转炉炼钢的自动化控制技术研究

焦鹏飞

摘 要：随着科技水平的不断提高，自动化控制技术在工业生产中发挥了积极的助推应用，而在炼钢行业，转炉炼钢自动化技术也得到了广泛的应用，不仅节省了人力物力，而且使炼钢更高效、精度控制更准确，明显提高了炼钢质量，本文就转炉炼钢自动化控制优势及其关键技术进行了详细的分析。

关键词：转炉炼钢；自动化；控制技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.028

1 引言

近年来，国际钢铁行业发展迅猛，不仅生产的钢材质量高，而且在炼钢过程中能源消耗低，这对我国钢铁企业造成了巨大压力，使我国钢材行业在国际钢材市场间的竞争中很难有一席立足之地。因此，我国钢铁企业必须尽快加强炼钢技术的改造，通过自动化控制技术在转炉炼钢中的应用，提高钢铁企业的生产能力和钢材质量，确保我国钢铁企业在国际钢铁行业中的有利竞争地位。

2 转炉炼钢自动化控制技术概述

转炉炼钢自动化控制技术在计算机信息网络技术、工业控制技术为基础发展起来的一种技术，传统的转炉炼钢过程是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，依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，而转炉炼钢自动化控制技术则是根据钢种以及铁水的重量和温度，在转炉兑铁前，由二级计算机分析出整个过程的氧枪吹炼高度、熔剂加入量、吹氧量、底吹量等静态数据，同时在吹炼后期检测钢水成分和温度等参数，再通过二级计算机系统分析出动态模型调整数据，从而实现炼钢的自动化控制，保证达到最终目标。

3 转炉炼钢自动化控制技术的重要意义

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。

4 转炉炼钢过程自动化控制功能及关键技术分析

4.1 转炉炼钢自动化控制系统的功能

第一，实现废钢、铁水质量的称量控制。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。

第二，对电气控制的指示控制。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，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。

第三，转炉炼钢系统对仪表监视的控制。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。

4.2 转炉炼钢自动化控制系统关键技术

第一，转炉炼钢检测技术。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，这其中检测仪表是自动化炼钢检测技术的前提，以此为基础，我们的自动化控制才能得到有效的实施。

第二，废气分析检测技术。转炉炼钢技术在炼钢过程中主要产生一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、氧气等废气，传统的方法是炉气定碳法，它是通过废弃成分来反映炉内的指标参数，但是这种方法受制于各方面的原因，其准确性相对较低，误差较大，已经难以满足现在的需求。

第三，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，此法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，提高了工作效率和钢产品的质量。

4.3 转炉炼钢自动化技术

第一，控制技术。控制系统的主要功能是估算出吹炼终点的含碳量以及熔钢温度，一般为动态控制模型和反馈计算模型两个模块，动态控制模型能够分析出需要的氧气量和冷却剂龄，并根据过程中检测的各项数据，估算出吹炼终点的含碳量以及熔钢温度；反馈计算模型能分析出动态控制模型中的估算误差，并实施适度的调整。

第二，数学模型。转炉炼钢的动静态控制都是以数学模型为基础的，例如现在比较常见的动态控制是在化学平衡和热平衡的基础上发展而来的，通过建立静态的数学模型，计算得到起始的氧流量、氧枪高度等参数，再于吹炼操作中，利用副枪检测的信息来调整控制参数，最终实现自动化的过程控制。

第三，人工智能技術。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发展起来的一项技术，其主要是针对炼钢过程中一些需要人为处理的工作，通过计算机科学技术模拟进行操作，从而减少劳动力，提高生产效率和产品质量，进而实现钢铁企业智能化的进程。

5 结语

随着自动化控制技术在炼钢行业的不断发展与应用，转炉炼钢自动化水平得到了进一步提高，因为为了实现炼钢“高质、高效、节能、环保”，应大力发展转炉炼钢自动化控制技术。

参考文献：

[1]张丙龙.转炉炼钢自动控制系统的研究[J].东北大学，2009.

[2]卞丽.转炉炼钢自动控制系统[J].自动化应用，2014.endprint