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基于自動化控制技術(shù)的轉(zhuǎn)爐煉鋼研究
摘要：轉(zhuǎn)爐煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的一種生產(chǎn)技術(shù)，文章先對轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)及其工藝流程進(jìn)行了分析，而后對轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制存在的問題與措施進(jìn)行分析，旨在提升國內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼材生產(chǎn)質(zhì)量，推動鋼鐵行業(yè)更好發(fā)展。
關(guān)鍵詞：鋼鐵;轉(zhuǎn)爐煉鋼;自動化控制;工藝流程
現(xiàn)如今，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面的革新速度不斷加快，自動化技術(shù)的運用也越來越廣泛。自動化技術(shù)的運用推動了我國煉鋼技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，進(jìn)一步提高了鋼鐵生產(chǎn)效益，并為生態(tài)環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。在新時期，鋼鐵自動化技術(shù)獲得快速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)要想適應(yīng)時代發(fā)展，就需要提高自身生產(chǎn)效率與生產(chǎn)水平。因此，鋼鐵企業(yè)需要針對自動化控制技術(shù)的研究投入更多資金，在生產(chǎn)當(dāng)中有效利用計算機(jī)技術(shù)，減少人工粗放式生產(chǎn)，最大化減少物理消耗，促使鋼鐵生產(chǎn)實現(xiàn)自動化與現(xiàn)代化。
1、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)分析
1.1 基本原理
轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)自動化控制技術(shù)包括了計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)以及檢測技術(shù)。以往煉鋼是以鐵水、鐵合金及廢鐵為主要原料。在高溫作用下形成化學(xué)反應(yīng)并結(jié)合，制造成鋼材。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)是基于計算機(jī)對以上原料數(shù)據(jù)加以分析，從而計算出將要制造的鋼種，所需的溶劑加入量、氧槍吹入高度、底吹量、吹氧量等數(shù)據(jù)，之后在吹煉后期對出鋼水溫度與成分進(jìn)行再一次檢測，得到數(shù)據(jù)后通過各系統(tǒng)設(shè)的配合，采用自動化控制技術(shù)來煉鋼，確保達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，獲得高質(zhì)量、高品質(zhì)的鋼材。
1.2 基本操作內(nèi)容
轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制內(nèi)容首要工作是對煉鐵廠提供的鐵水加以預(yù)處理，之后再對經(jīng)過預(yù)處理后的鐵水進(jìn)行冶煉加工，最后加工成鋼材。此過程中包括了對鐵水氧化、去除雜質(zhì)，確保鐵水成分的純凈。之后添加特定量的石灰形成氧化性的爐渣，加熱到一定溫度之后添加進(jìn)氧化劑與合金原料生成鋼材料。在采用自動化控制技術(shù)中，需要計算機(jī)與控制設(shè)備的相互配合，嚴(yán)格把控操作進(jìn)度與流程，在出鋼時需要注意做好擋渣工作，這將對鋼材質(zhì)量與品質(zhì)具有直接影響。
2、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)分類
近年來，我國鋼鐵產(chǎn)量始終穩(wěn)居全球第一，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國 2020 年總共產(chǎn)出鋼鐵 10.65 億 t，占全球鋼鐵產(chǎn)量的 57.1%，是排在第二的印度與第三的日本的十幾倍。2019 年，我國生產(chǎn)粗鋼數(shù)量高達(dá) 9.96 億 t，占全球生產(chǎn)總量的 53.31%，這足以體現(xiàn)我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重大改變。而隨著社會不斷發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)在各領(lǐng)域獲得了廣泛運用，下面主要分析了轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)分類。
2.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)
轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測技術(shù)其實就是檢測轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程。轉(zhuǎn)爐內(nèi)裝置了許多儀器儀表，可以收集熔鋼過程中的溫度、成分、轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熔鋼信息。工人記載下儀器儀表各項參數(shù)，以檢測技術(shù)對轉(zhuǎn)爐儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，讓轉(zhuǎn)爐煉鋼實現(xiàn)自動化控制具備了一定的數(shù)據(jù)支持。作為轉(zhuǎn)爐煉鋼實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)，儀器儀表檢測著自動化煉鋼全過程，可以避免轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制過程存在問題和不足。
2.2 自動化控制技術(shù)
