李 磊
（江西新鋼建設有限責任公司，江西 新余 338000）
摘 要：基于鋼材市場對鋼產品質量提出的要求越來越高，國內鋼鐵行業(yè)應當加快轉爐煉鋼技術的改革速度，提升生產水平，提高鋼產品質量，減少能源耗費，與國際大型鋼鐵企業(yè)強強聯(lián)合。近幾年，轉爐自動化控制技術在煉鋼過程中使用，促進煉鋼效果持續(xù)提升，增強使用價值及其精度，提升了鋼鐵行業(yè)的生產效益。面對煉鋼行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，加大對自動化控制技術的應用力度，不僅能夠減少人力、物力、財力的投入，而且能夠提高鋼鐵行業(yè)的生產效益與整體質量，達到有效控制目標，從而增強轉爐煉鋼技術應用效果。基于此，文章先簡單敘述了轉爐煉鋼自動化控制技術概述，闡述其應用優(yōu)勢，進一步探討冶金轉爐煉鋼自動化控制技術策略，僅供參考。
關鍵詞：冶金企業(yè)；轉爐煉鋼；自動化控制技術
伴隨鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，鋼材生產質量不斷提高，要求煉鋼過程減少能源消耗，面對國際鋼材市場激烈競爭趨勢，如何占據(jù)穩(wěn)定地位，勢必增加國內鋼鐵行業(yè)的壓力。因此，要求鋼鐵行業(yè)積極優(yōu)化煉鋼技術，充分利用自動化管控技術，促進鋼鐵行業(yè)生產質量與生產能力有效提升，從而增強鋼鐵企業(yè)的市場競爭力。鋼鐵行業(yè)在煉鋼中采用自動化技術為主要目標，在于提升煉鋼水平和鋼產品質量，降低煉鋼成本及能耗，助力鋼鐵行業(yè)在市場上占據(jù)穩(wěn)定地位。而在轉爐煉鋼流程中應用自動化控制技術，還能提升資源應用效率、降低煉鋼成本以及減少廢鋼產生，還能提升鋼產品的煉制效果，滿足行業(yè)的應用需求。
1 轉爐煉鋼自動化控制技術概述
1.1 轉爐煉鋼技術
轉爐煉鋼，借助鐵合金、鐵水、廢鋼等原材料，按照加工鐵水可能形成的熱量原理，配合轉爐溫度提升，體現(xiàn)高溫情況下廢鋼和鈦合金的化學反應。同時，二者產生的化學反應會形成熱量，這種熱量融合在一起可以發(fā)揮轉爐煉鋼生產流程的助力作用。目前社會對于鋼鐵產品需求量越來越多，這是傳統(tǒng)煉鋼技術無法做到的，由于傳統(tǒng)轉爐煉鋼技術耗能較高、生產效益不高等，逐漸被社會拋棄，所以，要求冶金行業(yè)充分利用轉爐煉鋼自動化技術，簡化煉鋼過程，提高鋼產品生產質量，從而提升鋼鐵行業(yè)的最大化經濟及社會效益[1]。
1.2 轉爐煉鋼技術自動化發(fā)展現(xiàn)狀
隨著世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼鐵制造模式在近 20年來已經趨于模式化，在新的互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)時代下，將鋼鐵制造向個性化、定制化、多批量、小品種的生產模式轉變，已經成為鋼鐵業(yè)發(fā)展的重要方向。中國國內的鋼鐵企業(yè)在前十年進行了迅速的產能擴張與基礎技術升級，未來，基于智能化的工廠改造技術將成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重點方向。智能煉鋼控制系統(tǒng)是一種模塊化的集成系統(tǒng)，應用于智能煉鋼領域。該系統(tǒng)引入了先進的自動化控制技術、數(shù)據(jù)分析技術和優(yōu)化算法，實現(xiàn)了對煉鋼過程的實時監(jiān)控和自動控制，從而提高生產效率、降低生產成本、優(yōu)化產品質量并實現(xiàn)綠色生產。
