轉爐煉鋼的自動化控制技術研究

崔世剛

由于轉爐煉鋼未有一個良好的生產環境，過程繁瑣，加之工作企業不能連續進行精準測量，因而采用普通的過程控制方法往往難以控制，但如果只依靠人工經驗對煉鋼終點予以控制，又不能讓鋼材的質量得到保證，而且也無法保證操作的穩定性，存在能耗較高的缺點，而這也達不到現在鋼鐵市場的標準，即低成本、高品質。面對激烈的市場競爭，想要將產品的市場爭奪力增強，就必須將煉鋼科技化水平有效提升，實現對煉鋼生產的精準、智能化控制，這樣也有助于煉鋼生產速率和成品質量的提高。轉爐煉鋼以鐵水、廢鋼、鐵合金等為主要材料，當加熱的鐵水混合廢鋼、鐵合金后，便會有熱化學反應出現，進而置于轉爐中煉鋼。應用自動化控制技術主要是通過外加裝置或設備來調控機械設備的生產過程，以讓機械設備的運行滿足生產需求，達到無人直接參與生產的目的。所以，在平時進行轉爐煉鋼時，一定要高度重視自動化控制技術，并針對自動化控制技術在轉爐煉鋼中的具體應用展開深入研究，從而將其作用和優勢充分發揮出來，更好地服務于轉爐煉鋼生產。

1 轉爐煉鋼自動化控制技術概述

為了對轉爐煉鋼自動化控制技術有一充分認識，首先需要弄清楚轉爐煉鋼的含義。所謂轉爐煉鋼，簡單來說就是借助一些原材料，如廢鋼、鐵水、鐵合金等，基于相關原理（鐵水加工會產生熱量），再與提高的轉爐溫度相配合，讓廢鋼與鐵合金在高溫環境下發生諸多化學反應。同時，廢鋼和鐵合金的化學反應也會產生一定的熱量，而這部分熱量的融合便促成了整個轉爐煉鋼生產過程。現在，人們越來越需要鋼鐵，傳統的轉爐煉鋼技術因為諸多因素（生產效率低、耗能高等）的影響而慢慢退出了歷史舞臺，鑒于此，應高度重視轉爐煉鋼中自動化控制技術的應用，不斷提高轉爐煉鋼的現代化、科學化以及精細化水平。通過應用轉爐煉鋼自動化控制技術，能夠簡化復雜的轉爐煉鋼操作，使之更加方便，促進鋼鐵產品質量的提升，實現鋼鐵企業經濟效益、社會效益的最大化。

2 轉爐煉鋼自動化控制技術分類

2.1 自動化控制技術

一旦機械設備在應用時發生故障或有部分缺陷暴露出來，則借助計算機來檢測、分析設備，接著將故障發生原因聯系起來制定針對性處理計劃，以順利實現生產，讓生產的質量水平得到充分保障。現階段，轉爐煉鋼的自動化控制技術主要分為兩部分，其一是動態控制的模型技術，該技術在轉爐煉鋼過程中應用，主要是為了動態監測分析生產過程當中出現的諸如冷卻劑或者是氧氣等關鍵物質的含量，看其物質含量是否超出規定范圍；其二是反饋計算模型，其主要是指基于動態控制模型技術，獲取動態檢測的基本成果，完成相關技術作業，之后還需將動態模擬的技術保障利用起來，對各數據指標有一充分了解，保證整個系統內的生產狀況均與相關標準相符，進而順利進行生產，各項作業均可對自動化控制技術予以合理應用，減少人工方面的投入，減輕人工操作壓力。另外，也能夠進一步提高轉爐煉鋼生產的效率。由此可見，在轉爐煉鋼生產技術中，自動化控制技術是十分關鍵的一項技術。

2.2 轉爐煉鋼檢測技術

2.2.1 廢氣檢測

在進行現代化的轉爐煉鋼生產時，自動化控制中心以爐定碳法檢測廢氣的主要方式。其以轉爐中的煉鋼廢氣為檢測對象，由于這一氣體具有一定毒性，破壞附近的環境，對周邊生態造成破壞，因而需事先將相關檢測工作做好，再對其進行稀釋等處理后方可排放。檢測過程中，應提前對處理廢氣所需的脫氮、脫碳參數進行計算，并掌握有無大濃度碳元素存在于轉爐設備中。借助自動化控制技術可實時對外顯示鋼水的碳含量、鋼水的主要成分等檢測信息。

2.2.2 副槍檢測

檢測是鋼鐵生產中至關重要的一個環節，主要通過相關儀表設備對煉鋼過程中的對應參數做出檢測，包括熔鋼成分、液面高度、熔鋼溫度等，并第一時間進行觀察，將相關數據記錄下來，以提供參數信息給后續的添加、控制環節。在轉爐煉鋼過程中常有一些廢氣產生，如氫氣、一氧化碳、氮氣等，除了前面提到的爐定碳法，也可借助副槍檢測技術對廢氣進行分析，并對其脫碳速度予以測定。同時明確廢氣的主要成分與排放流量，計算轉爐內的含碳量。相較于爐定碳法，副槍技術能夠更精確的測量含碳量，也具有更大的數據支撐力度，有助于鋼材成品質量和制作效率的有效提高。

