趙尚
摘要：冶金轉爐煉鋼技術是我國工業發展過程中的一項重要工藝,其在生產工藝上具有較高要求, 要實現冶金轉爐自動化控制技術,對冶金設備提出了極高的要求。基于此,介紹了冶金轉爐煉鋼自動化控制系統的相關技術,從整體出發闡述了該系統采用的控制及特點,然后針對轉爐煉鋼各步驟、各環節,對自動化煉鋼的影響及安全問題進行了分析,并提出相應的解決措施,為冶金企業生產提供參考。
關鍵詞：冶金轉爐;自動化控制;技術研究
目前，我國大部分鋼鐵企業的生產線都具有先進的水平和成熟的經驗，但在實際操作過程中，仍然依賴技術人員手動操作，導致了生產效率較低，人員的勞動強度偏大。同時，在生產過程中會產生大量的有毒有害物質和危險源等，很可能造成安全事故。為此，發展自動化煉鋼尤為重要。但是，現行的自動化煉鋼技術存在諸多不足，如設備復雜、操作繁瑣，工序間缺乏溝通與配合，設備數量多且分散，導致轉爐煉鋼自動化技術發展緩慢。因此，解決實際生產中轉爐煉鋼自動化工藝控制的影響因素至關重要。
一、冶金轉爐煉鋼自動化控制技術概述
(一)冶金轉爐煉鋼自動化控制技術現狀
轉爐煉鋼自動化控制系統以冶金設備為主，通過對轉爐煉鋼中的參數進行檢測，使其達到生產終點的控制值。雖然現階段我國鋼鐵工業發展迅速、生產技術和產品質量不斷提升，但生產裝備的自動化程度不高，導致智能化運用在轉爐煉鋼方面應用水平不高。
因此，需要在這些領域進一步推廣和使用智能化程度較高的冶金設備自動化控制系統，以便適應市場需求和企業生產管理方式，逐漸改變自身落后狀態。
轉爐煉鋼自動化控制系統利用計算機技術、自動控制等原理，在現場的轉爐煉鋼過程中，通過對各種參數(包括的氧槍槍位、鐵水成分、鐵水溫度、冶煉過程的煤氣發生量、升溫速率、輔料加入時機)進行實時監控，實現生產過程自動化。該系統可以提高工作效率，降低工人勞動強度。其特點有：
(1)具有較高的可靠性；
(2)一鍵操作；
(3)成本低且功能齊全、使用方便；
(4)便于維修管理；
(5)性價比更高。
轉爐煉鋼自動化控制系統主要由傳感器與控制器組成，利用PLC控制技術，在現場生產中進行檢測、監視、報警等。該系統具有以下功能：實時監控設備運行參數；自動判斷故障部位及原因，及時發出警報提示工作人員；通過PLC控制系統實現自動化控制功能，同時可以增加人工干預功能，現場作業可以根據實際情況調整工藝流程與操作規范，以提高產品質量、降低成本費用支出等。
(二)冶金轉爐煉鋼自動化控制技術存在的問題及國內外現狀
1.煉鋼自動化控制存在的矛盾
轉爐煉鋼自動化技術是一項先進的現代化工業技術，其在我國鋼鐵行業中占有重要地位。但由于目前大多數企業對生產過程控制存在認識誤區，導致實際應用效果不佳、效率低下等問題日益突出。尤其是部分員工思想觀念落后、缺乏責任感，使生產線運行質量差且難以滿足客戶需求，出現質量事故，嚴重影響了冶金轉爐煉鋼自動化工藝流程化管理水平的提升。
轉爐煉鋼自動化控制技術的應用，對冶金企業來說是一個挑戰，其主要體現在：第一，設備數量多且分散，導致轉爐煉鋼自動化技術發展緩慢。第二，企業擔心自動化控制系統的穩定性，設備投入運行之初，需要長時間磨合，無法實現達產達效，不能帶來足夠的經濟利益，同時，系統運行過程中存在一定風險，容易引發質量、安全事故等問題。
2.爐溫偏差
受熱不穩定、溫度變化等各種原因影響，爐膛內溫度過高或過低，會導致轉爐煙道結渣、結瘤，嚴重減少設備的使用壽命。而當其與負荷相匹配時，就會產生過熱現象。所以，要想使冶煉過程順利進行并達到相應的質量水平，必須嚴格控制爐溫偏差并采取措施解決這些問題。
轉爐煉鋼自動化技術的關鍵點是控制轉爐的鋼水成分和溫度。如果能實現準確測量與實時監控，就可以實現冶煉過程的穩定控制，從而滿足鋼水成分和溫度控制要求。利用計算機系統控制冶煉過程的操作流程，以此收集數據，建立冶煉過程大數據庫，并建立一個動態監測模型，對其溫度、壓力等參數進行分析判斷后做出相應決策，調整控制設備和裝置的運行狀態，從而實現自動煉鋼。