智能煉鋼控制系統(tǒng)的主要結構模塊包括：鋼水預處理智能控制系統(tǒng)、熔劑上料智能控制系統(tǒng)及轉爐煉鋼智能控制系統(tǒng)。
2 轉爐自動化煉鋼技術的優(yōu)勢
2.1 有助于提升煉鋼的生產效率
鋼鐵行業(yè)采用轉爐煉鋼自動化技術，可有效提高鋼產品生產效率。目前國家高度提倡節(jié)能降耗、綠色環(huán)保及循環(huán)觀念，要求各個行業(yè)必須朝著降耗、提高產能的發(fā)展方向前進。鋼鐵行業(yè)作為產能及耗能較高的代表性產業(yè)，更要減少煉鋼能源消耗，使其向綠化、環(huán)保、節(jié)能等發(fā)展方向邁進。將自動化控制技術引進煉鋼過程當中，既能減少能源消耗，又能降低鋼材浪費率，緩解資源耗費和環(huán)境污染。轉爐煉鋼流程中采用自動化控制技術，又能提升鋼鐵行業(yè)的生產效果、滿足低耗發(fā)展目標，展現(xiàn)煉鋼行業(yè)的實力，輔助其搶占市場地位[2]。
2.2 有助于提升煉鋼的質量
目前，鋼鐵行業(yè)使用轉爐煉鋼自動化控制技術體現(xiàn)在副槍測溫與連續(xù)分析氣體兩方面，確保系統(tǒng)的運行處于穩(wěn)定狀態(tài)，而自動控制技術能讓二者相互配合的更加緊密，保證降低氧氣含量過程中，鋼水氧化會隨氧氣含量下降的幅度而逐漸下降，促使鋼產品的純度全面提高，同時縮減煉鋼時間、減少能耗，確保鋼產品生產質量的穩(wěn)定性提升，助力鋼鐵行業(yè)成本投入有效減少[3]。
3 冶金轉爐煉鋼自動化控制技術
3.1 轉爐煉鋼的控制技術模型
在轉爐自動化煉鋼技術的使用過程中，包含動態(tài)化控制和反饋計算兩大模型，以科學控制體系管控含碳量和吹煉終點操作流程。動態(tài)化控制模型主要針對煉鋼中的氧氣冷卻計量監(jiān)控和需求量檢測展開，能夠合理計算鋼水溫度數(shù)值、含碳量數(shù)值。另外，在測量動態(tài)計算模型數(shù)據(jù)中，利用反饋計算模型需要按照誤差大小調整計劃，并補充轉爐煉鋼材料。
3.2 轉爐煉鋼中人工智能技術的應用
人工智能技術是利用計算機科技模擬人類思維，其在轉爐煉鋼流程中的使用，完全可以替代傳統(tǒng)的煉鋼流程，采用現(xiàn)代化計算機技術，減少人力資源的投入，促進轉爐煉鋼效果持續(xù)提升，從而助力其智能生產與發(fā)展。
3.3 轉爐煉鋼中的模型研究
轉爐煉鋼中的智慧優(yōu)化模型建設，主要是以常規(guī)的人工管理方法和手段為依據(jù)，提取其中的關鍵信息和主要行為操作邏輯，利用人工智能技術進行人工模擬，將其轉換成以信息技術、計算機、互聯(lián)網為載體的智能控制模型。另外，熱平衡原理與化學反應也有效用于動態(tài)化控制技術之中，這對研究模型至關重要，利用該技術手段既能實現(xiàn)煉鋼效果的不斷提升，又能針對性處理鋼鐵行業(yè)生產流程的一系列問題[4]。圖 1 所示則是常規(guī)的轉爐煉鋼自動控制模型結構，其中涵蓋了生產線運行期間的多種模塊，能夠實現(xiàn)集成化管理和一體化調控。
3.4 冶金轉爐煉鋼檢測技術
3.4.1 廢氣分析檢測技術
只要是煉制鋼鐵就會產生大量廢氣，包括 CO、CO2、H2 等，轉爐煉鋼流程也不例外。轉爐煉鋼過程中，采用檢測廢氣技術可以結合爐氣定碳和副槍技術，后者為檢測廢氣技術中的重點，以此為前提按照廢氣實況研究脫碳速度，采用煉鋼中廢氣排放和流量成本，做好鋼液殘留含量的合理計算，如此，即可獲得轉爐碳含量。
