赵尚
摘要：冶金转炉炼钢技术是我国工业发展过程中的一项重要工艺,其在生产工艺上具有较高要求, 要实现冶金转炉自动化控制技术,对冶金设备提出了极高的要求。基于此,介绍了冶金转炉炼钢自动化控制系统的相关技术,从整体出发阐述了该系统采用的控制及特点,然后针对转炉炼钢各步骤、各环节,对自动化炼钢的影响及安全问题进行了分析,并提出相应的解决措施,为冶金企业生产提供参考。
关键词：冶金转炉;自动化控制;技术研究
目前，我国大部分钢铁企业的生产线都具有先进的水平和成熟的经验，但在实际操作过程中，仍然依赖技术人员手动操作，导致了生产效率较低，人员的劳动强度偏大。同时，在生产过程中会产生大量的有毒有害物质和危险源等，很可能造成安全事故。为此，发展自动化炼钢尤为重要。但是，现行的自动化炼钢技术存在诸多不足，如设备复杂、操作繁琐，工序间缺乏沟通与配合，设备数量多且分散，导致转炉炼钢自动化技术发展缓慢。因此，解决实际生产中转炉炼钢自动化工艺控制的影响因素至关重要。
一、冶金转炉炼钢自动化控制技术概述
(一)冶金转炉炼钢自动化控制技术现状
转炉炼钢自动化控制系统以冶金设备为主，通过对转炉炼钢中的参数进行检测，使其达到生产终点的控制值。虽然现阶段我国钢铁工业发展迅速、生产技术和产品质量不断提升，但生产装备的自动化程度不高，导致智能化运用在转炉炼钢方面应用水平不高。
因此，需要在这些领域进一步推广和使用智能化程度较高的冶金设备自动化控制系统，以便适应市场需求和企业生产管理方式，逐渐改变自身落后状态。
转炉炼钢自动化控制系统利用计算机技术、自动控制等原理，在现场的转炉炼钢过程中，通过对各种参数(包括的氧枪枪位、铁水成分、铁水温度、冶炼过程的煤气发生量、升温速率、辅料加入时机)进行实时监控，实现生产过程自动化。该系统可以提高工作效率，降低工人劳动强度。其特点有：
(1)具有较高的可靠性；
(2)一键操作；
(3)成本低且功能齐全、使用方便；
(4)便于维修管理；
(5)性价比更高。
转炉炼钢自动化控制系统主要由传感器与控制器组成，利用PLC控制技术，在现场生产中进行检测、监视、报警等。该系统具有以下功能：实时监控设备运行参数；自动判断故障部位及原因，及时发出警报提示工作人员；通过PLC控制系统实现自动化控制功能，同时可以增加人工干预功能，现场作业可以根据实际情况调整工艺流程与操作规范，以提高产品质量、降低成本费用支出等。
(二)冶金转炉炼钢自动化控制技术存在的问题及国内外现状
1.炼钢自动化控制存在的矛盾
转炉炼钢自动化技术是一项先进的现代化工业技术，其在我国钢铁行业中占有重要地位。但由于目前大多数企业对生产过程控制存在认识误区，导致实际应用效果不佳、效率低下等问题日益突出。尤其是部分员工思想观念落后、缺乏责任感，使生产线运行质量差且难以满足客户需求，出现质量事故，严重影响了冶金转炉炼钢自动化工艺流程化管理水平的提升。
转炉炼钢自动化控制技术的应用，对冶金企业来说是一个挑战，其主要体现在：第一，设备数量多且分散，导致转炉炼钢自动化技术发展缓慢。第二，企业担心自动化控制系统的稳定性，设备投入运行之初，需要长时间磨合，无法实现达产达效，不能带来足够的经济利益，同时，系统运行过程中存在一定风险，容易引发质量、安全事故等问题。
2.炉温偏差
受热不稳定、温度变化等各种原因影响，炉膛内温度过高或过低，会导致转炉烟道结渣、结瘤，严重减少设备的使用寿命。而当其与负荷相匹配时，就会产生过热现象。所以，要想使冶炼过程顺利进行并达到相应的质量水平，必须严格控制炉温偏差并采取措施解决这些问题。
转炉炼钢自动化技术的关键点是控制转炉的钢水成分和温度。如果能实现准确测量与实时监控，就可以实现冶炼过程的稳定控制，从而满足钢水成分和温度控制要求。利用计算机系统控制冶炼过程的操作流程，以此收集数据，建立冶炼过程大数据库，并建立一个动态监测模型，对其温度、压力等参数进行分析判断后做出相应决策，调整控制设备和装置的运行状态，从而实现自动炼钢。
