而摒棄了傳統探求煉鋼過程深層規律的工作方式，因此該技術在實際工作中也得到了廣泛推廣，在韓國和日本都較為領先。我國很多大型煉鋼企業也在轉爐煉鋼自動化控制中應用了神經網絡技術。大體來說，這些方法都是最輸入輸出量做重點考察，這就很大程度上消除了隨機偏差，保證精度達到要求，優勢十分明顯。

4 轉爐煉鋼自動化控制流程

轉爐煉鋼自動化需要嚴格遵循生產流程所規定的要求，在流程方面可以細分為十多個步驟。功能鍵在轉爐煉鋼的控制面板上，工作人員主要控制功能鍵進行自動化控制。

4.1 轉爐煉鋼預處理

轉爐煉鋼操作中，第一步是預處理工序。工作人員需要選擇吹煉的工作模式，選擇依據是轉爐煉鋼的操作。還要對轉爐煉鋼中的原料進行稱重，原料包括廢鋼料、生鐵以及其他金屬成分。另外需要在預處理階段，確定電子秤稱量的方式，在自動化控制系統中就要對原料使用量進行控制，轉爐煉鋼時確定配料的量，最后再向煉鋼爐投入煉鋼原料，之后進入到具體的轉爐煉鋼操作階段[7]。

4.2 轉爐添加

轉爐添加開始狀態啟動之后，自動化控制系統的驅動風機就可以實現有效的控制。鼓風機也會持續向轉爐中提供氧氣，作為煉鋼中必要的氣體。自動化控制能夠更加智能控制鼓風機出入氧氣的含量，從而確保煉鋼能夠順利進行。

4.3 添加廢鋼料

轉爐煉鋼時，廢鋼料也是必不可少的一種原料，自動化控制可以對生產中所需廢鋼料的數量做精準判斷。工作人員在添加廢鋼料的工序完成之后，可以點擊控制面板上的相關指令按鈕，當系統檢測完畢之后，就可以進行緊后工序了，執行下個操作。

4.4 鐵水添加

轉爐煉鋼的鐵水添加工序也是在自動化控制下完成的，同樣在完成鐵水的添加過后，點擊相關指令按鈕即可結束這道工序。

4.5 轉爐添加完成

這項工序是總結性的流程，當轉爐煉鋼中的自動化控制系統，完成流程要求之后，就會導致前面的轉爐添加開始，以及后續的廢鋼料及鐵水添加指令失去作用。

4.6 鋼鐵吹煉開始

鋼鐵吹煉是轉爐添加完成的緊后工作，當自動化控制進入到這道工序時，會先由工作人員檢查高壓氧氣的情況，確保正常后才能進行正式的吹煉，從而實現自動化控制。

4.7 點火操作控制

轉爐煉鋼的氧槍在數值高的情況下，會由工作人員將氧氣閥門打開，同時按下控制點火操作的按鈕。一旦按下，氧量的計算時鐘會被啟動。在自動化控制技術下，轉爐煉鋼技術會進一步使煉鋼過程走向動態化，改善轉爐中的氧氣含量[8]。

4.8 結束吹煉控制

自動化控制對轉爐煉鋼的需氧量做了明確規定，如果氧量時鐘可以達到系統規定氧量時鐘標準時，系統就會在自動化控制下提升氧氣噴槍。到達一定高度時，就會結束吹煉過程。

4.9 出鋼操作

出鋼同樣是在自動化控制下進行的，提前安裝好的檢測器會對此進行檢測，如果檢測器檢測到出鋼位時，就會對出鋼操作進行自動化控制。等到出鋼操作結束之后，轉爐會恢復到零位，系統也會結束出鋼操作。

4.10 出渣階段操作

檢測器對出渣階段工況進行自動化控制，運用主動檢測的工作方式，到了出渣位就開始出現信號，結束之后轉到零位，結束相關操作。

5 結語

轉爐煉鋼技術的自動化控制是煉鋼產業發展的大勢所趨，也是鋼鐵企業提升自身競爭的必由之路。該技術對于降低產業能耗，提升鋼產品質量有十分重要的作用，因此如何在鋼鐵生產中大力推廣，值得從業者認真思考。