3 轉爐煉鋼自動化控制技術的構成、流程與作用

3.1 構成

3.1.1 計算機控制系統

在計算機控制系統的幫助下，能夠處理數據信息，并將控制需求聯系起來構建相應的煉鋼數學模型，最終設定、調整參數信息，實現同其他控制系統的聯通。首先，需借助各類傳感設備收集包括時間信息、溫度信息、壓力信息等在內的一般性數據信息。基于現有技術條件，傳感器能夠及時收集數據信息，并在最短時間內向計算機控制系統傳輸數據，由其負責處理數據，將控制指令傳達下去。與此同時，各類詳細的數據信息也可展示在計算機面板中。

3.1.2 PLC控制系統

PLC系統的中文全稱為可編程邏輯控制系統，其是核心控制裝置的一種。這一系統不僅能夠讓存儲內部控制程序的需求得到很好的滿足，也可開展邏輯運算處理，實現順序控制和定時，發出計數的信息指令。完成編輯的內部程序到達具體運行位置，如液壓泵等。根據指令，相應運行單位展開工作，比如在加料控制中，控制加料的時間、加料量等。

3.1.3 過程監測控制系統

現階段，人工仍然是完成過程監測的主力軍。比如，控制人員通過觀看計算機顯示屏、控制柜和各類控制預警裝置，便能夠對基本的運行狀況有大致了解。且也根據結合經驗，聯系顯示數據，相應的調整控制工作，而具體調整則需要利用計算機、各類控制按鈕等操作設備完成。

3.1.4 數學模型控制系統

基礎性是這一控制系統在應用方面的一個顯著特征，能夠計算出各類消耗物質信息，達到變量控制的目的。諸如輔料信息、氧氣量信息以及冷卻消耗劑等均是需整合的消耗物質信息。在進行數學控制模型的構建時，要求將各類理化知識充分融合，并對其進行核算，將各類成分的重量和比例等確定下來，成分分析通過數學控制模型也能夠很好的完成。

3.2 轉爐煉鋼自動化控制技術的工藝流程

3.2.1 供氧系統

供氧系統可對氧槍位置及其供氧量進行控制，并將計算模型結合起來搜集、動態控制數據。氧槍的位置并不固定，可隨時變動，并基于反饋數據調整特定部位的供氧量，從而降低含氧量，使鋼鐵純度更高。供氧系統能夠實現對數據的實時搜集，同時根據設定的程序，對吹氧量做出調整，把和鋼液液面間的距離控制在合理范圍內。

3.2.2 原料系統

原料系統的作用在于稱量原材料，包括鐵水、鐵合金、廢鋼等，并借助專業設備調整配比，去皮稱量鐵水。之后，在基于程序動態化調配配料，對原材料比例予以合理控制，待其達到最佳比例。因為原料具有非常多的來源，所以需對鐵液的物理熱和鐵液組分間化學反應進行評估，并有助于降耗的數據模型予以使用。

3.2.3 副槍系統

不斷進步的自動化，促使鋼鐵生產行業開始較多的應用副槍系統。該系統的自動化程度比較高，能夠對鋼液中的碳含量以及鋼液溫度進行有效測定，并比較既定的標準。同時，副槍系統也可在鋼液中伸入副槍探頭，以對即時數據進行采集，最后在計算機中輸入數據的結果，提供具體的數據支持給數據模型。

3.2.4 廢棄測量系統

轉爐煉鋼會有非常多的廢氣產生，進而對生產環境和環境衛生造成嚴重影響，而廢棄測量系統則能夠測定廢氣的種類和含量。在生產時，常有大量的一氧化碳、二氧化碳出現，而造成這一情況的主要原因是鋼液的化學反應。廢棄測量系統不僅可對廢氣濃度予以測定，還能夠測算鋼液碳含量濃度，并將副槍系統所采集的數據聯系起來對數據模型加以完善，從而促進生產質量的顯著提升。

3.3 轉爐煉鋼中自動化控制的實際作用

3.3.1 精確檢測廢鋼、鐵水等的質量

鐵水和廢鋼等工業生產廢料會嚴重危害人體健康，如果不能正確操作更有危及生命的可能。所以，自動化稱量此類物質的重量，可以使其高效性、智能性得到保障，操作的精準性和安全性更強。轉爐煉鋼處于較為惡劣的工作條件之中，稱重過程中需要控制吊車向裝有鐵水的鋼槽、爐缸裝料，同時借助多種壓力重量傳感器對其去皮重量進行檢測，借助PLC控制系統向顯示器進行傳輸，完成記錄與顯示工作，并在計算機系統中存儲。

