260吨转炉自动化炼钢模型开发与应用

翟宝鹏 王明林

摘 要：近些年来，随着国家的发展，科技的进步，大量的自动化技术广泛应用于生产中去，本文将就鞍钢股份的260吨转炉中的自动化炼钢系统进行阐述。

关键词：转炉；自动化炼钢

中图分类号：TF71 文献标识码：A钢铁产业是一个国家的基础产业，其产品广泛应用于造船、铁路、建筑等行业，其产量的高低和质量的好坏体现着一个国家的工业的发展水平，近些年来，随着科技的进步，自动化技术也应用于钢铁产业的生产过程中，本文将就炼钢中对于转炉的自动化炼钢系统的开发与应用进行阐述。

1转炉炼钢简介

1.1转炉炼钢的概念

转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程，转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。现今，碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大、单炉产量高、成本低、投资少等优点，为目前使用最为普遍的炼钢设备，转炉主要用于生产碳钢、合金钢、及铜和镍的冶炼。在上世纪及90年代，一种新的将转炉和直流电弧炉结合在一起的方法被应用于炼钢工艺中，这种方法是将转炉和直流电弧炉组合成一套单元，通过在每炉子中分别装入氧枪，采用同一个电极，在工艺的前段时间是采用转炉工艺，剩下的时间则通过电极来作为直流电弧炉使用。在采用这种工艺时，转炉和直流电弧炉交替使用。

1.2转炉炼钢设备的组成

转炉炼钢设备通常由以下部分组成：转炉的炉体，使炉体进行倾动的设备、氧枪、复吹装置等部分组成

2自动化技术在转炉炼钢中的应用

2.1自动化技术在转炉炼钢中应用的发展历程

上世纪60年代，日本的一家钢管公司通过采用在线操作方式，将计算机应用于转炉生产中，极大的提升了转炉的效率。而后到了80年代，随着自动控制方式的发展和技术的日趋成熟，全自动控制技术得以在转炉炼钢中得以使用。时至今日，自动化技术已经发展到了对转炉的静态控制和对副枪实施动态控制。

我国自上世纪60~70年代进行了多次转炉自动化实验，取得了宝贵的实验数据，上世纪80年代，宝钢自日本引进全套技术和设备实现了转炉自动化控制。时至今日，转炉的自动化研究已经进入了新的发展阶段，目前主要的研究方向为在冶炼时进行信息检索、炼钢过程的建模与控制、开发新的控制系统和加强智能技术在炼钢过程中的应用。

转炉炼钢的自动化过程经过了多年的发展，随说已经投入实际应用，但是在应用过程中发现了一些问题，例如：控制系统过于复杂同时由于控制条件不断变化造成对于最终结果的控制无法提高等。转炉炼钢由于其工艺复杂对自动控制是一个巨大挑战。

2.2自动化炼钢系统简介

转炉炼钢的控制复杂，难度系数很高，从以下几个方面进行：（1）对转炉内进行吹气时，枪位的控制要准确，不能过高或过低，不然容易造成事故。（2）辅原料的投入时，要把握准确时机。（3）对于终点控制的难度很大。在进行自动化炼钢模型的设计时需要满足以下条件：①根据炼钢工艺进行设计，制定正确的吹炼方案，对于辅原料的投入时机进行把控，②对于终点控制要能精确命中吹炼终点，根据传感器或仪表对炉内信息的检测，动态校正计算误差，精确命中吹炼终点。本文通过二级计算机控制方案来控制转炉炼钢过程，第一级采用基础自动化控制，第二级采用过程自动化控制。系统采用以太网作为通讯网络，将第一级的仪表传感器、人机接口操作站、电气控制站和第二级的主控电脑进行连接，通过将第一级转炉炼钢过程中的实时状态和相应的数据进行采集传输到第二级的上位机进行处理，上位机根据采集到的数据进行判断，设定程序数据并对生产工艺过程的顺序进行控制和PID调节控制。通过对炼钢过程中的信息采集开发出相应的计算机网络控制，通过采用仪表、PLC、计算机相结合建立起统一的监控。第一级的控制过程包括废钢料下料控制系统、氧枪自动控制系统、底吹自动控制系统、副枪自动控制系统、炼钢过程中铁水信息采集系统、点吹过程中的自动控制系统等。下面将就这些自动控制系统进行介绍。

2.2.1废钢料信息的采集

对于炼钢过程中的废钢配料的信息的采集如下：首先需要将废钢通过自动化对废钢的数量和种类以进行采集，并将其装入废钢槽中，而后通过磁盘吊车对起吊前后的重量进行测量，得出废钢料的重量，同时将测量后的数据输入到系统中去。

2.2.2对于炼钢过程中铁水信息采集

通过采用相应的传感器对转炉中铁水的温度进行测量，并将这些数据通过自动采集传输入自动控制系统中去：（1）首先需要在倒罐间进行数据采集，采集的内容包括：铁水罐号、铁水罐中铁水的温度等，将采集到的信息输入到自动控制系统中，（2）将采集到的倒罐的信息通过PLC通信传输到下一步的脱硫工序中去，对脱硫后的温度、铁水成分进行测量，而后将以上采集到的信息输入到自动控制系统中去。

2.2.3对于点吹过程中的自动控制

点吹过程需要设定点吹秒数，从氧枪进入并移动到指定的位置后进行计时，时间到后自动进行移动，并将相应信息记录到系统中。通过这种自动采集方式可以精确计量计时信息，避免人为误差，为下一步操作打下基础。

2.2.4 对于转炉出钢量的信息采集

传统的出钢量的统计是由工人对吊钢水罐出钢前后的重量进行测量，从而得出相应的出钢量，但是由于人为的误差，从而导致测量的数据极易受到影响，无法对出钢量进行精确测量。而通过采用自动信息采集技术，实现对出钢量的精确测量。

3炼钢自动控制系统的组成

炼钢自动控制系统主要由以下几部分组成：PLC、上位机、PROFIBUS总线等几部分组成。各级操作站通过以太网组成的网络进行互联，信息收集端通过信息的采集，通过网络的传输到上位机进行处理，将处理后的结果发送到PLC中进行动作执行。

结语

自动化炼钢模型的设计是为了对炼钢过程进行动态监控、并采用自动化方式对其进行控制，从而确保终点温度、钢炉内的成分以及金属收得率达到设计要求，在满足以上这些要求的基础上将辅原料的消耗进行精确控制、降低废品的发生率、同时将炼钢用时进行压缩，以最小的成本满足最大的生产，本文对炼钢中的转炉的自动化炼钢系统的开发与应用进行阐述。

参考文献

[1]蒋慎言. 炼钢生产自动化技术[ M] .冶金工业出版社.2006，11.