冶金转炉炼钢自动化控制的技术研究

杨春江

（宣化钢铁集团有限责任公司环保中心，河北 张家口 075000）

1 引言

冶金转炉炼钢是一个十分复杂的物理化学反应过程，在这个过程中，很难进行持续测量，因为，在对其进行控制的过程中，不能应用常规的过程控制模式。但是，单纯地凭借人工经验又不能有效保证产品质量以及操作的稳定性，在这种情况下，就应该对炼钢过程进行自动化控制，以此来保证钢铁的质量，降低能源与成本消耗。

2 转炉炼钢自动化控制技术概述

随着计算机技术和工业控制技术的快速发展，转炉炼钢自动化控制技术也得到了进一步的发展。和传统的转炉炼钢技术相比，这一技术主要将钢铁的类型、铁水的重量作为前提，使用计算机来计算与分析熔剂加入量、吹氧量等多个数据，并建立起动态的模型对数据进行调整，以此来实现对于炼钢过程的自动化控制[1]。

3 冶金转炉炼钢自动化控制技术

3.1 冶金转炉炼钢自动化技术

转炉炼钢自动化技术中又包括了控制技术、人工智能技术、炼钢模型几种技术。这些技术主要指的就是在转炉炼钢过程中，使用计算机技术对检测技术所体现出来的转炉内原料不足、废弃过量等状况进行自动调整。

3.1.1 转炉炼钢的控制技术模型

转炉炼钢控制技术中涵盖了动态控制模型与反馈计算模型，通过应用控制系统对吹炼终点和含碳量进行控制。而对于动态控制模型来说，主要被用来检测炼钢过程中对于O2的需求量与冷却剂量，并能够参考所检测到的含碳量、温度等数值对钢水的温度与含碳量进行合理计算，从而也就能够对其进行合理调整。此外，反馈计算模型通常会被用在计算动态模型测量的数据中，并根据误差的大小对规划进行合理调整，对转炉中的原料进行补充。

3.1.2 转炉炼钢中人工智能技术的应用

所谓人工智能技术，主要指的是通过应用计算机科学技术来模拟人思维与行为方式的先进技术[2]。在进程转炉炼钢的过程中，人工智能会被用在传统炼钢模式下那些需要进行人工处理的工作中，并使用计算机开展相关工作，通过这种方式不但能够节省人力资源，而且也能够进一步提高转炉炼钢的效率，帮助钢铁企业朝着智能化生产的方向发展。

3.1.3 转炉炼钢中的模型研究

在进行转炉炼钢的时候，控制技术和人工技术通常是建立在模型的前提下。从目前来看，人工智能技术中的核心技术是计算机技术，并在此基础上通过应用人为模型进行一些模拟工作。此外，与控制技术相关的动态控制模型也是在热平衡原理和化学反应的基础上才能够投入使用的。基于这些方面的因素，对于模型研究是十分重要的，通过这种方式不但可以提高炼钢效率，而且也能够合理解决钢铁企业中存在的问题。

3.2 冶金转炉炼钢检测技术

3.2.1 转炉炼钢废气分析检测技术

在转炉炼钢过程中，炼钢技术会导致CO、CO2、H2、O2等废气的产生。所谓转炉炼钢废弃检测技术，能够将炉气定碳法与副枪技术有效结合起来，副枪测定是核心技术，并在此基础上根据废气的实际情况对脱碳速度进行分析，并使用炼钢中所排放的废气成分与流量来计算转炉中瞬时钢液残留碳的含量，然后也就能够得出转炉内部碳的含量。此外，对于转炉气副枪法的应用，不但能够进一步提高转炉中对于含碳量测量的准确性，也可以给使用自动化检测技术方面提供更多有效数据，改善了传统的人工作业模式中存在的问题，提高了炼钢的效率。

3.2.2 转炉炼钢副枪检测技术

在钢铁企业持续发展的过程中，对于转炉炼钢副枪自动化检测技术的使用已经成为必然趋势。从目前来看，大多数钢铁企业在转炉中都配置了副枪。通过使用副枪检测技术不但能够控制钢水的含碳量与温度，而且也能够降低对于石灰、铁合金等多种原材料的损耗，不需要进行钢水补吹，从而进一步提升了转炉炼钢的产量。

4 冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能与应用价值

4.1 冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能

4.1.1 转炉炼钢自动化系统指示电气控制

转炉炼钢过程中的一些电气操作是应急处理操作，这些操作的实际情况与自动化系统的安全性有很大的关系，因此，必须要保证电气控制指示的相对独立性[3]。在自动化转炉炼钢中，包括铁矿石、白石灰等6个散装料料仓。在对散料质量进行测量的时候，使用分布在料仓四周的压式称重传感器经过监测画面在仪表器中进行显示。

4.1.2 转炉炼钢自动化系统对废钢、铁水质量的称量

通常情况下，转炉炼钢都是在恶劣的环境下进行的，在测量铁水、废钢重量的时候需要使用天车主钩吊装废钢料槽与铁水炉缸装料。在装料的过程中，废钢与铁水的重量会通过多个压式重量传感器显示出来，在这个裹层中，要做好相应的记录工作。

4.1.3 转炉炼钢系统对仪表监视的控制

在进行转炉炼钢的时候，计算机技术会被应用在仪表监视控制部分，并使用网络服务器与主机进行连接，然后能够实现对仪表PLC的实时监测。这种计算机主机与从机结合的模式，能够保证在问题产生的时候，从机可以及时替代主机进行工作，从而也就能够保证系统数据库的安全性，提高系统的稳定性。

计算机需要监测仪表部分的网络服务器，并在仪表中显示监测到的废钢、铁水的用量数据。此外，监测画面也可以对O2、N2与冷却水的压力等进行实时监控与显示，从而也就能够为相关的工作人员提供更多有效的参考数据，促使他们更加合理地调整N2、O2等气体的各方面数值。

4.2 冶金转炉炼钢自动化控制技术的使用价值

将自动化控制技术应用在冶金转炉炼钢过程中是为了能够进一步提高钢铁的质量与炼钢效率，并在此基础上减少炼钢的成本，降低能源消耗量，从而也就能够进一步提高钢铁企业的市场竞争力。此外，对于自动化控制技术的应用能够进一步提高炼钢的命中率，减少炼钢所需成本，提高能源的利用率，然后也就能够提高钢铁企业的炼钢效率，保证钢铁企业产品的质量。

自动化转炉炼钢技术通过把动态控制气体连续分析系统与副枪测温系统进行有效结合，进一步提高了转炉气体与温度达到终点的可能性。此外，要想保证钢水的质量，在进行气体补吹的时候需要尽可能地降低O2含量，防止钢水氧化，保证钢的纯度。通过提升终点命中率、降低补吹率，大大减少了钢铁冶炼的时间，给连续铸钢创造了良好的前提条件。

5 结语

总而言之，近年来，国际钢材市场上对于钢铁产品质量的要求在不断提高，在这个大背景下，对于我国的钢铁企业来说，应该要及时转变与创新传统的冶金转炉炼钢技术，加强对转炉炼钢自动化控制技术的应用，以此来提高钢铁企业的生产效率，减少能源消耗与生产成本，进一步提高我国钢铁企业的市场竞争力，促使我国钢铁企业实现可持续发展。