李 磊
（江西新鋼建設(shè)有限責(zé)任公司，江西 新余 338000）
摘 要：基于鋼材市場(chǎng)對(duì)鋼產(chǎn)品質(zhì)量提出的要求越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)應(yīng)當(dāng)加快轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的改革速度，提升生產(chǎn)水平，提高鋼產(chǎn)品質(zhì)量，減少能源耗費(fèi)，與國(guó)際大型鋼鐵企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。近幾年，轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制技術(shù)在煉鋼過(guò)程中使用，促進(jìn)煉鋼效果持續(xù)提升，增強(qiáng)使用價(jià)值及其精度，提升了鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)效益。面對(duì)煉鋼行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，加大對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用力度，不僅能夠減少人力、物力、財(cái)力的投入，而且能夠提高鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)效益與整體質(zhì)量，達(dá)到有效控制目標(biāo)，從而增強(qiáng)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)應(yīng)用效果。基于此，文章先簡(jiǎn)單敘述了轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)概述，闡述其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步探討冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)策略，僅供參考。
關(guān)鍵詞：冶金企業(yè)；轉(zhuǎn)爐煉鋼；自動(dòng)化控制技術(shù)
伴隨鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，鋼材生產(chǎn)質(zhì)量不斷提高，要求煉鋼過(guò)程減少能源消耗，面對(duì)國(guó)際鋼材市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)，如何占據(jù)穩(wěn)定地位，勢(shì)必增加國(guó)內(nèi)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(shù)，充分利用自動(dòng)化管控技術(shù)，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)能力有效提升，從而增強(qiáng)鋼鐵企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。鋼鐵行業(yè)在煉鋼中采用自動(dòng)化技術(shù)為主要目標(biāo)，在于提升煉鋼水平和鋼產(chǎn)品質(zhì)量，降低煉鋼成本及能耗，助力鋼鐵行業(yè)在市場(chǎng)上占據(jù)穩(wěn)定地位。而在轉(zhuǎn)爐煉鋼流程中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，還能提升資源應(yīng)用效率、降低煉鋼成本以及減少?gòu)U鋼產(chǎn)生，還能提升鋼產(chǎn)品的煉制效果，滿足行業(yè)的應(yīng)用需求。
1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)概述
1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐溫度提升，體現(xiàn)高溫情況下廢鋼和鈦合金的化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，二者產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成熱量，這種熱量融合在一起可以發(fā)揮轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)流程的助力作用。目前社會(huì)對(duì)于鋼鐵產(chǎn)品需求量越來(lái)越多，這是傳統(tǒng)煉鋼技術(shù)無(wú)法做到的，由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)耗能較高、生產(chǎn)效益不高等，逐漸被社會(huì)拋棄，所以，要求冶金行業(yè)充分利用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化技術(shù)，簡(jiǎn)化煉鋼過(guò)程，提高鋼產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，從而提升鋼鐵行業(yè)的最大化經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益[1]。
1.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)自動(dòng)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(lái)已經(jīng)趨于模式化，在新的互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時(shí)代下，將鋼鐵制造向個(gè)性化、定制化、多批量、小品種的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為鋼鐵業(yè)發(fā)展的重要方向。中國(guó)國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)在前十年進(jìn)行了迅速的產(chǎn)能擴(kuò)張與基礎(chǔ)技術(shù)升級(jí)，未來(lái)，基于智能化的工廠改造技術(shù)將成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。智能煉鋼控制系統(tǒng)是一種模塊化的集成系統(tǒng)，應(yīng)用于智能煉鋼領(lǐng)域。該系統(tǒng)引入了先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煉鋼過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)控制，從而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。
