轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)探討

范 輝

（河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)，河北 唐山 063000）

轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)可在鐵及其合金的熱能反應(yīng)過程中進(jìn)行分子間的化學(xué)反應(yīng)，以便在自動控制過程中完成煉鋼。因此，技術(shù)人員需在實(shí)際控制中融入自動化程序模型，對煉鋼流程進(jìn)行跟蹤探究，及時掌握煉鋼工藝的運(yùn)行情況、運(yùn)行進(jìn)度，并給予科學(xué)的調(diào)控處理，進(jìn)而充分發(fā)揮出自動化控制技術(shù)的優(yōu)勢及價(jià)值，這對于提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的綜合效益是有利的。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 基本控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)可在自動化運(yùn)行軟件系統(tǒng)進(jìn)行煉鋼操作，在三級控制規(guī)劃中提高整體運(yùn)行控制的有效性。其中，初級（第一級）管控系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)主（副）原料系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、分析系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行情況，了解各裝置是否存在運(yùn)行故障問題，再結(jié)合信息傳遞總結(jié)、制作設(shè)備運(yùn)行表單；中級（第二級）可對煉鋼過程中的運(yùn)行模型進(jìn)行分析。如可探討鐵水預(yù)處理開展情況，再結(jié)合不同的計(jì)算模型統(tǒng)計(jì)出各裝置是否達(dá)到項(xiàng)目要求[1]。若部分項(xiàng)目無法達(dá)到額定運(yùn)行要求，則可借助監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出運(yùn)行問題，方便后期進(jìn)行修改及優(yōu)化；高級（第三級）可對煉鋼的各項(xiàng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換臺進(jìn)行管理，同時傳輸、分享、匯總各操作過程中的運(yùn)行情況，進(jìn)而總結(jié)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)果。其中，整體運(yùn)行模型如圖1 所示，可在自動化的處理形式中完成煉鋼要求。

圖1 自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼流程

1.2 常規(guī)信息處理及控制

常規(guī)信息處理中，系統(tǒng)需根據(jù)不同層級的控制方向及控制模式進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃，分析基礎(chǔ)表盤指標(biāo)的合理性。常規(guī)處理模塊可直觀監(jiān)測生產(chǎn)特點(diǎn)及其功能指標(biāo)，了解轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中各設(shè)備的運(yùn)行方式。通過測得各元件的運(yùn)行指標(biāo)，再結(jié)合裝置對信息數(shù)據(jù)的處理要求，方便技術(shù)人員進(jìn)行一體化控制。其中，技術(shù)人員可利用分散控制模型監(jiān)測裝置的運(yùn)行狀況，同時利用Profibus-DP 的處理模式構(gòu)架IP6 網(wǎng)絡(luò)框架，從而搭建出I/o 的信息導(dǎo)入框架。另外，系統(tǒng)也需要輔助轉(zhuǎn)爐進(jìn)行精細(xì)化控制，包括于廢水處理、雜質(zhì)處理、循環(huán)規(guī)劃設(shè)計(jì)等要求，并在必要的處理模式中進(jìn)行高效化控制[2]。因此，控制中需注意以下幾方面的控制重點(diǎn)：

（1）監(jiān)控工作站：監(jiān)控工作站主要利用傳導(dǎo)系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同運(yùn)行層級的數(shù)據(jù)指標(biāo)及監(jiān)控畫面。通過對比不同站點(diǎn)的控制信息數(shù)據(jù)，將對應(yīng)的控制組件與項(xiàng)目進(jìn)行標(biāo)注，可以幫助操作站工作者進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)調(diào)研及測試工作。

（2）控制管理站：自動化控制管理站主要利用PLC 自動控制模式對不同裝置的信號進(jìn)行整合，同時利用I/o 操作模塊處理不同的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)而再通過傳感裝置輸出數(shù)據(jù)，能為煉鋼工藝提供詳實(shí)的控制思路。

（3）站點(diǎn)服務(wù)器：站點(diǎn)服務(wù)器可對不同信號點(diǎn)、監(jiān)控點(diǎn)及服務(wù)端數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度、操控管理。例如總服務(wù)器可向各分支服務(wù)器下達(dá)運(yùn)行命令，再由子端程對煉鋼裝置的功能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時，子端程需調(diào)研網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，了解不同裝置的接線需求并給予測試，從而提高自動化系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

