转炉炼钢的自动化控制技术研究

金鑫

【摘要】：由于转炉炼钢生产环境恶劣、过程复杂，并且工作期间难以精确地进行连续不断的测量，因而采用常规过程控制的方法对其进行控制难度大，而仅凭人工经验控制炼钢终点又难以保证钢材产品优质、操作稳定和低能耗，这与当前钢铁市场低成本高质量的要求相距甚远，而若想提高产品市场竞争力，就必须提高炼钢科技化水平，必须对炼钢生产进行精准的自动化控制，只有这样才能提高炼钢生产效率和钢铁成品质量。

【关键词】：转炉炼钢；自动化技术；自动化控制

【引言】目前我国的钢铁生产企业生产出来的钢材质量不高，能耗却不少，并且钢材种类也较少，缺少精品钢与特种钢这两类的钢材。面对激烈的国际竞争，我国钢铁企业要脱颖而出就这就迫使钢铁生产企业不得不革新自己的生产技术，运用现代化的自动控制技术来提升转炉炼钢的能力，使得产品质量与生产能力都得到大幅提升，只有这样才能让我国钢铁企业在国际市场竞争中享有价格优势，让我们在国际市场中占有一席之地。

1转炉炼钢工艺概述

转炉炼钢的主要原料为铁水、废钢、铁合金，通过铁液的物理热和化学反应产生热量在转炉中完成炼钢，并将铁水和废钢冶炼成钢水。上述过程主要在转炉系统中完成，其中，会对炼钢产生的煤气和水蒸汽进行同收再利用。顶底复吹转炉是目前使用较为普遍的炼钢设备，具有生产速度快、单炉产量高、成本低的特点。转炉的主要工艺设备包括转炉本体、氧枪升降、汽化冷却、煤气同收系统等，辅助工艺设备包括钢包车、钢渣车、吹氧、氮封、气动系统、仪表系统等。

2转炉炼钢的自动控制操作

炼钢区主要包括铁水预处理、转炉或电炉、炉外精炼、连续铸锭四个工序或车间其控制内容如下：在炼钢区，主要有铁水预处理、转炉或电炉、炉外精炼、连续铸锭这四个步骤或是车间，它主要的控制内容有以下几个：（1）铁水预处理自动控制：高炉炉前铁水脱硅、喷吹法与搅拌法铁水单脱硫自动控制等。（2）转炉自动控制：供氧系统炉体倾动、底吹系统、炉口微差压、副原料输运与材料投放系统、燃气回收系统等自动控制。（3）电弧炉自动控制：废铁废钢、散装材料、配料、喷碳粉、电弧炉本体（氧气燃烧帮助熔铁熔钢、吹氧枪、炉内压、控制电极等自动控制、冷却水流量、压为、热度与温差的监控，锅炉、断网断水自动保护等）、排烟与除尘系统等。（4）炉外精炼自动控制：控制VOD炉真空处理装置、LF钢包精炼炉控制、运用CAS密封吹氩微调装置的控制、真空钢包喷粉脱硫控制等。（5）无间断铸钢自动控制：设备运作与停止顺序与铸坯的跟控与定长切割、打标号、铸建速度、压力、结晶器钢水温度、结晶器冷却水流量、结晶器钢水液体位置等自动控制，开浇、中间包钢水液位和保护渣加入控制等。

3转炉炼钢过程自动化控制功能及关键技术分析

3.1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，只有对仪表进行科学合理的设置检查，才能及时准确的获得诸如熔钢温度、液面高度等控制过程所需要各类参数，以此为基础，我们的自动化控制才能得到有效的实施。

3.1.1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。

3.1.2副枪检测技术。该技术是通过一定的副枪设备来实现检测的目的，目前在我国鞍钢、宝钢等大型钢铁公司都采用了此项技术，而且获得了很好的实际效果。

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。

3.2人工经验控制技术

早期的冶炼工艺大都是人工操作，一般的技术工也都是技术人员根据以往的经验进行的，这种方法精确度较低，应用的范围较窄，就拉碳补吹法来说，它主要是根据冶炼时炉内材料的特征状态来判断耗氧量和碳化率，存在很大的误差，一般只适用于含碳量较高的铁矿物的锻造。而另一种人工经验方法同样是根据人工经验来衡量炉内冶炼情况，一般适用于含碳量较低的铁矿物的冶炼。随着社会的进步，为了提高冶炼的效率，越来越先进的机械设备将逐渐代替人工经验操作。

3.3电弧炉电极升降控制

3.3.1数据测量。数据测量的主要内容是电弧弧压与弧流，大多是用变压器二次的电流交互感应器来进行弧流瞬时值的测量。但因为变压器二次相电压所反映的并非弧压的值，而是电抗器上压降之和，导致不能快速的测量出弧压。在电抗器中的压降包含感性压降与阻性压降两部分。感性压降是与三相电流的变化相关联的，它较为多变且数值偏大。在日常的钢铁冶炼过程中，感性压降会发生无法估计的极大变化，这种变化无法校正，导致弧压的测量出现误差，工作点偏移，损坏炉壁。

3.3.2测算设定点与被控量。为了能充分利用变压器的内容量，精准的设定电弧炉的有功功率与无功功率是必不可少的，这些数值根据变压器电压级和相应弧阻的工作点而得来。工作点由计算机根据数学模型来设计计算，被控量数值的大多是根据电极的升降调整的方法来进行选择。与弧流、弧有功以及弧阻的计算方法及控制方案所相对应的是弧流控制、功率控制、阻抗控制。

结语

转炉炼钢自动化控制技术的发展史说明社会在进步，技术也在朝着更加先进的方向发展，从人工经验到自动控制，我们在不断应用更加简单的方法来实现利益最大化。目前，尽管一些小型转炉的自动化程度较低，甚至一部分依然处于第一发展阶段，但是转型技术的自动化作为一种不可避免的时代潮流终将取代人工经验控制技术。

【参考文献】

[1]许刚，雷洪波，李惊鸿，叶印鹏，薛军.转炉炼钢终点控制技术[J].炼钢，2011，01：66～70.

[2]曹毅.转炉炼钢中的自动化常见问题及应对措施分析[J].科技创新与应用，2014（11）：84.