智能煉鋼控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)模塊包括：鋼水預(yù)處理智能控制系統(tǒng)、熔劑上料智能控制系統(tǒng)及轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制系統(tǒng)。
2 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
2.1 有助于提升煉鋼的生產(chǎn)效率
鋼鐵行業(yè)采用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化技術(shù)，可有效提高鋼產(chǎn)品生產(chǎn)效率。目前國(guó)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(gè)行業(yè)必須朝著降耗、提高產(chǎn)能的發(fā)展方向前進(jìn)。鋼鐵行業(yè)作為產(chǎn)能及耗能較高的代表性產(chǎn)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(jìn)。將自動(dòng)化控制技術(shù)引進(jìn)煉鋼過(guò)程當(dāng)中，既能減少能源消耗，又能降低鋼材浪費(fèi)率，緩解資源耗費(fèi)和環(huán)境污染。轉(zhuǎn)爐煉鋼流程中采用自動(dòng)化控制技術(shù)，又能提升鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)效果、滿足低耗發(fā)展目標(biāo)，展現(xiàn)煉鋼行業(yè)的實(shí)力，輔助其搶占市場(chǎng)地位[2]。
2.2 有助于提升煉鋼的質(zhì)量
目前，鋼鐵行業(yè)使用轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)體現(xiàn)在副槍測(cè)溫與連續(xù)分析氣體兩方面，確保系統(tǒng)的運(yùn)行處于穩(wěn)定狀態(tài)，而自動(dòng)控制技術(shù)能讓二者相互配合的更加緊密，保證降低氧氣含量過(guò)程中，鋼水氧化會(huì)隨氧氣含量下降的幅度而逐漸下降，促使鋼產(chǎn)品的純度全面提高，同時(shí)縮減煉鋼時(shí)間、減少能耗，確保鋼產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)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(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)
3.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制技術(shù)模型
在轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼技術(shù)的使用過(guò)程中，包含動(dòng)態(tài)化控制和反饋計(jì)算兩大模型，以科學(xué)控制體系管控含碳量和吹煉終點(diǎn)操作流程。動(dòng)態(tài)化控制模型主要針對(duì)煉鋼中的氧氣冷卻計(jì)量監(jiān)控和需求量檢測(cè)展開，能夠合理計(jì)算鋼水溫度數(shù)值、含碳量數(shù)值。另外，在測(cè)量動(dòng)態(tài)計(jì)算模型數(shù)據(jù)中，利用反饋計(jì)算模型需要按照誤差大小調(diào)整計(jì)劃，并補(bǔ)充轉(zhuǎn)爐煉鋼材料。
3.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼中人工智能技術(shù)的應(yīng)用
人工智能技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科技模擬人類思維，其在轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)，減少人力資源的投入，促進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼效果持續(xù)提升，從而助力其智能生產(chǎn)與發(fā)展。
3.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼中的模型研究
轉(zhuǎn)爐煉鋼中的智慧優(yōu)化模型建設(shè)，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(guān)鍵信息和主要行為操作邏輯，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行人工模擬，將其轉(zhuǎn)換成以信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)為載體的智能控制模型。另外，熱平衡原理與化學(xué)反應(yīng)也有效用于動(dòng)態(tài)化控制技術(shù)之中，這對(duì)研究模型至關(guān)重要，利用該技術(shù)手段既能實(shí)現(xiàn)煉鋼效果的不斷提升，又能針對(duì)性處理鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)流程的一系列問(wèn)題[4]。圖 1 所示則是常規(guī)的轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制模型結(jié)構(gòu)，其中涵蓋了生產(chǎn)線運(yùn)行期間的多種模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)集成化管理和一體化調(diào)控。
3.4 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測(cè)技術(shù)
