冶金转炉炼钢自动化控制的技术研究

[摘 要]伴随着自动化控制技术在工业生产中的广泛应用，转炉炼钢自动化技术在各大钢铁企业的迅速实施，不仅节省了人力物力，而且使炼钢更高效、精度控制更准确。本文分析了我国转炉炼钢相关的自动化控制技术，并对其功能与应用价值进行了探讨。

[关键词]冶金转炉炼钢；自动化控制技术；功能及应用价值

中图分类号：TF345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0064-01

冶金转炉炼钢过程是一个复杂的多相物理化学反应过程，环境恶劣、过程复杂，期间难以准确地进行连续不断的测量，因而无法采用常规过程控制的方法对其进行控制。但仅凭人工经验控制炼钢终点又难以保证钢材产品优质、操作稳定和低能耗，因此，必须对炼钢生产进行精准的自动化控制，以提高钢铁质量和劳动生产率，节省能源，降低成本。

一、冶金转炉炼钢自动化控制技术

转炉炼钢主要是指以铁水、废钢、铁合金为主要原料，靠铁水的热量以及废钢、铁合金在高温下发生化学反应产生的热量相结合，在转炉中完成炼钢的过程。转炉炼钢技术在计算机信息技术、网络技术、工业控制技术以及工业控制网络为基础发展起来的，控制变量繁杂且要求精度很高，是炼钢过程中最重要的一个环节。以下是针对转炉炼钢自动化控制技术中几个关键技术的分析。

1.冶金转炉炼钢检测技术

传统的转炉炼钢已经很难适应现代社会的生产要求， 尤其是随着检测技术，计算机技术和自动化技术的飞速发展， 转炉炼钢的自动化技术也随之改进。目前，用于转炉炼钢检测技术主要分为废气分析检测技术和副枪监测技术两部分。在转炉炼钢过程中，它们主要通过检测仪表对熔钢温度、液面高度、熔钢成分等参数的记录，并进行及时分析，为炼钢过程中的温度控制、添加原料等提供有利的数据支持。具体检测技术包括：

（1）转炉炼钢副枪检测技术

转炉炼钢副枪自动化的使用是现代钢铁企业先进性的标志和发展趋势。国际上大部分钢铁企业在转炉上都配有副枪。副枪检测方法不但可以保持对钢水较高的碳含量和温度的控制，同时减少了石灰、铁合金等原料的消耗，无需钢水的补吹，且炉衬浸蚀明显降低，实现了完全的自动化，大大提高了转炉炼钢的产量。

（2）转炉炼钢废气分析检测技术

转炉炼钢技术在炼钢过程中主要产生的废气有一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、氧气等。转炉炼钢废气检测主要使用炉气定碳法和副枪技术相结合，以副枪测定为主，结合废气分析计算脱碳速度，通过炼钢过程中排除的废气成分和流量，为计算转炉内瞬时钢液残留碳的含量提供信息，从而确定转炉中的含碳量。此外，转炉气副枪法的实施，不仅使转炉内含碳量的测量精度大大提高，而且为自动化检测技术提供了有利的数据，避免了传统人工工作模式，提高了工作效率和产出钢的质量。

2.冶金转炉炼钢自动化技术

转炉炼钢自动化技术主要包括控制技术、人工智能技术以及对炼钢模型的研究。它们主要是指转炉炼钢过程中以计算机技术为媒介对检测技术所显示炼钢生产过程中转炉内原料不足、废气过多、温度不准等原因进行自动化调整。

（1）转炉炼钢的控制技术模型

转炉炼钢的控制技术包括动态控制模型和反馈计算模型，主要是根据控制系统对吹炼终点和含碳量的检测数据进行控制的。动态控制模型主要是对炼钢过程中氧气的需求量和冷却剂量进行检测，并根据所测得含碳量、温度以及氧气量的数值计算出钢水实际温度以及钢水的实际含碳量，方便钢水温度和含碳量的调整；反馈计算模型主要是针对动态模型所测量数据进行重新计算，按误差大小调整规划，补充转炉内的原料所需。

（2）转炉炼钢中人工智能技术的应用

人工智能技术是基于计算机科学技术通过模拟、延伸和扩展人的智能方法的一门新的技术。转炉炼钢过程中人工智能主要是针对炼钢过程中需要人为处理的工作，通过计算机科学技术模拟进行，从而减少劳动力，提高生产效率和产品质量，实现钢铁企业智能化的进程。

