煉鋼廠轉爐系統自動化控制研究

吳坪

摘要：基于現代科學技術的發展，針對轉爐運行采用自動化控制的方法十分普遍，可有效解決人工控制出現的鋼水終點溫度與含碳量命中率較低、精度差等問題。通過完善轉爐系統的自動化控制技術，有利于進一步提高生產質量和效率。鑒于此，本文主要闡述煉鋼廠的基礎自動化系統，分析轉爐工藝和系統功能，并探究轉爐系統自動化的工藝流程。旨在為相關煉鋼廠的穩定運行提供借鑒和參考。

關鍵詞：煉鋼廠;轉爐系統;自動化控制

引言

目前階段轉爐煉鋼生產基本實現采用自動控制系統，極大的滿足了氧氣轉爐的冶煉生產以及信息管理，具有較好的應用價值。而隨著科學技術的不斷發展，對轉爐系統的自動化控制進行完善優化是十分必要的，為此相關技術人員需結合實際情況和需求，充分把握煉鋼廠轉爐系統自動化工藝，盡可能提高生產效果和效益。

一、基礎自動化系統

（一）控制系統結構

對于煉鋼廠轉爐系統的控制系統結構，一般是由PLC和CPU組成，對遠程站采用先進的現場總線產品，引進數據通訊網絡和工業型光纖交換機，形成比較完善的 高速光纖環網，借助以太環網有效控制PLC以及工業雙鉸電纜。同時對于各個遠程操作向、操作臺和投料變頻器等，均是借助局域網連接到PLC主站，采用工業計算機監控生產過程[1]。

（二）控制系統的特點

在當前煉鋼廠轉爐自動化控制系統中，其具有較為明顯的特點。比如針對電氣、儀表以及計算機系統等，均使用網絡連接方式，構建EIC三電一體化形式。同時對電氣和儀表采用相同控制設備，保證編程和控制統一，并處于相同網絡上，有利于提高通訊便捷性，減少通訊硬件接口，有效分擔控制功能。而且系統內的電氣和儀表使用同一個操作站，有效簡化操作過程，進一步提高生產穩定性。此外，遠程操作站中的現場操作箱以及操作臺等大多使用工業現場總線產品，極大的減少了設計工作量和電纜施工量。基于以太網連接可提高對系統的維護方便性和可靠性。

（三）網絡通訊

煉鋼廠的網絡通訊一般是以工業型光纖交換機作為核心，構成高速光纖環網。通過利用靈活的構網方式，可在控制柜或者分散現場操作箱內進行操作，以此滿足各種功能的特殊要求。而且采用無風扇散熱方式，有利于進行冗余供電，提高運行可靠等級，并采用模塊化結構支持運行。一般是利用一個交換機以及多個通訊介質模塊，按照適應要求選擇合理的設備，從而避免出現資金浪費等情況。

（四）系統控制方式

轉爐系統控制方式，主要是依托PLC系統，按照轉爐和公用系統分離原則，保證在有轉爐出現檢修或故障的情況下，不影響轉爐正常運轉。對于單體設備的基本運轉可分為手動和自動兩種形式。并選擇中央和現場兩個操作場所。在系統運轉過程中，可分為計算機、自動以及手動等方式，固定操作場所為中央，實時控制氧氣流量、氧槍高度等標準。同時在手動狀態下，可按照人工設定數據對轉爐生產進行控制。

二、煉鋼廠轉爐的工藝和系統功能

（一）轉爐煉鋼的工藝

煉鋼廠轉爐生產工藝則是利用膠帶機將所需配料從低位料倉轉移到轉爐爐頂料倉。在生產過程中則是將轉爐本體作為整個系統的核心部分，并有效開展轉爐吹氧煉鋼，當達到1700℃時，從爐后鋼包會流出一部分鋼水，向轉爐內部進行吹氮。通過濺渣護爐措施向爐前進行出渣。再將鋼水倒入鋼包中，加入適當的合金，以此調節鋼水成分。將轉爐煙氣從除塵系統排出，這一環節即是利用高壓風機從轉爐煙罩內抽風、采用二次除塵系統借助高壓風機以抽出轉爐倒入鋼水過程的煙氣[2]。