3.炼钢自动化控制的难点
冶金转炉炼钢自动化技术在实际生产过程中，受多种因素的影响：首先，环境问题。冶金厂转炉炼钢复杂、高温高压等特点，导致转炉炼钢的工作条件比较恶劣，会对设备产生不利影响；其次，工艺要求较高且复杂程度较大，对工人的技能水平有更高的标准和更严格性要求；最后，炼钢生产技术难度大，在实际作业中面临着控制点多、控制难度大、精度要求高、结果要求稳定等难点问题。
4.炼钢自动化控制系统不确定性
转炉炼钢的自动化生产系统非常复杂、庞大，要求技术人员具有较高的知识水平和技术能力。所以，在实际工作中很难准确把握其过程控制对象的数学模型、动态特性、对控制系统进行分析处理等内容。因此，在设计阶段需要根据现场具体情况确定所需设备的类型及参数。同时，还应结合现场的实际状况对工艺流程进行合理调整，并制定相应的保护措施，以确保转炉炼钢自动化系统正常运行，进而保证整个生产环节顺利完成工作任务。
转炉炼钢自动化控制系统的不确定性主要表现在以下两方面：一是受控对象的多样性；二是对环境条件和参数变化反应速度较快而引起工艺过程波动大时，会使转炉炼钢自动化控制系统的不确定性变大。
二、转炉炼钢自动化控制方案
(一)转炉炼钢自动化控制目标
转炉炼钢自动化控制目标是在一定范围内，根据实际生产状况，对整个系统进行实时检测和调整。实时监控系统可以准确地判断设备状态参数值，从而满足要求并及时反馈给上级部门或车间管理人员。
转炉炼钢自动化控制目标是根据转炉生产工艺流程和实际情况，结合理论知识与实践经验而制定出来的。因此，在确定了这些具体任务后，还要对其进行仿真分析，通过软件模拟得到各工序温度、速度等数据，然后将结果输入计算机，再利用程序绘制出PCL-PLC图，完成最终输出控制效果图以及各个单元的状态曲线和转炉生产能力值线图，并根据结果不断校正、修改和优化。
(二)转炉炼钢自动化控制系统的主要流程
(1)接收到监控量信号，开始启动程序。根据监视器上各传感器采集到数据，判断其是否有异常。如果没有异常，则停止工作。否则，继续检测和分析故障原因并处理报警信息，若无问题，可进行下一步操作，以达到控制效果。
(2)断开信号时，打开转炉炼钢自动化控制系统中的备用容量开关、温度补偿装置、加热设备等辅助设施，以实现对整个系统的调节功能，使系统处于安全、可靠状态。
(三)转炉炼钢自动化控制方案的参数设定
根据转炉炼钢的实际情况，在每个阶段都有不同参数设定。
计算机测控系统是实现自动化炼钢的关键。通过测控系统，对铁水、废钢的准备条件进行采集、录入，吹炼过程对成分进行全程监控，吹炼终点时保证钢水的终点温度和成分能命中目标。测控系统设置静态控制计算和动态控制计算，二者要相互配合，需要建立庞大的数据库，使静态控制和动态控制趋于稳定，确保冶炼质量的稳定。
供氧阶段主要是对转炉氧枪的枪位、供养强度进行控制，对其进行参数设置后，可以很好地保证氧枪与钢水液面之间的距离，确保冶炼过程平稳，不会发生返干、喷溅等异常状态。
对原辅料称量，需要使用各种传感器、振动器，通过计算机设定参数与称量结果进行对比，以确保原辅料称量的准确性和稳定性。
对于副枪系统，要设定好 TSC 的测量时间，通常设定为冶炼周期的80%左右，但也要根据实际情况，结合废钢的种类、搭配情况以及铁水的成分、温度差异情况等因素。同时，副枪的测量结果要实时传输到电脑里，程序要根据测量数据对终点冶炼过程控制进行校正，自动计算出实现终点控制目标的冶炼方案。
煤气回收涉及安全问题。应实现全程降罩操作，通过各种变送器将汽化烟道内的烟气情况进行采集，然后通过系统分析，实时调节烟气回收系统，确保转炉炉口微正压，没有烟气逸散，防止空气进入影响回收安全。
(四)转炉炼钢自动化控制系统的控制计算
