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