（二）轉爐系統功能

通常情況下，轉爐系統可對生產全過程進行監視，并實時控制和管理工作。因此其可對生產過程中的數據實施定位、檢測等功能，可有效獲取生產環節的實時參數，以便于更好的了解轉爐運行性能。對于典型的轉爐自動化控制系統來說，其是由過程控制計算機、微型計算機、各種自動檢測儀和電子稱量裝置等組成。還有一部分輔助系統還劃分為供氧系統、原料系統以及煤氣回收系統，基本是由計算機測控系統進行檢測。

三、煉鋼廠轉爐系統自動化的工藝和效果

（一）煉鋼廠轉爐系統自動化的工藝流程

1.供氧系統

供氧系統是轉爐生產的前端，負責控制吹氧量和氧槍位置，保證氧槍與鋼水液面的距離符合標準要求。同時可對轉爐內的氧氣壓力、流量以及耗氧量、氧氣純度等進行測量，采用氧流量閉環控制方式。并能夠對氧槍冷卻水溫度以及壓力、流量等參數進行監控，如需調整可借助電子邏輯或者微型機等實施調節。

2.主、副原料系統

該系統是確保投入生產的主原料和副原料的稱量準確，主要控制設備為電子稱，可對廢水、廢鋼以及鋼水和鐵合金等實施自動化的去皮稱重。也可按照料位的實際情況檢測料倉信號，基于人工與計算機的設定，控制副原料的配比，利用微型機縣里控制，自動投入既定量的副原料。

3.副槍系統

為保障轉爐吹煉過程中對鋼水溫度以及含碳量進行合理檢測，可運用副槍系統，其是由測溫定碳與測液面復合探頭、電子邏輯線路以及微型機等組成的順利控制系統。正常情況下該系統的運作流程則是自動選擇適當的探頭，檢查接通情況無誤后，自動下槍且插入到鋼水內。此時其可快速移動到變速點，到達測試點后準確停車，其精度在10mm以內，完成測溫和取樣，最后通過計算機顯示信號結果。

4.煤氣回收系統

該系統的構成有各種變送器和分析儀、微型機等，工作過程則是現在廢氣管道中獲得差壓信號，在將其轉化為標準電信號，實施對煤氣流量的測量。同時使用紅外線分析儀以及磁氧分析儀等，對一氧化碳和氧氣含量進行檢測。再利用PLC控制系統開展煤氣回收。

5.成分分析系統

該系統主要是借助氧化鋯定氧探頭，對鋼水中的溶氧量實施檢測，并使用直讀光譜儀等對鐵水與鋼水的成分進行分析。然后利用專用的工業計算機對處理后的分析值進行打印，將其傳送到過程控制計算機，以便于開展調節操作。

（二）煉鋼廠轉爐系統自動化的效果分析

通過對煉鋼廠轉爐系統自動化控制進行完善和優化，可取得相對較好的效果。比如在基礎自動化實施革新和改造，引進聲納檢測，能夠嚴格按照聲納曲線來對氧槍搶位以及氧氣流量等進行控制調節，有助于避免出現噴濺和返干等情況。同時對工藝及其系統功能進行重點把握，可提高生產管理效率，優化生產調度以及數據庫管理等。而且對轉爐生產工藝流程實施優化和改進，能夠理順自動化控制程序，采用集約化管理方法，將各系統功能和操作界面進行整合，進一步提高生產效率。

結束語

綜上所述，針對煉鋼廠轉爐系統自動化控制的研究，應當堅持以滿足轉爐冶煉生產和管理需求為原則，積極運用信息控制技術，降低人為勞動和不合理干預，從而提高整體自動化水平，從而創造更高的經濟效益。

參考文獻

[1]熊偉.轉爐自動化控制系統的優化及改造研究[J].冶金與材料，2020，40（1）：44-45.

[2]倪志國.轉爐全智能煉鋼控制系統研究及應用[J].山西冶金，2019，42（3）：125-126.