本设计采用的计算机程序语言为C语言，该系统主要由控制计算、模拟仿真、人机交互等部分组成。通过对转炉炼钢自动化控制系统进行分析与研究，整个过程中使用的是顺序运算，即从最开始阶段到最后一个循环结束时，各个工序需要的时间以及每一步操作后的实际完成时间。同时，也考虑了每个生产环节所需的设备数量及工作方式，并将各个单元设置成不同值，以保证其能够按照规定要求按部就班地运行。
通过对转炉炼钢自动化控制方案的模拟发现，整个系统是一个复杂、繁琐又严密的整体。从开始分析控制系统到最后对整体系统进行调试、测试，直到达到预期效果为止。在实际运行中，由于各种原因和条件限制的影响，该系统还不能完全实现控制要求，同时，也有可能需要多次调整才能使其性能得到改善。
因此，就必须经过不断地修改与优化，以确定最终的目标是否可行。
(五)转炉炼钢自动化控制原则
转炉炼钢流程与热处理工艺流程都有其特点。
对于一个大型生产过程来说，每换一次操作都是需要消耗大量人力、物力和财力来完成整个生产线甚至车间内所有工序，从而造成浪费资源。因此，需要对冶金转炉炼钢自动化技术进行深入研究，从而使整个工艺流程得到优化。所以，要想实现这一目标，必须遵循一定的原则：安全第一。在设计过程中应坚持以人为本、全面贯彻落实生产安全性、科学规划为前提。
冶金转炉炼钢技术自动化控制应具有针对性和可操作性，同时还需要合理的组织结构、系统功能等，以保证其顺利实施。
三、转炉炼钢自动化控制系统设计
冶炼自动化生产中，对设备的状态参数、温度等实时数据进行了全面的监控。通过监视仪表，可以随时了解现场工况并及时处理异常情况；在整个过程中都有报警装置，提醒工作人员注意；当故障发生时，可发出警报，以通知相关人员采取措施保护作业环境，避免人身伤亡和财产损失；运用PLC技术实现电气测量系统自动检测并反馈故障信息；使用触摸屏直观显示设备的内部状态参数值以及其他相关数据，从冶金过程中的温度、压力等因素分析影响冶金生产质量和安全性能的各种因素。
四、冶金转炉炼钢自动化控制系统的设计与应用
(一)转炉炼钢自动化控制系统总体设计
转炉炼钢自动化控制系统是整个系统的核心，其主要由信号采集装置、控制设备和辅助设施组成。该工艺流程为：完成对冶炼过程中温度和压力的自动检测；通过PLC或数字式仪表，实时监测现场信息并及时反馈给生产部门。在冶金转炉炼钢自动化控制系统设计中，主要针对转炉炼钢的生产流程进行研究分析。根据每个工序和工段的特点，确定各个换相装置的参数值；通过计算得出控制效果图。
(二)冶金转炉炼钢自动化控制系统的应用
转炉炼钢自动化控制系统，是对整个工艺流程中的设备进行控制，通过调节各生产环节之间的配合关系，实现在各工序上的安全、稳定和高效运行，该系统具有操作简单的优点。由于转炉生产过程较为复杂且工作环境较差，需要采用先进的技术手段对其进行智能化管理。例如，通过计算机程序控制系统实时监控整个工艺流程中各种参数的变化情况，并根据实际要求，控制各工种设备之间的配合关系，使之达到最佳效果。
冶金转炉炼钢自动化控制系统主要是在现场生产过程中，对整个工艺流程进行监控。其目的是实现控制和检测的实时性、准确性、可靠性等要求。它能根据实际情况完成控制任务，从而提高工作效率及质量水平；可通过现场设备反馈回来信息及时调整工序顺序和时间，以达到最佳效果；可将故障排除后，再启动自动化控制系统，使之稳定运行，并保证生产过程中的安全或很少损失。
设备的控制在冶金炼铁生产中起着十分重要作用。不仅可以提高工作效率和质量，还能降低劳动力成本、减少环境污染、节约能源资源。
五、结语
转炉炼钢是我国现阶段工业发展的重要领域，在国民经济和社会发展中具有举足轻重的地位。在日益严峻的安全要求和安全生产形势下，一定要及时转变观念，向自动化和智能化制造转变，加强自动化控制技术的研究，进行装备改造和设备升级，提高企业的生产效率，降低人员劳动强度，提升企业的安全生产水平，增强企业市场竞争力，从而实现钢铁企业安全、绿色、可持续发展。
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