3.3.2 執行對電氣系統的控制

運用自動化控制技術，主要是借助持續的電能供應和健全的電氣控制系統。為了確保其自動化控制更加穩定、安全，煉鋼車間通常會對發揮應急處理作用的預備電氣控制系統進行配置。而此部分的系統控制應具備獨立性，以使應急需求得到滿足。通常情況下，在轉爐煉鋼車間的散料倉內，借助料倉分布四角的壓式稱重傳感器稱重和顯示其的質量參數。

4 轉爐煉鋼系統中自動化技術的應用

由于自動化控制技術的應用較為復雜和緊密，所以在轉爐煉鋼系統中應用自動化控制技術并非簡單地套用，仍需和轉爐煉鋼系統的運用特點與需求相結合，優化細節和調整自動化控制技術。現階段，我國在轉爐煉鋼系統中的自動化控制技術，一般是運用二級計算機控制技術。文章著重介紹轉爐煉鋼系統中二級計算機控制技術。轉爐煉鋼系統中的二級計算機控制技術主要涉及一級基礎性控制模塊與二級過程控制模塊，此外，還囊括兩極控制模塊的諸多硬件通信接口。其中，一級控制模塊主要連接在電氣、儀器儀表以及人工操作設備中。二級控制模塊主要連接在系統中的服務器、客戶機以及打印機中，同時一二級控制模塊的計算機均連接同一個系統，進而確保可以順利傳遞轉爐煉鋼系統中的全部信息。在實際的轉爐煉鋼系統運作過程中，一級控制系統主要負責采集和處理轉爐煉鋼中的各項指標數據，同時會在計算機系統中匯總最后的數據信息，展開統籌處理，若是轉爐煉鋼系統不能正常運轉，則會向工作人員發出警報，以便第一時間運用有效解決手段。二級控制模塊則是立足于一級控制模塊收集的數據信息，深入計算分析和學習使用，為整個轉爐煉鋼系統數據庫積累豐富的數據，進而有效控制轉爐煉鋼系統。

5 轉爐煉鋼自動化控制技術的常見問題及解決措施

5.1 開閘跳閘問題

開閘跳閘這一問題的出現幾率較高，其出現和變頻器的關系較大。針對這一問題，要求檢測人員檢測變頻器是否出現故障，倘若有合閘工作不良的情況發生，需要仔細排查變頻器的數量。同時還要測算操作位置誤差，并對輸出參數予以控制，通常參數為零，從而確保合閘操作順利完成。這一問題的解決對檢測人員的專業知識有非常高的要求，以便第一時間將故障的儀器發現，并采取專業手段將其解決，以免影響到整條生產線。

5.2 信號傳輸問題

在轉爐煉鋼自動化控制技術中，系統的運轉方向主要取決于信號傳輸。一旦信號傳輸發生故障，影響顯示單元的正常顯示，又或是顯示出錯，同時也讓執行不動和誤動的情況頻繁出現在執行機構內部，最終讓鋼鐵質量受到嚴重影響，生產損失加大。一般當信號傳輸出錯時，擋火門便不能正常移動，需第一時間分析故障，并要求檢測人員對交換機接口進行檢測，觀察有無彈片斷開的情況發生，檢查網絡通信線路通暢與否。

5.3 搖爐異常問題

通常，在轉爐煉鋼自動化控制技術中，需借助電能使用搖爐，倘若通電情況一切正常，還是不能操作搖爐，要求檢測人員對氧槍情況以及潤滑程度進行檢測。而如果搖爐發生故障，同時鋼液盛滿整個窯爐，那么就會極大的縮短轉爐的使用壽命。這個時候運用強制執行模式，借助專門線路將搖爐連接起來，設置操作按鈕于主控臺上，啟動按鈕，展開強制執行，從而把因搖爐異常而引發的損失最大程度的減少。

5.4 氧槍上提問題

通常來說，氧槍上提問題的發生主要是受到制冷劑流量異常的影響。一旦制冷劑流量在標準參數以下，則就會造成氧槍上提的情況發生。且在特殊條件下，此類情況也會發生，要求將自動化技術的控制策略進一步完善。當發生氧槍緊急上提情況時，可第一時間把緊急停止按鈕按下，讓氧槍電機處于抱閘鎖死的狀態，使氧槍維持原位不變。類似事故的發生會引發電動閥異常，需及時控制，在將故障處理完后，方可使系統能夠正常運轉。

6 結語

總而言之，在時代快速發展的背景下，我國煉鋼企業的自動化控制技術進展非常明顯，面對當前的時代需求，傳統的煉鋼技術已無法較好的滿足，且也不能將可觀的經濟效益帶給企業。為了加快升級我國煉鋼產業結構，進一步提升鋼材質量，必須在煉鋼技術方面有非常大的改變。轉爐煉鋼自動化控制技術是現階段我國煉鋼產業發展的一個著重攻破點，其不僅可將煉鋼企業在勞動力方面的消耗減少，使企業煉鋼成本得到節約，也能夠有效提升煉鋼的質量與效率。須知，推動我國鋼鐵產業自動化突破發展的一項先決條件是加快實現自動化鋼鐵企業發展，同時其也是加快我國工業現代化進程的一個核心要素。