3.煉鋼自動化控制的難點
冶金轉爐煉鋼自動化技術在實際生產過程中，受多種因素的影響：首先，環境問題。冶金廠轉爐煉鋼復雜、高溫高壓等特點，導致轉爐煉鋼的工作條件比較惡劣，會對設備產生不利影響；其次，工藝要求較高且復雜程度較大，對工人的技能水平有更高的標準和更嚴格性要求；最后，煉鋼生產技術難度大，在實際作業中面臨著控制點多、控制難度大、精度要求高、結果要求穩定等難點問題。
4.煉鋼自動化控制系統不確定性
轉爐煉鋼的自動化生產系統非常復雜、龐大，要求技術人員具有較高的知識水平和技術能力。所以，在實際工作中很難準確把握其過程控制對象的數學模型、動態特性、對控制系統進行分析處理等內容。因此，在設計階段需要根據現場具體情況確定所需設備的類型及參數。同時，還應結合現場的實際狀況對工藝流程進行合理調整，并制定相應的保護措施，以確保轉爐煉鋼自動化系統正常運行，進而保證整個生產環節順利完成工作任務。
轉爐煉鋼自動化控制系統的不確定性主要表現在以下兩方面：一是受控對象的多樣性；二是對環境條件和參數變化反應速度較快而引起工藝過程波動大時，會使轉爐煉鋼自動化控制系統的不確定性變大。
二、轉爐煉鋼自動化控制方案
(一)轉爐煉鋼自動化控制目標
轉爐煉鋼自動化控制目標是在一定范圍內，根據實際生產狀況，對整個系統進行實時檢測和調整。實時監控系統可以準確地判斷設備狀態參數值，從而滿足要求并及時反饋給上級部門或車間管理人員。
轉爐煉鋼自動化控制目標是根據轉爐生產工藝流程和實際情況，結合理論知識與實踐經驗而制定出來的。因此，在確定了這些具體任務后，還要對其進行仿真分析，通過軟件模擬得到各工序溫度、速度等數據，然后將結果輸入計算機，再利用程序繪制出PCL-PLC圖，完成最終輸出控制效果圖以及各個單元的狀態曲線和轉爐生產能力值線圖，并根據結果不斷校正、修改和優化。
(二)轉爐煉鋼自動化控制系統的主要流程
(1)接收到監控量信號，開始啟動程序。根據監視器上各傳感器采集到數據，判斷其是否有異常。如果沒有異常，則停止工作。否則，繼續檢測和分析故障原因并處理報警信息，若無問題，可進行下一步操作，以達到控制效果。
(2)斷開信號時，打開轉爐煉鋼自動化控制系統中的備用容量開關、溫度補償裝置、加熱設備等輔助設施，以實現對整個系統的調節功能，使系統處于安全、可靠狀態。
(三)轉爐煉鋼自動化控制方案的參數設定
根據轉爐煉鋼的實際情況，在每個階段都有不同參數設定。
計算機測控系統是實現自動化煉鋼的關鍵。通過測控系統，對鐵水、廢鋼的準備條件進行采集、錄入，吹煉過程對成分進行全程監控，吹煉終點時保證鋼水的終點溫度和成分能命中目標。測控系統設置靜態控制計算和動態控制計算，二者要相互配合，需要建立龐大的數據庫，使靜態控制和動態控制趨于穩定，確保冶煉質量的穩定。
供氧階段主要是對轉爐氧槍的槍位、供養強度進行控制，對其進行參數設置后，可以很好地保證氧槍與鋼水液面之間的距離，確保冶煉過程平穩，不會發生返干、噴濺等異常狀態。
對原輔料稱量，需要使用各種傳感器、振動器，通過計算機設定參數與稱量結果進行對比，以確保原輔料稱量的準確性和穩定性。
對于副槍系統，要設定好 TSC 的測量時間，通常設定為冶煉周期的80%左右，但也要根據實際情況，結合廢鋼的種類、搭配情況以及鐵水的成分、溫度差異情況等因素。同時，副槍的測量結果要實時傳輸到電腦里，程序要根據測量數據對終點冶煉過程控制進行校正，自動計算出實現終點控制目標的冶煉方案。
煤氣回收涉及安全問題。應實現全程降罩操作，通過各種變送器將汽化煙道內的煙氣情況進行采集，然后通過系統分析，實時調節煙氣回收系統，確保轉爐爐口微正壓，沒有煙氣逸散，防止空氣進入影響回收安全。
(四)轉爐煉鋼自動化控制系統的控制計算