自動化控制技術(shù)是基于信息化技術(shù)形成的，借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確與便利的優(yōu)勢，提高了效率，可以及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)中存在的問題，同時進(jìn)行智能控制，大幅度提高了鋼材質(zhì)量。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)包括兩種：動態(tài)控制模型與反饋計算模型。由于兩種技術(shù)有不同作用，所以轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)中所檢測的內(nèi)容也不一樣。動態(tài)控制模型更多的是對轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)中氧氣與冷卻劑含量進(jìn)行監(jiān)測，看含量符合要求與否，同時及時調(diào)整轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)中的含碳量與溫度。而反饋計算模型主要是監(jiān)測動態(tài)控制模型，假如動態(tài)控制模型監(jiān)測出現(xiàn)問題，或者數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，反饋計算模型就會及時加以調(diào)整，盡可能減小誤差或者防止出現(xiàn)誤差。動態(tài)控制模型與反饋計算模型相互配合，達(dá)到自動化控制技術(shù)要求。采用自動化控制技術(shù)，一定程度上節(jié)約了人力資源成本，防止出現(xiàn)原料浪費情況，并提高了控制當(dāng)中的準(zhǔn)確性，充分體現(xiàn)出現(xiàn)代化與信息化發(fā)展的優(yōu)勢。
2.3 廢氣分析檢測技術(shù)
現(xiàn)如今轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)中，重點采用了爐定碳法這種廢氣檢測技術(shù)，檢測企業(yè)主要是轉(zhuǎn)爐設(shè)備中的轉(zhuǎn)爐廢氣，其具有較強(qiáng)毒性，嚴(yán)重危害到環(huán)境，所以需要加以檢測處理。檢測過程中，要在對廢氣進(jìn)行計算處理時進(jìn)行脫氮與脫碳處理，從而明確轉(zhuǎn)爐內(nèi)有沒有大量的碳含量。鋼水的碳含量與自動化檢測鋼水成分可以通過這些監(jiān)測信息實時體現(xiàn)。
2.4 爐氣定碳和副槍結(jié)合
爐氣定碳和副槍相結(jié)合一樣可以用于廢氣計算，重點對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中脫碳的速度進(jìn)行計算，以此掌握轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化狀態(tài)。根據(jù)以副槍為主的技術(shù)，爐氣定碳法具有次要作用，計算轉(zhuǎn)爐中殘留碳的具體含量，以明確轉(zhuǎn)爐中的含碳量。爐氣定碳與副槍結(jié)合的技術(shù)有助于提高計算的正確性與速率，從而提高轉(zhuǎn)爐含碳量，為自動化控制生產(chǎn)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，促使轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制更加有效。
2.5 數(shù)學(xué)模型技術(shù)
爐內(nèi)自動化控制的靜態(tài)控制與動態(tài)實時控制都是基于數(shù)學(xué)分析，特別是依照所建立的數(shù)學(xué)模型的分析與計算過程，以此明確爐內(nèi)在化學(xué)平衡方程中化學(xué)反應(yīng)的細(xì)微變化。數(shù)學(xué)模型計算能夠了解到爐內(nèi)的氧氣含量變化與氧槍溫度變化情況，從而決定技術(shù)人員進(jìn)行估算錘煉程序操作，結(jié)合副槍反饋的信息數(shù)據(jù)參數(shù)加以分析調(diào)整，保證爐內(nèi)自動化控制順利推進(jìn)。
2.6 人工智能化
伴隨著人工智能技術(shù)快速的推廣普及，許多大型工廠設(shè)備中都開始擴(kuò)大人工智能的使用范圍。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制設(shè)備中使用人工智能，可以大幅度提高設(shè)備整體的自動化效率，減少因人為操作失誤的情況。大范圍使用人工智能技術(shù)，轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)可以促使效率與質(zhì)量實現(xiàn)雙提升，產(chǎn)量與成本實現(xiàn)雙控制，有助于推進(jìn)鋼鐵企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
2.7 圖像處理判定技術(shù)
圖像處理判定技術(shù)與光譜光學(xué)判定技術(shù)相差無幾，是一種非接觸測量技術(shù)。此技術(shù)主要是實時監(jiān)測轉(zhuǎn)爐爐口火焰變化情況，從而收集有用的潛在信息。收集信息主要是通過分析紋理、提取特征、顏色模型轉(zhuǎn)換等方式實現(xiàn)，信息和煉鋼過程及火焰圖案相關(guān)，再收集到潛在信息之后進(jìn)行系統(tǒng)建模，以此預(yù)測判斷終點。
2.8 智能終點控制技術(shù)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)是此項技術(shù)的代表，此項技術(shù)主要關(guān)注轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的各項依據(jù)，重點優(yōu)化控制煉鋼過程，并轉(zhuǎn)變了以往追求煉鋼過程深層規(guī)律的工作方法。所以這一技術(shù)在具體工作中獲得大面積推廣，國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制中采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但日本與韓國處于相對領(lǐng)先地位?？偟膩碚f，這幾項技術(shù)都主要對輸入、輸出量進(jìn)行考察，在一定程度上減少了隨機(jī)誤差，確保精度可以符合要求，具有極為顯著的優(yōu)勢。
3、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)工藝流程分析
3.1 供氧系統(tǒng)
