转炉炼钢的自动化控制技术探讨

范 辉

（河钢集团唐钢新区，河北 唐山 063000）

转炉炼钢技术可在铁及其合金的热能反应过程中进行分子间的化学反应，以便在自动控制过程中完成炼钢。因此，技术人员需在实际控制中融入自动化程序模型，对炼钢流程进行跟踪探究，及时掌握炼钢工艺的运行情况、运行进度，并给予科学的调控处理，进而充分发挥出自动化控制技术的优势及价值，这对于提高转炉炼钢的综合效益是有利的。

1 转炉炼钢自动化控制系统关键技术

1.1 基本控制系统

转炉炼钢自动化控制系统可在自动化运行软件系统进行炼钢操作，在三级控制规划中提高整体运行控制的有效性。其中，初级（第一级）管控系统可统计主（副）原料系统、供氧系统、分析系统等基础设备的运行情况，了解各装置是否存在运行故障问题，再结合信息传递总结、制作设备运行表单；中级（第二级）可对炼钢过程中的运行模型进行分析。如可探讨铁水预处理开展情况，再结合不同的计算模型统计出各装置是否达到项目要求[1]。若部分项目无法达到额定运行要求，则可借助监控系统呈现出运行问题，方便后期进行修改及优化；高级（第三级）可对炼钢的各项运行转换台进行管理，同时传输、分享、汇总各操作过程中的运行情况，进而总结传输的数据结果。其中，整体运行模型如图1 所示，可在自动化的处理形式中完成炼钢要求。

图1 自动化转炉炼钢流程

1.2 常规信息处理及控制

常规信息处理中，系统需根据不同层级的控制方向及控制模式进行项目规划，分析基础表盘指标的合理性。常规处理模块可直观监测生产特点及其功能指标，了解转炉炼钢过程中各设备的运行方式。通过测得各元件的运行指标，再结合装置对信息数据的处理要求，方便技术人员进行一体化控制。其中，技术人员可利用分散控制模型监测装置的运行状况，同时利用Profibus-DP 的处理模式构架IP6 网络框架，从而搭建出I/o 的信息导入框架。另外，系统也需要辅助转炉进行精细化控制，包括于废水处理、杂质处理、循环规划设计等要求，并在必要的处理模式中进行高效化控制[2]。因此，控制中需注意以下几方面的控制重点：

（1）监控工作站：监控工作站主要利用传导系统及大数据呈现不同运行层级的数据指标及监控画面。通过对比不同站点的控制信息数据，将对应的控制组件与项目进行标注，可以帮助操作站工作者进行数据查询、数据调研及测试工作。

（2）控制管理站：自动化控制管理站主要利用PLC 自动控制模式对不同装置的信号进行整合，同时利用I/o 操作模块处理不同的运行数据，进而再通过传感装置输出数据，能为炼钢工艺提供详实的控制思路。

（3）站点服务器：站点服务器可对不同信号点、监控点及服务端数据进行调度、操控管理。例如总服务器可向各分支服务器下达运行命令，再由子端程对炼钢装置的功能情况进行统计。同时，子端程需调研网络数据，了解不同装置的接线需求并给予测试，从而提高自动化系统的运行质量。

1.3 运行过程操控

自动化运行过程操控主要需对运行范围及操作功能进行测试，分析不同装置的特定功能指标。在此过程中，技术人员需监测不同元件的生产模式，再将协调完毕的过程数据融入至炼钢过程。例如过程测试中，监控图示中能够反映出氧枪吹炼、汽化冷却、气体回收等模式，再根据远程数据指标进行统一匹配，有利于在计算机中录入、测试不同的调度数据及指标数据。总之，远程监控运行过程具有较好监控属性，所有得到的信息都能利用U/I 接口进行数据导入，能为监控人员提供详实的控制数据，这对于提高过程控制质量是有利的。

1.4 数据整合及采集控制

数据统计过程中，需要对各机械元件及装置进行数据整合，再利用自动化技术分析出控制要点，能够为第二级的计算模式提供可靠的参数支持。在此过程中，PLC 控制系统需汇总、能传达各级别的功能的需求数据，有利于提高整体数据采集效率。另外，信息监控处理也需进行必要的跟踪监控，依据各装置的运行原理及设定计划配置出合理的操作数据。例如可利用PLC 系统分别对上端数据流、下端数据流的信号值进行统计，再分析不同信号值与转炉炼钢操作模式的关系，可帮助技术人员对现有运行问题进行优化及调整，进而提高主控制室到下位采集装置系统运维的稳定性。