另外，采用副槍法還能持續(xù)提升轉爐含碳量的測量精度，有效減少出現(xiàn)人員操作問題的概率，提升轉爐煉鋼生產效果[5]。
3.4.2 副槍檢測技術
隨著社會進步與經濟發(fā)展，自動化副槍檢測技術在鋼鐵行業(yè)生產與發(fā)展中運用，已是無法阻擋的事實。從當前的實際情況來說，大量鋼鐵行業(yè)都將副槍檢測技術裝入轉爐之中。利用該技術對鋼水含量和鋼水溫度進行有效控制，減少原材料的消耗，如鐵合金、石灰等，這一流程中無需補吹鋼水，可以讓煉鋼產量最大化提高。
3.5 數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘需要利用人工智能化技術，找出算法數(shù)據(jù)中隱藏的數(shù)據(jù)信息，對煉鋼流程產生的信息充分挖掘，指的是利用傳感器記錄大量數(shù)據(jù)、功能技術，自動化控制技術在轉爐煉鋼流程中使用，既能提升數(shù)據(jù)的積累水平，又能提高數(shù)據(jù)信息的真實性與質量，在自動控制生產質量過程中，應當對數(shù)據(jù)價值、管理質量明確了解，挖掘轉爐煉鋼生產細節(jié)中的能耗方法，促進生產技術水平全面提升[6]。
3.6 系統(tǒng)功能定位
結合目前諸多企業(yè)的研究成果，自動化轉爐煉鋼控制系統(tǒng)的結構可以歸集為圖 2 所示。在該種結構的基礎上，還需要具備以下功能。
3.6.1 指示電氣控制
轉爐煉鋼常常會引發(fā)一些需要應急處理的電氣事故，而自動控制系統(tǒng)能夠為轉爐煉鋼、安全管理和質量管理提供明確依據(jù)，因此自動控制系統(tǒng)必須獨立于其他系統(tǒng)之外，能夠在出現(xiàn)安全隱患和其他干擾因素時，具備獨立穩(wěn)定運行的能力，這樣才可以保證所有環(huán)節(jié)、流程都得到全面的監(jiān)管。因此，系統(tǒng)需要配備指示電氣控制系統(tǒng)，能夠集中體現(xiàn)電氣設備、生產線運行期間存在的實際情況，從而進行精準管控。
3.6.1 對儀表監(jiān)視的控制
通過計算機技術將轉爐煉鋼流程體現(xiàn)在儀表監(jiān)視系統(tǒng)之中，然后連接網絡服務器和主機，即可達到實時控制煉鋼流程的要求。這種結合計算機主機的操作方式，可在操作出現(xiàn)問題時，以此代替主機繼續(xù)操作，數(shù)據(jù)安全性更高，且更加穩(wěn)定。計算機技術要求對部分網絡服務器進行檢測，將檢測鐵水及廢鋼用量的真實數(shù)據(jù)展示在儀表的顯示器上，儀表畫面上還能實時展示冷卻水壓和 O2、N2 等數(shù)據(jù)，做好各類氣體數(shù)值的科學調整。
4 轉爐煉鋼自動控制系統(tǒng)的程序開發(fā)和細節(jié)
轉爐煉鋼自動控制系統(tǒng)運行的核心在于數(shù)據(jù)采集，因此針對數(shù)據(jù)采集需要專門建立管理平臺保證自動化控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行。通過采集數(shù)據(jù)的相關程序，對數(shù)據(jù)量進行有效監(jiān)測。利用轉爐推算與處理采集且完成計算的數(shù)據(jù)，以合適算法控制功能模塊。