1.3 運(yùn)行過程操控

自動化運(yùn)行過程操控主要需對運(yùn)行范圍及操作功能進(jìn)行測試，分析不同裝置的特定功能指標(biāo)。在此過程中，技術(shù)人員需監(jiān)測不同元件的生產(chǎn)模式，再將協(xié)調(diào)完畢的過程數(shù)據(jù)融入至煉鋼過程。例如過程測試中，監(jiān)控圖示中能夠反映出氧槍吹煉、汽化冷卻、氣體回收等模式，再根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一匹配，有利于在計(jì)算機(jī)中錄入、測試不同的調(diào)度數(shù)據(jù)及指標(biāo)數(shù)據(jù)?？傊?，遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行過程具有較好監(jiān)控屬性，所有得到的信息都能利用U/I 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，能為監(jiān)控人員提供詳實(shí)的控制數(shù)據(jù)，這對于提高過程控制質(zhì)量是有利的。

1.4 數(shù)據(jù)整合及采集控制

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中，需要對各機(jī)械元件及裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，再利用自動化技術(shù)分析出控制要點(diǎn)，能夠?yàn)榈诙壍挠?jì)算模式提供可靠的參數(shù)支持。在此過程中，PLC 控制系統(tǒng)需匯總、能傳達(dá)各級別的功能的需求數(shù)據(jù)，有利于提高整體數(shù)據(jù)采集效率。另外，信息監(jiān)控處理也需進(jìn)行必要的跟蹤監(jiān)控，依據(jù)各裝置的運(yùn)行原理及設(shè)定計(jì)劃配置出合理的操作數(shù)據(jù)。例如可利用PLC 系統(tǒng)分別對上端數(shù)據(jù)流、下端數(shù)據(jù)流的信號值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再分析不同信號值與轉(zhuǎn)爐煉鋼操作模式的關(guān)系，可幫助技術(shù)人員對現(xiàn)有運(yùn)行問題進(jìn)行優(yōu)化及調(diào)整，進(jìn)而提高主控制室到下位采集裝置系統(tǒng)運(yùn)維的穩(wěn)定性。

2 自動化檢測技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼的應(yīng)用

廢氣回收檢測。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程會發(fā)生大量物理反應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)，故Fe 元素會出現(xiàn)氧化及還原反應(yīng)。其中，常見廢氣包括Co、Nox、N2、氟化物等廢氣，故可通過測定爐內(nèi)的C 元素協(xié)同副槍技術(shù)測溫取樣掌握生產(chǎn)過程中的廢氣種類。其中，副槍技術(shù)是檢測重點(diǎn)，其原因是該技術(shù)能夠根據(jù)裝置內(nèi)的溫度指標(biāo)，預(yù)估出通氣速度、排氣量。通過利用上述模式得到裝置的脫碳情況后，需要分析出各類廢氣的指標(biāo)含量，再根據(jù)運(yùn)算模型得到殘留液體中C 元素指標(biāo)，以便統(tǒng)計(jì)出爐內(nèi)碳元素指標(biāo)[3]。另外，為保證后期氣體回收的合理性，技術(shù)人員還利用微型機(jī)分析廢氣成分，具體可從以下幾方面進(jìn)行。

（1）測試微壓差：需保證轉(zhuǎn)爐爐口微差壓在－100Pa～100Pa 之間，同時在電信號的協(xié)調(diào)傳送后，精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)煤氣管道及閘板閥裝置，確保路口的壓強(qiáng)值始終在正壓要求內(nèi)。

（2）檢測廢氣含量：廢氣含量的主要檢測方法是利用激光分析儀分析一氧化碳及氧氣的含量。在此過程中，可使用PLC系統(tǒng)控制、檢測并處理煤氣，再運(yùn)用針對性處理方式進(jìn)行回收優(yōu)化。對廢氣含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可得到爐內(nèi)氧氣指標(biāo)。

（3）流量檢測：流量檢測主要利用差壓變送器分析不同裝置、管道內(nèi)外部分的壓差參數(shù)，并將壓差參數(shù)反映至監(jiān)控器中，方便工作人員測量電信號的參數(shù)指標(biāo)。

（4）副槍檢測控制：副槍檢測技術(shù)可被應(yīng)用至各項(xiàng)操作模式中，其原因是該技術(shù)的操作較為簡便，并且可以快速對元件進(jìn)行控溫，能夠避免設(shè)備過熱現(xiàn)象。另外，由于鋼材、鋼水中的含碳量較高，故不用再向其加入足量碳酸鈣及鐵合金，且需要通入的補(bǔ)吹氣體含量較低，可降低爐內(nèi)發(fā)生侵蝕的幾率，也能在全自動化的運(yùn)行處理過程中提高鋼材的產(chǎn)量。