本設計采用的計算機程序語言為C語言，該系統主要由控制計算、模擬仿真、人機交互等部分組成。通過對轉爐煉鋼自動化控制系統進行分析與研究，整個過程中使用的是順序運算，即從最開始階段到最后一個循環結束時，各個工序需要的時間以及每一步操作后的實際完成時間。同時，也考慮了每個生產環節所需的設備數量及工作方式，并將各個單元設置成不同值，以保證其能夠按照規定要求按部就班地運行。
通過對轉爐煉鋼自動化控制方案的模擬發現，整個系統是一個復雜、繁瑣又嚴密的整體。從開始分析控制系統到最后對整體系統進行調試、測試，直到達到預期效果為止。在實際運行中，由于各種原因和條件限制的影響，該系統還不能完全實現控制要求，同時，也有可能需要多次調整才能使其性能得到改善。
因此，就必須經過不斷地修改與優化，以確定最終的目標是否可行。
(五)轉爐煉鋼自動化控制原則
轉爐煉鋼流程與熱處理工藝流程都有其特點。
對于一個大型生產過程來說，每換一次操作都是需要消耗大量人力、物力和財力來完成整個生產線甚至車間內所有工序，從而造成浪費資源。因此，需要對冶金轉爐煉鋼自動化技術進行深入研究，從而使整個工藝流程得到優化。所以，要想實現這一目標，必須遵循一定的原則：安全第一。在設計過程中應堅持以人為本、全面貫徹落實生產安全性、科學規劃為前提。
冶金轉爐煉鋼技術自動化控制應具有針對性和可操作性，同時還需要合理的組織結構、系統功能等，以保證其順利實施。
三、轉爐煉鋼自動化控制系統設計
冶煉自動化生產中，對設備的狀態參數、溫度等實時數據進行了全面的監控。通過監視儀表，可以隨時了解現場工況并及時處理異常情況；在整個過程中都有報警裝置，提醒工作人員注意；當故障發生時，可發出警報，以通知相關人員采取措施保護作業環境，避免人身傷亡和財產損失；運用PLC技術實現電氣測量系統自動檢測并反饋故障信息；使用觸摸屏直觀顯示設備的內部狀態參數值以及其他相關數據，從冶金過程中的溫度、壓力等因素分析影響冶金生產質量和安全性能的各種因素。
四、冶金轉爐煉鋼自動化控制系統的設計與應用
(一)轉爐煉鋼自動化控制系統總體設計
轉爐煉鋼自動化控制系統是整個系統的核心，其主要由信號采集裝置、控制設備和輔助設施組成。該工藝流程為：完成對冶煉過程中溫度和壓力的自動檢測；通過PLC或數字式儀表，實時監測現場信息并及時反饋給生產部門。在冶金轉爐煉鋼自動化控制系統設計中，主要針對轉爐煉鋼的生產流程進行研究分析。根據每個工序和工段的特點，確定各個換相裝置的參數值；通過計算得出控制效果圖。
(二)冶金轉爐煉鋼自動化控制系統的應用
轉爐煉鋼自動化控制系統，是對整個工藝流程中的設備進行控制，通過調節各生產環節之間的配合關系，實現在各工序上的安全、穩定和高效運行，該系統具有操作簡單的優點。由于轉爐生產過程較為復雜且工作環境較差，需要采用先進的技術手段對其進行智能化管理。例如，通過計算機程序控制系統實時監控整個工藝流程中各種參數的變化情況，并根據實際要求，控制各工種設備之間的配合關系，使之達到最佳效果。
冶金轉爐煉鋼自動化控制系統主要是在現場生產過程中，對整個工藝流程進行監控。其目的是實現控制和檢測的實時性、準確性、可靠性等要求。它能根據實際情況完成控制任務，從而提高工作效率及質量水平；可通過現場設備反饋回來信息及時調整工序順序和時間，以達到最佳效果；可將故障排除后，再啟動自動化控制系統，使之穩定運行，并保證生產過程中的安全或很少損失。
設備的控制在冶金煉鐵生產中起著十分重要作用。不僅可以提高工作效率和質量，還能降低勞動力成本、減少環境污染、節約能源資源。
五、結語
轉爐煉鋼是我國現階段工業發展的重要領域，在國民經濟和社會發展中具有舉足輕重的地位。在日益嚴峻的安全要求和安全生產形勢下，一定要及時轉變觀念，向自動化和智能化制造轉變，加強自動化控制技術的研究，進行裝備改造和設備升級，提高企業的生產效率，降低人員勞動強度，提升企業的安全生產水平，增強企業市場競爭力，從而實現鋼鐵企業安全、綠色、可持續發展。
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