生產中所需的采集及儲存數(shù)據(jù)納入通信模塊當中，而后將其視為完整的系統(tǒng)，輸入采集、數(shù)據(jù)追蹤及數(shù)據(jù)模塊系統(tǒng)之中，通過自動化控制及初始化檢測，利用生產數(shù)據(jù)追蹤模塊流程，加強自檢電力系統(tǒng)的設置，直接測試所得數(shù)據(jù)并完善，間隔 2s 就要進行一次數(shù)據(jù)采集，在滿足傳輸控制要求后，即可實現(xiàn)分時上傳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)精度及采樣效率全面提升。將其儲存至數(shù)據(jù)庫當中，使轉爐煉鋼系統(tǒng)要求得以滿足，提升轉爐數(shù)據(jù)真實度。如何實現(xiàn)煉鋼質量實現(xiàn)短時間提升，應該從提升及時傳輸及化驗分析層面入手，做好轉爐煉鋼及微調加料流程的控制工作，在碳雙控制與最終的溫度中科學設計煉鋼時間，選出合適的化驗樣品，使爐前及時送檢。工作人員要想調整好化驗時間，應該在系統(tǒng)上加設時間控制器，以此來深度分析煉鋼生產質量，為了提升化驗精度，要求從技術員經驗上下功夫，保證編寫的程度更合理，即便是報爐次流程也不會影響到操作時間。通過在相關模塊中傳輸按鈕信號，助力轉爐煉鋼效果有效提升。
5 轉爐煉鋼自動控制系統(tǒng)升級的效果分析
5.1 增強了原輔料管理的精細化程度
轉爐煉鋼運行期間的原輔料管理是運行質量和效率的重點，本次研究在于針對二級轉爐系統(tǒng)進行自動化控制體系的升級，并且考慮廢鋼成分、冷卻效率等方面的重點需求，嚴格按照廢鋼標準進行系統(tǒng)設計。因此，在自動控制系統(tǒng)中增加了廢鋼信息反饋機制，通過檢查最終固體成分中的廢渣含量和來源，形成廢渣處理模型，自動控制系統(tǒng)能夠結合生產廢渣的實際情況進行回收利用，同時和原輔料相關的石灰抽檢、白云石質量檢測等等也形成了相應的反饋機制，能夠提升原輔料管理的精細化水平。
5.2 提升了數(shù)據(jù)管控的精準性
基于鋼產品競爭日益增強的趨勢下，傳統(tǒng)鋼產品煉制中的轉爐煉鋼技術早已滿足不了市場要求，要求鋼鐵行業(yè)充分利用轉爐煉鋼技術，達到自身的可持續(xù)發(fā)展目標。轉爐煉鋼自動化控制技術又能降低能耗、減少成本投入，完善轉爐煉鋼的自動化控制技術，促進煉鋼質量持續(xù)提升。
轉爐煉鋼自動化控制技術使用效果會受到計算系統(tǒng)精度的直接影響，如何提高煉鋼自動化技術中特種標定碼的應用精度，應該定期在系統(tǒng)中標注，明確鐵水比例，使終點渣計量系統(tǒng)的管理精度持續(xù)提高，減少過爐頻次，減少整體流程中爐次間中的二氧化碳量，利用綜合加料、拉位操作等模式，促進轉爐煉鋼的自動化控制水平全面提高，增強煤氣回收管理效果。
6 結 語
鋼鐵行業(yè)正在全面推廣與運用轉爐自動化煉鋼控制技術，面對鋼材市場結構的不斷轉變，從根本上有效創(chuàng)新了鋼鐵產品，有效提升轉爐煉鋼生產中的自動化控制技術應用效果。在鋼鐵產能中，應用自動化煉鋼控制技術與冶金工藝所追求的提高要求完全契合，明確管控煉鋼中廢鋼以及鐵水等材料的浪費情況，加強其添加比例及含量實用性的控制，在煉鋼階段應用實時監(jiān)測儀表、檢測儀器，減少自動化系統(tǒng)的能耗，在持續(xù)完善與分析生產系統(tǒng)當中優(yōu)化不足之處，保證轉爐中氧氣、冷卻水含量及純度，從而提升鋼水質量。
參考文獻
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