（5）自動化監(jiān)測控制：自動化監(jiān)測控制技術(shù)可利用人工智能技術(shù)模型進(jìn)行模擬測試，再結(jié)合反饋運(yùn)算模塊對煉鋼模式進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)測，有利于分析出不同操作項(xiàng)目的誤差。其中，自動化控制模式可分析出元件的熱平衡功能，方便工作人員結(jié)合煉鋼過程中的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而提高整體自動化監(jiān)控機(jī)組生產(chǎn)質(zhì)量。例如監(jiān)測控制中可分析裝置的命中及吹氣情況，不僅能夠提高冶煉效率，還能及時測試出爐內(nèi)液體的組成及穩(wěn)定性功能，這也為后期連鑄工藝提供了技術(shù)支持。同時，在智能操控、驅(qū)動的影響下，能夠降低氧氣供應(yīng)過程方面的功能的損失，進(jìn)而快速驅(qū)趕鋼材中的氧氣[4]。

3 自動化電氣控制技術(shù)的應(yīng)用

煉鋼過程會使用到大量的電氣元件，包括控制組件、升降元件、計(jì)算機(jī)測控技術(shù)等項(xiàng)目，此類項(xiàng)目的精準(zhǔn)度與產(chǎn)品質(zhì)量有著直接的關(guān)系。由此可見，需充分利用電氣控制技術(shù)，通過完善控制模式，并結(jié)合必要的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式開展精細(xì)化控制，有利于提高產(chǎn)出鋼材的功能性。

3.1 傾動裝置電氣控制技術(shù)

電氣元件的傳動過程可通過不同的形式體現(xiàn)。其中，一對一電氣傳動形式的操作方式較為便攜，其原因是該技術(shù)可利用變頻器進(jìn)行元件控制及信號傳遞，再結(jié)合必要的控制模式落實(shí)基礎(chǔ)控制邏輯。在此過程中，該技術(shù)可運(yùn)用PLC 技術(shù)繪制控制編碼，再結(jié)合編碼矢量分析出動態(tài)化的響應(yīng)轉(zhuǎn)矩。同時，若部分元件操控過程不需利用矢量編碼控制。另外，實(shí)際控制中需同時應(yīng)用四臺相同的傾動機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行傳動。若連軸運(yùn)行中電機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩參數(shù)存在差異，可能會影響裝置的運(yùn)行效率，甚至?xí)斐蛇\(yùn)行不平衡的問題。由此，技術(shù)人員需要全面監(jiān)控各機(jī)組的工作情況和傳導(dǎo)情況，通過設(shè)定主動傳輸運(yùn)行裝置，再利用脈沖編碼器進(jìn)行代碼編撰及信號反饋，能夠在共同調(diào)節(jié)處理的過程中調(diào)控各機(jī)組的感應(yīng)電流。同時，技術(shù)人員需要分析不同接口的信號輸入、輸出參數(shù)指標(biāo)，保證四臺機(jī)組始終在同一信號內(nèi)進(jìn)行信號數(shù)輸入，有利于提升整體裝置的運(yùn)行質(zhì)量。

3.2 氧槍的電氣控制技術(shù)

氧槍主要用于電機(jī)機(jī)組的升降過程和電氣元件的變頻過程，故技術(shù)應(yīng)用中需合理配置合適的操作裝置，以便及時滿足各機(jī)組的運(yùn)行、交換要求。其中，不同機(jī)組都可成為主動運(yùn)行裝置或備用運(yùn)行裝置，能夠降低各機(jī)組的運(yùn)行壓力，也能及時滿足裝置交換的基本要求。若氧槍出現(xiàn)運(yùn)行故障時，可采用備用裝置運(yùn)行（處理模式如圖2 所示），且不需要進(jìn)行停機(jī)處理，這對于提高整體工藝的質(zhì)量是有利的[5]。

圖2 氧槍事故電機(jī)應(yīng)急控制原理圖

4 結(jié)語

綜上所述，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)應(yīng)用中，技術(shù)人員需根據(jù)不同運(yùn)行、控制流程的特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過在控制過程中融入人工智能技術(shù)、測控技術(shù)、計(jì)算機(jī)操作技術(shù)，有利于搭建提高整體煉鋼操作的效率。同時，技術(shù)人員還可搭建不同的計(jì)算機(jī)控制模型，在完善檢測、控制、操作的基礎(chǔ)上，變更轉(zhuǎn)爐煉鋼操作流程，進(jìn)而提高自動化技術(shù)的應(yīng)用效率。