浅谈自动控制技术在转炉炼钢中的应用

时间:2022-08-14 06:11:13

浅谈自动控制技术在转炉炼钢中的应用

【摘要】现在钢材市场的竞争越来越激烈,对钢材产品质量的要求也逐渐提高。所以如何在激烈的产品竞争中既能保持产品的质量,又能降低成本已经成为冶金企业的重要研究课题。本文就转炉炼钢控制系统的概念、基本结构、工作流程进行了阐述,旨在普及转炉自动炼钢控制技术的应用以及提高转炉炼钢的效率。

【关键词】自动控制;转炉;炼钢

一、转炉自动化炼钢概述

在炼钢的过程中,转炉炼钢是很重要且比较繁琐的一个环节,其所需要控制的变量多且对精密度要求很高。随着计算机技术以及计算机网络技术的普及,转炉炼钢控制技术是一种借助计算机为平台,在工业控制技术和工业控制网络的发展下,通过以炼钢模型控制为主,技术工人实时监控为辅的炼钢控制技术。采用转炉自动化炼钢工艺,可以改造传统的工艺和设备,以达到提高产品的质量,降低生产成本,减少工人工作量的目的。现市面上大部分转炉自动控制技术都是采用计算机以及PLC相结合的控制系统,这是自动化炼钢技术上又一飞跃性的进步。

二、转炉自动控制系统的组成

转炉自动控制系统主要由:数学模型控制系统,计算机控制系统(L2),基础自动化控制系统(L1)和过程监测控制系统四部分组成。

1.数学模型控制系统

数学模型控制系统的主要作用是计算转炉冶炼过程的控制参量,如:辅料消耗、氧气消耗、冷却剂消耗等。其基本原理主要有两个:一是炼钢过程中的物料平衡和热平衡,也就是质量守恒定律。在冶炼前所投入铁元素重量、氧元素重量和热能,应该等于在终点时渣样以及钢水中铁元素、氧元素重量和热能加上冶炼过程中损失掉的重量和热能之和。二是冶金反应物理化学反应。通过冶金物理化学可以研究下炼钢的基本反应,根据终点渣样的成分、温度以及重量与终点钢水的重量之比,可以计算出钢水中各元素的浓度;相反,也可以根据所规定钢的成分,来预算处所需加入铁水的重量以及各种其他辅料的百分含量。

2.计算机控制系统(L2)

计算机控制系统的主要作用是收集转炉冶炼信息、数学模型的参数管理和模型计算以及L2与L1之间的数据通讯。L2是通过自动化系统用算数的方法执行化学物理公式,所以它需要输入大量的原始数据,也就是来自测量设备的实际值和经验参数,经过数学公式计算,提供输出数据,及一固定的设定值,然后完成L2与L1的相互传送,或直接显示在屏幕上。

3.基础自动化控制系统(L1)

现在市面上最常用的基础自动化控制系统是PLC可编程控制器,它主要是以微处理机为基础发展起来的一种新型工业控制装置。其采用的是一类可编程的存储器,主要用于储存内部程序,处理逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算数操作等用户可以执行的指令,并通过数字或模拟式输出控制各类型的机械或生产过程。基础自动化控制系统的工作任务是:系统的逻辑顺序控制;信号的采集过程数据处理;依据模型计算结果自动执行吹炼控制;备料、加料控制;副枪控制;与工作站和其他PLC的通信。

4.过程监测控制系统

过程监测控制系统也就是人工的操作站,其主要任务是:显示过程控制状态、检测信息;显示仪表测量值;输出操作命令、故障报警以及故障诊断信息;输入设定值以及控制参数等。通过键盘或鼠标以及按钮来,来完成各种设备的操作。

三、转炉炼钢过程中自动控制流程

第一,在炼钢准备期间,首先需要了解所炼钢水和所需铁水。根据生产计划确定所炼钢水的成分,钢水量,出钢温度(红送还是保温)和高炉传来的铁水成分,铁水温度(如有废钢,还要确认废钢的类型)来启动第一次预计算模型,计算出所需铁水重量,废钢类型和重量。然后根据所炼钢种重量、钢包容积和状态、废钢种类和重量、入炉前铁水温度和成分启动第二次预计算模型,计算出脱硫站操作要达到的铁水目标硫成分。

第二,在主原料装料期间,根据兑入的铁水重量、废钢的类型和重量以及所炼钢种启动喷吹计算模型,算出本次冶炼所需的氧气流量、副料重量、吹氧过程中用副枪测温的时间、吹氧和底吹的方案,副料加入的准确时间和批量。通过最后一次测量计算出液面高度。

最后一步,当吹氧量达到一定程度时,一方面,启动炉气连续分析动态模型检测钢水碳含量,另一方面用副枪对钢水温度进行测量。根据测量的结果,对最后的吹炼结果进行调整。出钢时,如果元素含量和温度均达到出钢要求,应立即出钢。如钢水元素含量和温度没有达到出钢要求,就启动补吹模型。计算出达到目标温度和成分所需添加的溶剂量、加热剂量及补吹氧量。在出钢的过程中,启动合金计算模型。根据钢水的条件和合金的成分,计算出达到目标钢水所需添加的合金重量和类型。

出钢结束后,由吹炼终点钢水的成分和温度的实际值与理论计算值之间的偏差,还要重新启动计算模型。这个模型要重新计算下该炉钢水所炼的总体情况,然后,通过实际值与理论值之间的比较来确定模型中相应的冶炼参数,同时修改原模型中的冶炼参数,新的数据可以指导下一炉钢的冶炼。

四、提高转炉炼钢自动控制技术水平的探讨

转炉炼钢生产控制模型的基础是“再现性”,即对不同冶炼炉次,若其输入的工艺条件相同,则作为输出的终点控制结果如重点温度、成分等也应该完全相同。想要提高自动控制的炼钢水平,除了技术方面的,还需要注意以下几点:

1.在思想上重视,提升现场管理水平

2.加强设备维护水平,降低设备故障率

3.保证过程数据检测准确可靠

4.长期的工艺参数摸索与积累

5.制定科学合理的生产管理制度

6.规范化的现场操作

结语

转炉炼钢自动控制技术是一项复杂的系统工程,其所涉及面甚广,包过机械、计算机、制造业等工艺。其还有很大的改善改进空间,相信随着科技的进步,自动化控制技术的普及,更先进的转炉炼钢自动控制技术会被发现,为冶金行业提供数据更精密,性能更强大,操作更简单的自动化控制系统,给冶金行业带来无限的可能性。

参考文献

[1]丁探,陈世福等.用面向对象的方法实现转炉吹炼控制模型[J].计算机研究与发展,2008,33(4):277-282.

[2]姚勇.炼钢静态模型的应用.武钢技术,2010,1:17-19

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