2 自动化检测技术在转炉炼钢的应用

废气回收检测。转炉炼钢过程会发生大量物理反应及化学反应，故Fe 元素会出现氧化及还原反应。其中，常见废气包括Co、Nox、N2、氟化物等废气，故可通过测定炉内的C 元素协同副枪技术测温取样掌握生产过程中的废气种类。其中，副枪技术是检测重点，其原因是该技术能够根据装置内的温度指标，预估出通气速度、排气量。通过利用上述模式得到装置的脱碳情况后，需要分析出各类废气的指标含量，再根据运算模型得到残留液体中C 元素指标，以便统计出炉内碳元素指标[3]。另外，为保证后期气体回收的合理性，技术人员还利用微型机分析废气成分，具体可从以下几方面进行。

（1）测试微压差：需保证转炉炉口微差压在－100Pa～100Pa 之间，同时在电信号的协调传送后，精准的调节煤气管道及闸板阀装置，确保路口的压强值始终在正压要求内。

（2）检测废气含量：废气含量的主要检测方法是利用激光分析仪分析一氧化碳及氧气的含量。在此过程中，可使用PLC系统控制、检测并处理煤气，再运用针对性处理方式进行回收优化。对废气含量进行统计，可得到炉内氧气指标。

（3）流量检测：流量检测主要利用差压变送器分析不同装置、管道内外部分的压差参数，并将压差参数反映至监控器中，方便工作人员测量电信号的参数指标。

（4）副枪检测控制：副枪检测技术可被应用至各项操作模式中，其原因是该技术的操作较为简便，并且可以快速对元件进行控温，能够避免设备过热现象。另外，由于钢材、钢水中的含碳量较高，故不用再向其加入足量碳酸钙及铁合金，且需要通入的补吹气体含量较低，可降低炉内发生侵蚀的几率，也能在全自动化的运行处理过程中提高钢材的产量。

（5）自动化监测控制：自动化监测控制技术可利用人工智能技术模型进行模拟测试，再结合反馈运算模块对炼钢模式进行动态化监测，有利于分析出不同操作项目的误差。其中，自动化控制模式可分析出元件的热平衡功能，方便工作人员结合炼钢过程中的化学反应现象进行调整，进而提高整体自动化监控机组生产质量。例如监测控制中可分析装置的命中及吹气情况，不仅能够提高冶炼效率，还能及时测试出炉内液体的组成及稳定性功能，这也为后期连铸工艺提供了技术支持。同时，在智能操控、驱动的影响下，能够降低氧气供应过程方面的功能的损失，进而快速驱赶钢材中的氧气[4]。

3 自动化电气控制技术的应用

炼钢过程会使用到大量的电气元件，包括控制组件、升降元件、计算机测控技术等项目，此类项目的精准度与产品质量有着直接的关系。由此可见，需充分利用电气控制技术，通过完善控制模式，并结合必要的系统运转模式开展精细化控制，有利于提高产出钢材的功能性。

3.1 倾动装置电气控制技术

电气元件的传动过程可通过不同的形式体现。其中，一对一电气传动形式的操作方式较为便携，其原因是该技术可利用变频器进行元件控制及信号传递，再结合必要的控制模式落实基础控制逻辑。在此过程中，该技术可运用PLC 技术绘制控制编码，再结合编码矢量分析出动态化的响应转矩。同时，若部分元件操控过程不需利用矢量编码控制。另外，实际控制中需同时应用四台相同的倾动机组进行运行传动。若连轴运行中电机所输出的转矩参数存在差异，可能会影响装置的运行效率，甚至会造成运行不平衡的问题。由此，技术人员需要全面监控各机组的工作情况和传导情况，通过设定主动传输运行装置，再利用脉冲编码器进行代码编撰及信号反馈，能够在共同调节处理的过程中调控各机组的感应电流。同时，技术人员需要分析不同接口的信号输入、输出参数指标，保证四台机组始终在同一信号内进行信号数输入，有利于提升整体装置的运行质量。

3.2 氧枪的电气控制技术

氧枪主要用于电机机组的升降过程和电气元件的变频过程，故技术应用中需合理配置合适的操作装置，以便及时满足各机组的运行、交换要求。其中，不同机组都可成为主动运行装置或备用运行装置，能够降低各机组的运行压力，也能及时满足装置交换的基本要求。若氧枪出现运行故障时，可采用备用装置运行（处理模式如图2 所示），且不需要进行停机处理，这对于提高整体工艺的质量是有利的[5]。

图2 氧枪事故电机应急控制原理图

4 结语

综上所述，转炉炼钢自动化控制技术应用中，技术人员需根据不同运行、控制流程的特点进行统计。通过在控制过程中融入人工智能技术、测控技术、计算机操作技术，有利于搭建提高整体炼钢操作的效率。同时，技术人员还可搭建不同的计算机控制模型，在完善检测、控制、操作的基础上，变更转炉炼钢操作流程，进而提高自动化技术的应用效率。