转炉炼钢自动化控制技术及常见问题分析

宋清明

（河钢邯钢设计院，河北 邯郸 056015）

随着科学技术的进步，自动化控制技术的发展已非常成熟，早已在工业生产等领域得到广泛应用，体现出强大的技术优势，使传统的工业生产焕发出新的活力。其中，炼钢生产是自动化控制技术应用较早，并具有代表性的方面。在转炉炼钢生产中，通过自动化技术实现了对生产工艺参数的实时监控，同时根据工艺要求实现了对氧枪、转炉本体、装料、供气、除尘以及余热回收等设备环节的自动化、智能化、精确化控制，有效提高了炼钢生产效率和钢产品质量，改善了工人工作环境，降低了资源消耗。可以说，自动化控制技术的应用就是工业现代化的标志，因此，加大技术投资，加强对炼钢生产的自动化改造，已成为当前钢铁企业全面提高技术水平和市场竞争力的关键。本文对转炉炼钢自动化控制技术的应用及常见故障问题进行了探讨。

1 转炉炼钢自动化控制技术概述

转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金等为生产原料，在借助外部热源加热的情况下，依靠铁水本身高温热能和内部组分的化学反应热量而在炼钢转炉内完成的钢冶炼生产过程。在转炉炼钢生产过程中，不仅生产环境恶劣，受高温热辐射和烟气影响较大；而且对各项工艺参数要求也非常严格，需要对温度、钢液成分、吹氧量、搅拌强度、熔剂加入量等进行严格的控制。这些变量因素对于炼钢生产过程和产品质量都有很大的影响，而如何根据生产运行数据，准确合理地控制这些变量因素也是转炉炼钢生产的关键。在采用自动化技术之前，转炉炼钢的很多工艺操作都是由人员根据经验手动完成，不仅人员劳动强度大，危险性高，而且生产效率和产品质量也难以保证。而自动化控制技术的应用则改变了这一落后的生产状况，为生产环节各工艺参数的精确控制提供了技术保障。转炉炼钢自动化控制技术是以计算机技术、网络信息技术及工业控制技术为基础，以PLC系统为控制核心，利用各种传感器通过对生产中温度、烟气浓度等信息的采集，按照事先编制好的程序内容，对各执行单元发出相应的控制指令，从而实现对工艺参数的控制和调整。其控制系统主要由以下几部分组成。

1.1 数学模型控制系统

数学模型控制系统主要作用是对转炉冶炼中氧气消耗、冷却剂消耗、辅料消耗等控制变量的计算。数学模型的建立主要是针对炼钢生产中的各类理化反应和质量守恒定律。例如根据炼钢反应中渣样温度、成分、重量与重点钢液的重量之比，可以计算出钢液中各元素含量和组分，以判断钢液是否符合质量要求；逆推之，也可根据对钢液的成分要求，通过系统预算出转炉中需要加入的铁水量个辅料量。

1.2 计算机控制系统

计算机控制系统的作用是对建立的炼钢数学模型的各种参数调整设定和计算，对PLC控制程序进行编辑；通过各类传感器对温度、压力、时间、阀门开度等工艺信息进行实时采集和存储，以便于对转炉运行各种参数的监控和对历史信息的调阅；经过数学计算为PLC发出控制指令，完成与控制单元PLC之间信息传输，并将操作信息和各种参数指标反映至显示器上。

1.3 PLC控制系统

转炉自动化控制的核心装置是PLC，即可编程逻辑控制系统，它是以微处理机发展而来的一种新型工业控制装置，在现代工业自动化控制中有着非常广泛的应用。PLC采用的是一类可编程处理器，主要用于存储内部控制程序，处理逻辑运算，执行顺序控制和定时、计数等指令。PLC在运行时会根据事先编辑好的内部程序将控制指令以模拟或是数字信号的方式传输至液压泵、电磁阀等执行单元，控制执行机构按照相应的程序指令进行动作，从而实现对执行机构的自动化控制。例如转炉冶炼中吹炼控制、氧枪控制、加料控制等工艺环节的自动化都是由PLC实现的。

1.4 过程监测控制系统

过程监测控制系统也就是人工操作站，主要作用是通过显示屏、控制柜以及声光报警装置等显示设备运行状态，显示仪表测量值，输出操作命令，对各类超标信息进行声光报警提示等。人员可通过控制柜、鼠标、按钮开关等，来完成对设备的操作和对工艺参数的调节。

2 转炉炼钢的自动化工艺流程和功用

2.1 供氧系统控制

主要是对氧枪供氧量和氧枪位置的控制，对相应的控制参数进行调整设定后，氧枪即可根据生产情况，按照设定程序自动氧枪调节吹氧量和距离钢液液面的距离。

2.2 原料系统控制

包括对铁水和其他辅料的称量，用电子称对铁水自动去皮称量后，计算机即可按照设定好的配比要求，控制上料系统自动进行配料和称重上料，达到最为精确的冶炼原料配比。

2.3 副枪系统的设定

自动化程度较高的钢铁企业普遍都安装了先进的副枪系统。副枪的作用主要是测定钢液温度和钢液中的碳含量，由系统控制副枪探头至钢液中，对相关数据信息进行测量采集后，传输至计算机。利用副枪系统可实现对钢液的在线取样测温，提高生产效率；还可减少熔剂、补吹物质的消耗量。

2.4 煤气回收控制

主要是通过各种传感器、分析仪，对管道煤气流量进行测量，并将测量数据反馈至计算机系统和人工操作站，可通过系统自动和人工手动两种方式控制电子阀门的开度大小，从而实现对煤气量的调节。从而确保炉口、管道煤气正压，保障安全操作，利于煤气回收。

2.5 废气测量系统

转炉炼钢生产中会产生大量的废气，主要为一氧化碳、二氧化碳等。在炉内加装废气成分监测系统可以实时监测废气浓度，以此可判断转炉内钢液含碳量的高低，同时结合副枪系统的采集数据则可实现对炉内各项关键性生产指标的全面监控，为控制产品质量提供保障。

3 转炉自动化控制中的常见问题与解决措施

3.1 氧枪故障

氧枪上提多为制冷剂流量异常变化所致，当制冷剂流量低于要求数值时，即会引起氧枪上提。除此以外，氧枪的升降和位置调整主要由电气系统完成，因此，当氧枪出现自动提枪或是无法提枪问题时，当排出生产工艺和控制系统原因后，还应从氧枪的电气系统方面考虑。

3.2 摇炉异常

摇炉控制是在电气系统辅助下实现的，在正常通电且电气系统运行稳定的情况下如果出现无法摇炉或是摇炉异常的问题，则应检查氧枪位置和润滑温度是否正常。当出现摇炉异常及自动化控制系统故障时，转炉内高温钢液很容易造成转炉的损坏，甚至导致钢液溢流，引发生产事故。生产中遇到这种情形时必须采取应急处理措施，采用强制执行模式以实现对转炉的强制操控。强制执行模式通过专门的线路将主控台与摇炉连接，在操作台设置相应的按钮，不受自动化系统和其他线路的控制，保证操作的独立性。

3.3 信号传输问题

自动化系统运行依靠的就是稳定的信号传输，系统通信中断或是信号受到干扰都会导致执行机构不动作、误动作，或是导致显示单元不显示、误显示，很容易引起难以预料的严重后果。例如，屏幕显示错误或是显示数据明显异常，基本可断定为系统通信故障。针对该故障首先应查看相应的信号指示灯，后检查网络通信线路是否断开或接触不良，交换机接口是否出现弹片断开。