供氧系統(tǒng)可以控制氧槍位置和供氧量，根據(jù)計算模型收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行動態(tài)控制。氧槍的位置是能夠隨意變動，同時結(jié)合反饋數(shù)據(jù)調(diào)整特定位置的供氧量，從而起到減少含氧量，提高鋼鐵純度的作用。這一系統(tǒng)可以實施收集數(shù)據(jù)，通過聯(lián)結(jié)設(shè)定的程序，有效改進(jìn)吹氧量，合理把控和鋼液液面間的差距。
3.2 原料系統(tǒng)
此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對鐵水、廢鋼、鐵合金等原材料進(jìn)行稱量，采用專業(yè)性的設(shè)備來改動配比，同時完成鐵水去皮稱重工作。當(dāng)完成稱量之后，基于此程序?qū)ε淞线M(jìn)行動態(tài)化配比，把控原材料配比，直到實現(xiàn)最佳配比。因為原材料來源廣泛，要通過減少能耗的數(shù)據(jù)模型，來把控鐵液的物理熱及其組分間化學(xué)反應(yīng)。
3.3 副槍系統(tǒng)
由于自動化程度不斷提升，鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)中廣泛采用了副槍系統(tǒng)。副槍系統(tǒng)自動化程度比較高，能夠較好檢測鋼液中的碳含量與鋼液的溫度，同時和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。副槍系統(tǒng)能夠采用副槍探頭，把探頭伸入鋼液中，收集即時數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，從而為構(gòu)建數(shù)據(jù)模型提供一定的數(shù)據(jù)支撐。
3.4 廢氣測量系統(tǒng)
煉鋼時會形成一定量的廢氣，通常情況下，廢氣主要由二氧化碳和一氧化碳構(gòu)成。為了有效控制廢氣含量，應(yīng)該在轉(zhuǎn)爐內(nèi)裝置廢氣成分監(jiān)測系統(tǒng)，以此有效監(jiān)測廢氣濃度，從而準(zhǔn)確評判轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液碳含量的濃度，同時基于此，結(jié)合副槍系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)來有效監(jiān)控轉(zhuǎn)爐中的各項生產(chǎn)指標(biāo)，進(jìn)而全方位提高鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量。
4、轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)中常見問題與對策
4.1 開閘跳閘問題
開閘跳閘通常和變頻器相關(guān)。要想解決這一問題，要求人員檢測變頻器是否出現(xiàn)問題，一旦存在合閘接觸不良問題，就應(yīng)該重視變頻器的檢查。工作人員還應(yīng)該對操作位置偏差加以計算，同時控制輸出參數(shù)，通常是把參數(shù)控制在零，以此實現(xiàn)合閘操作。開閘跳閘問題檢測不僅要求工作人員具備豐富的專業(yè)知識，可以快速查找到出現(xiàn)問題的儀器，還需要實施專業(yè)化方式，防止應(yīng)出現(xiàn)故障而對整個生產(chǎn)線帶來不良影響。
4.2 信號傳輸問題
自動化控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)要有穩(wěn)定的信號傳輸作支撐，系統(tǒng)通信斷開或信號被干預(yù)，都會使執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動作或不動作，也可能使顯示單元誤顯示或不顯示，從而造成無法預(yù)測的后果。如屏幕顯示失誤或顯示的數(shù)據(jù)明顯不正常，可判斷成系統(tǒng)通信故障。對此，應(yīng)先檢查相關(guān)的信號指示燈，之后查看網(wǎng)絡(luò)通信線路接觸情況是否良好或中斷，交換機(jī)接口有沒有彈片斷開等問題。
4.3 搖爐異常問題
搖爐控制需要依靠電氣系統(tǒng)輔助，通電正常并且電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行的狀態(tài)下，假如搖爐出現(xiàn)異常問題或不能搖爐，就需要檢測氧槍部位與潤滑溫度正常與否。一旦搖爐不正常或者自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，轉(zhuǎn)爐中的高溫鋼液就會致使轉(zhuǎn)爐受損，一旦鋼液溢出還會造成生產(chǎn)事故。當(dāng)出現(xiàn)以上問題時，需要立即實施應(yīng)對策略，實施強(qiáng)制執(zhí)行模式來強(qiáng)行控制轉(zhuǎn)爐。此模式是由專門的線路把主控臺連接搖爐，操作臺安裝對應(yīng)的按鈕，從而不會因自動化系統(tǒng)與其他線路影響，確保操作的穩(wěn)定性。
4.4 氧槍上提問題
出現(xiàn)這一問題一般是因為制冷劑流量不正常變化導(dǎo)致的，如果制冷劑流量要比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值低，就致使氧槍上提。另外，氧槍升降與位置變動更多是電力系統(tǒng)進(jìn)行，所以如果出現(xiàn)氧槍不能提槍和自動提槍情況，在排除生產(chǎn)工藝與控制系統(tǒng)因素影響之后，就應(yīng)該考慮是否氧槍的電氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題。
5、結(jié) 語
綜上，面對當(dāng)前國家實行的標(biāo)準(zhǔn)，煉鋼產(chǎn)業(yè)存在較多的困難，轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)業(yè)環(huán)境較為惡劣，同時操作過程相對復(fù)雜，對技術(shù)的精密度具有較高要求。只有依靠先進(jìn)的科技，推進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼實現(xiàn)自動化控制技術(shù)，才能緩解煉鋼產(chǎn)業(yè)面臨的困境。通過達(dá)到以上要求，來確保生產(chǎn)出高品質(zhì)的鋼材產(chǎn)品，為煉鋼企業(yè)帶來更高的效益?？梢哉f這一技術(shù)對鋼鐵企業(yè)起到了重要的推進(jìn)作用，進(jìn)一步優(yōu)化了工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，相信這種人工智能科技將在今后獲得更加廣泛的運用。
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