3.4.1 廢氣分析檢測(cè)技術(shù)
只要是煉制鋼鐵就會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，包括 CO、CO2、H2 等，轉(zhuǎn)爐煉鋼流程也不例外。轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，采用檢測(cè)廢氣技術(shù)可以結(jié)合爐氣定碳和副槍技術(shù)，后者為檢測(cè)廢氣技術(shù)中的重點(diǎn)，以此為前提按照廢氣實(shí)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(jì)算，如此，即可獲得轉(zhuǎn)爐碳含量。
另外，采用副槍法還能持續(xù)提升轉(zhuǎn)爐含碳量的測(cè)量精度，有效減少出現(xiàn)人員操作問(wèn)題的概率，提升轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)效果[5]。
3.4.2 副槍檢測(cè)技術(shù)
隨著社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自動(dòng)化副槍檢測(cè)技術(shù)在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展中運(yùn)用，已是無(wú)法阻擋的事實(shí)。從當(dāng)前的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，大量鋼鐵行業(yè)都將副槍檢測(cè)技術(shù)裝入轉(zhuǎn)爐之中。利用該技術(shù)對(duì)鋼水含量和鋼水溫度進(jìn)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(wú)需補(bǔ)吹鋼水，可以讓煉鋼產(chǎn)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(shù)，找出算法數(shù)據(jù)中隱藏的數(shù)據(jù)信息，對(duì)煉鋼流程產(chǎn)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(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)在轉(zhuǎn)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(shí)性與質(zhì)量，在自動(dòng)控制生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值、管理質(zhì)量明確了解，挖掘轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)細(xì)節(jié)中的能耗方法，促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平全面提升[6]。
3.6 系統(tǒng)功能定位
結(jié)合目前諸多企業(yè)的研究成果，自動(dòng)化轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以歸集為圖 2 所示。在該種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還需要具備以下功能。
3.6.1 指示電氣控制
轉(zhuǎn)爐煉鋼常常會(huì)引發(fā)一些需要應(yīng)急處理的電氣事故，而自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?yàn)檗D(zhuǎn)爐煉鋼、安全管理和質(zhì)量管理提供明確依據(jù)，因此自動(dòng)控制系統(tǒng)必須獨(dú)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(shí)，具備獨(dú)立穩(wěn)定運(yùn)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(shè)備、生產(chǎn)線運(yùn)行期間存在的實(shí)際情況，從而進(jìn)行精準(zhǔn)管控。
3.6.1 對(duì)儀表監(jiān)視的控制
通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將轉(zhuǎn)爐煉鋼流程體現(xiàn)在儀表監(jiān)視系統(tǒng)之中，然后連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和主機(jī)，即可達(dá)到實(shí)時(shí)控制煉鋼流程的要求。這種結(jié)合計(jì)算機(jī)主機(jī)的操作方式，可在操作出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，以此代替主機(jī)繼續(xù)操作，數(shù)據(jù)安全性更高，且更加穩(wěn)定。計(jì)算機(jī)技術(shù)要求對(duì)部分網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)鐵水及廢鋼用量的真實(shí)數(shù)據(jù)展示在儀表的顯示器上，儀表畫面上還能實(shí)時(shí)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(xué)調(diào)整。
4 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序開發(fā)和細(xì)節(jié)
轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的核心在于數(shù)據(jù)采集，因此針對(duì)數(shù)據(jù)采集需要專門建立管理平臺(tái)保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)采集數(shù)據(jù)的相關(guān)程序，對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。利用轉(zhuǎn)爐推算與處理采集且完成計(jì)算的數(shù)據(jù)，以合適算法控制功能模塊。生產(chǎn)中所需的采集及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)納入通信模塊當(dāng)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(guò)自動(dòng)化控制及初始化檢測(cè)，利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)追蹤模塊流程，加強(qiáng)自檢電力系統(tǒng)的設(shè)置，直接測(cè)試所得數(shù)據(jù)并完善，間隔 2s 就要進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，在滿足傳輸控制要求后，即可實(shí)現(xiàn)分時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精度及采樣效率全面提升。將其儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，使轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)要求得以滿足，提升轉(zhuǎn)爐數(shù)據(jù)真實(shí)度。如何實(shí)現(xiàn)煉鋼質(zhì)量實(shí)現(xiàn)短時(shí)間提升，應(yīng)該從提升及時(shí)傳輸及化驗(yàn)分析層面入手，做好轉(zhuǎn)爐煉鋼及微調(diào)加料流程的控制工作，在碳雙控制與最終的溫度中科學(xué)設(shè)計(jì)煉鋼時(shí)間，選出合適的化驗(yàn)樣品，使?fàn)t前及時(shí)送檢。工作人員要想調(diào)整好化驗(yàn)時(shí)間，應(yīng)該在系統(tǒng)上加設(shè)時(shí)間控制器，以此來(lái)深度分析煉鋼生產(chǎn)質(zhì)量，為了提升化驗(yàn)精度，要求從技術(shù)員經(jīng)驗(yàn)上下功夫，保證編寫的程度更合理，即便是報(bào)爐次流程也不會(huì)影響到操作時(shí)間。通過(guò)在相關(guān)模塊中傳輸按鈕信號(hào)，助力轉(zhuǎn)爐煉鋼效果有效提升。
5 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)的效果分析
5.1 增強(qiáng)了原輔料管理的精細(xì)化程度
轉(zhuǎn)爐煉鋼運(yùn)行期間的原輔料管理是運(yùn)行質(zhì)量和效率的重點(diǎn)，本次研究在于針對(duì)二級(jí)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制體系的升級(jí)，并且考慮廢鋼成分、冷卻效率等方面的重點(diǎn)需求，嚴(yán)格按照廢鋼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中增加了廢鋼信息反饋機(jī)制，通過(guò)檢查最終固體成分中的廢渣含量和來(lái)源，形成廢渣處理模型，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠結(jié)合生產(chǎn)廢渣的實(shí)際情況進(jìn)行回收利用，同時(shí)和原輔料相關(guān)的石灰抽檢、白云石質(zhì)量檢測(cè)等等也形成了相應(yīng)的反饋機(jī)制，能夠提升原輔料管理的精細(xì)化水平。
5.2 提升了數(shù)據(jù)管控的精準(zhǔn)性
基于鋼產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益增強(qiáng)的趨勢(shì)下，傳統(tǒng)鋼產(chǎn)品煉制中的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)早已滿足不了市場(chǎng)要求，要求鋼鐵行業(yè)充分利用轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，達(dá)到自身的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)又能降低能耗、減少成本投入，完善轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制技術(shù)，促進(jìn)煉鋼質(zhì)量持續(xù)提升。
轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)使用效果會(huì)受到計(jì)算系統(tǒng)精度的直接影響，如何提高煉鋼自動(dòng)化技術(shù)中特種標(biāo)定碼的應(yīng)用精度，應(yīng)該定期在系統(tǒng)中標(biāo)注，明確鐵水比例，使終點(diǎn)渣計(jì)量系統(tǒng)的管理精度持續(xù)提高，減少過(guò)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(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動(dòng)化控制水平全面提高，增強(qiáng)煤氣回收管理效果。
6 結(jié) 語(yǔ)
鋼鐵行業(yè)正在全面推廣與運(yùn)用轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼控制技術(shù)，面對(duì)鋼材市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的不斷轉(zhuǎn)變，從根本上有效創(chuàng)新了鋼鐵產(chǎn)品，有效提升轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用效果。在鋼鐵產(chǎn)能中，應(yīng)用自動(dòng)化煉鋼控制技術(shù)與冶金工藝所追求的提高要求完全契合，明確管控?zé)掍撝袕U鋼以及鐵水等材料的浪費(fèi)情況，加強(qiáng)其添加比例及含量實(shí)用性的控制，在煉鋼階段應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀表、檢測(cè)儀器，減少自動(dòng)化系統(tǒng)的能耗，在持續(xù)完善與分析生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中優(yōu)化不足之處，保證轉(zhuǎn)爐中氧氣、冷卻水含量及純度，從而提升鋼水質(zhì)量。
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