（3）转炉炼钢中的模型研究

在转炉炼钢过程中，无论是人工智能技术还是控制技术都是以模型为基础的。目前，所使用的人工智能技术主要是以计算机科学技术为基础，以人为模型进行模拟工作；而控制技术中动态控制模型，也是根据热平衡原理和化学反应为基础的。所以模型研究在转炉炼钢过程中必不可少，不但可以提高钢材质量和生产效率，同时可以针对钢铁企业存在问题科学、合理的进行解决规划。

二、冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能及应用价值

自动化系统在转炉炼钢的应用中主要可以对废钢、铁水的质量进行称量、对电气控制进行指示以及对仪表监视控制作用等。以下是对转炉炼钢自动化系统功能的简要分析。

1.冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能

（1）转炉炼钢自动化系统对废钢、铁水质量的称量

由转炉炼钢工作环境恶劣，废钢、铁水的称重必须由天车主钩吊装废钢料槽和铁水炉缸进行装料。装料过程主要通过多个压式重量传感器读出废钢或者铁水的重量，并由补偿接线盒显示重量数据，并及时进行记录。

（2）转炉炼钢自动化系统对电气控制的指示

在转炉炼钢过程中考虑到有些电气操作是应急处理操作，关系到自动化系统的安全性和可靠性，因此，电气控制指示必须独立构成。自动化转炉炼钢共有六个散装料料仓，主要是铁矿石、白云石、白石灰以及铁皮球料仓。在散料质量测量中，主要通过料仓四角处的压式称重传感器通过监测画面在仪表器中显示。

（3）转炉炼钢系统对仪表监视的控制

在转炉炼钢过程中，仪表监视控制部分是通过计算机技术，利用网络服务器和主机相连，监测仪表PLC的工作。计算机主机和从机相互合作，一旦有异常情况发生，做到主从机可相互代替工作的目的。这样可确保系统能够有一个相对完整的数据库，增加了系统的可靠性，便于系统的维护工作。

计算机的监测画面是仪表部分的网络服务器，通过适配器从仪表中读取监测废钢、铁水等原料的使用数据；同时，监测画面还能实时的显示氧气、氮气以及冷却水的压力和流量，给操作人员提供有利的数据，供其对氮气、氧气、冷却水进行调整；同时，对钢水温度的监控中，采用热电偶探头深入转炉内取出钢水的温度，并利用监控系统从仪表器中显示。

2.冶金转炉炼钢自动化控制技术的应用价值

我国转炉炼钢自动化控制技术的目标是：在提高钢铁的质量和生产效率的前提下，最大限度的降低成本、节约能源、科学环保，使我国钢铁市场在国际钢铁市场竞争中利于不败之地。在自动化控制技术的前提下提高炼钢的终点命中率、改善钢水质量、降低生产成本和提高能源利用率，从而提高钢铁的生产效率和钢材质量。

自动化转炉炼钢技术采用动态控制转炉气体连续分析系统和副枪测温系统相互结合，增加了转炉气体和温度达到终点的几率，从而大幅度的提高终点控制命中效率。为了提高钢水质量，在气体补吹过程中应尽量减少氧气含量，避免钢水氧化，提高钢的纯度。通过提高终点命中率和降低补吹率，从而缩短了冶炼时间，增加了钢液温度和成分的稳定性，为连续铸钢创造了条件；同时，在自动化转炉炼钢技术的支持下，取消了一次性副枪确定氧含量及定碳头的能源消耗，降低钢中的含氧量，减少了炉渣中铁合金的含量，从而提高了原料的利用率，降低了炼钢生产成本。

总之，面对国际钢材市场近年来对钢材产品质量越来越高的要求，我国钢铁企业必须尽快改革冶金转炉炼钢技术，大力发展转炉炼钢自动化控制技术，从而提高生产效率，在加强钢产质量的同时，降低能源消耗，与国际钢铁行业接轨，促进我国钢铁行业的可持续性发展。

参考文献

[1]张丙龙.转炉炼钢自动控制系统的研究[D].东北大学，2009（07）.

[2]卞丽.转炉炼钢自动控制系统[J].自动化应用， 2014（09）.