转炉炼钢自动控制系统

转炉炼钢自动控制系统一、转炉炼钢自动化概述

转炉炼钢自动化的直接处理对象是铁水，它来自于炼钢企业，在经过一系列流程之后，完成对其加工，钢便在如此的情况下形成了。这个过程中，首先要进行的环节是氧化，其目的是将铁水中存在的杂质进行去除；接下来需要添加石灰料，通过这种添加可以实现氧化性炉渣的产生，对于这个环节而言，温度是一个较为重要的参数，因此，必须按照规定将温度控制在一定的范围内，最终的环节仍然需要添加辅助性物料，以确保钢材的最终生成，需要添加的物料包括脱氧剂和合金。从具体的方向进行描述，转炉炼钢的自动化主要包含以下几个方面：炼钢的原料，也就是由钢铁企业运送过来的铁水，当然还需要添加氧化剂；熔炉比必须控制在合理的范围内，确保炉子的深度和铁水的深度比例能够保证炼钢工作顺利进行；供养规范，它要求供养压力、强度和氧枪的喷嘴都要具备的一定标准；炉渣标准，这要求炉渣在碱度方面必须达到规定的标准，在这过程中，对于石灰料的添加环节而言，可以在计算机的辅助之下完成，添加方式最好采取分批添加的形式；温度方面，在这方面必须采取良好的控制手段，在确定钢出炉的温度之后，还要对冷却剂的添加进行了解，确保添加的剂量符合现实要求；最终控制盒钢材的合金化，这个环节对计算机的使用程度较高，其最终控制技术会使得炉和炭的温度都在同步的情况下被控制在精准的范围内，当然在上述环节完成之后，还要注意脱氧工作，在钢材出炉的过程中，要确认炉渣被挡住，如果疏忽就会严重影响钢材质量。

二、自动控制过程

转炉炼钢自动化控制基本流程就是通过完善的控制软件，应用计算机通信、优化的静态模型和动态模型、顶底复吹、快速复枪测试和溅渣补炉技术，实现转炉炼钢从吹炼条件、吹炼过程控制，直至终点前动态预测和调整，吹制设定的终点目标自动提枪的全程计算机控制，实现转炉炼钢终点成分和温度达到双命中，做到快速出钢，提高钢水质量，提高劳动生产率，降低成本。

三、转炉氧枪系统控制

转炉氧枪系统主要由氧枪供氧、氧枪冷却水、氧枪氮封阀、氧枪升降位置控制和主备枪换枪的横移控制等系统组成。

（一）转炉氧枪控制水系统

氧枪供水系统主要功能是对氧枪进水或者出水的压力与流量进行检测，氧枪出现轻度漏水时预警提示；氧枪漏水重度报警并对漏水事故进行处理，事故处理完毕后下达恢复生产命令；氧枪冷却水、回水压力低于报警设定值，氧枪出水温度检测高于报警设定值，氧枪冷却水进入水流量差高于报警设定值时，进行报警显示。

（二）转炉氧枪供氧系统

各信号参数传送至PLC，通过程序调节阀的开度、氧枪的升降等。以氧压调节为例，氧压一次调节，是将阀后氧压力信号经压力变送器送至PLC，通过程序PI模拟调节器来调节阀的开度，使阀后压力稳定在工艺要求的范围内。为降低在开吹时阀门开度突然开大造成的扰动，程序中要设计无干扰切换控制。氧气流量控制是对流量调节阀的开度实施PID调节。氧流量检测通常采用孔板和差压变送器。

（三）氧枪位置控制系统

氧枪位置控制系统把速度控制电压分成200单位控制增量，对应相应的输出电压，200对应最大输出电压+/-10V，理论情况下，增量为0控制输出为0V，整个控制曲线为11级，其数据分组存于特定的数据区内。在控制距离1.5m外，给定最大速度，进入控制距离则按曲线减速停车。

四、转炉底吹系统控制

底吹方案确定后，转炉吹炼周期内，底吹系统会按照固定的自动步骤执行，如图1所示。

图1底吹自动步程序

五、转炉自动控制系统的组成

转炉自动控制系统主要由：数学模型控制系统，计算机控制系统（L2），基础自动化控制系统（L1）和过程监测控制系统四部分组成。

（一）数学模型控制系统

数学模型控制系统的主要作用是利用计算机进行转炉炼钢的控制参数，按照终点渣样的成分以及温度、重量和重点钢水的重量之比，可以將钢水中个元素的浓度进行有效的计算；相反，也可以按照所规定的钢元素的成本，来对所需要加入的铁水的重量以及其他的普里奥的百分含量进行预算处理。

（二）计算机控制系统（L2）

计算机控制系统主要就是对转炉冶炼信息以及数学模型的参数等进行收集，并对模型进行的计算以及L2与L1之间的数据通讯。L2是利用自动化系统使用算数的方式来对化学物理公式进行执行，因此，它需要输入大量的原始数据，也就是需要对测量设备的实际值以及经验参数进行输入，经过数学公式的计算，将输出数据以及相关固定的设定值有效提供，进而完成L2与L1的相互传送，或直接显示在屏幕上。

（三）基础自动化控制系统（L1）

当前我们常用的主要就是基础自动化控制系统的PLC可编程控制器，其主要就是利用计算机微处理作为基础而近些年被发展起来第一种新型的工业控制装置。主要利用对其可进行编程的存储器，其主要就是存储内部的程序以及进行逻辑运算以及顺序控制，并且承担的定时和计算以及算数等可以使用户进行操作的一些命令，同时还能够利用数字或者相关的模拟式的控制进行机械生产。

（四）过程监测控制系统

过程监测控制系统也就是人工的操作站，其主要任务是：显示仪表测量值；输出操作命令、故障报警以及故障诊断信息；输入设定值以及控制参数等。显示过程控制状态、检测信息；同时利用键盘或者鼠标以及按钮来进行各种设备的操作和执行，

六、转炉炼钢过程中自动控制流程

转炉炼钢过程是通过氧枪向熔池表面喷吹氧气并投加熔剂和冷却剂等操作，实现脱除熔池杂质和熔池升温的作用，从而达到冶炼钢水的目的。该过程的原料包括：主原料（铁水、废钢、生铁）和副原料（氧气、矿石、石灰、白云石等），其产品为温度和成份（主要指熔池碳含量）要求合格的钢水。在转炉炼钢中，从倒完上一炉熔渣开始到本炉刚倒完渣结束为一炉钢的冶炼。炼一炉钢的典型操作顺序为：把废钢装入空炉内，倒入铁水并将炉子转至吹炼位置；将氧枪下至炉内废钢和铁水以上的预定高度，并开始吹氧；分期分批加入石灰、白云石和萤石等造渣材料；以预定流量和氧枪高度吹炼，预定时间之后出钢，并倒出熔渣。转炉炼钢工艺主要包括装料、吹氧和造渣、终点控制和出钢。转炉炼钢生产过程工艺流程如图1。

图1转炉炼钢生产过程基本流程

（一）装料

装料是指向转炉中装入基本金属原料废钢和铁水。实践表明，装入量有其最佳值。装入量过小，会使炉子产量减小，同时因熔池过浅，炉底容易受到氧气射流区的高温和高氧化铁循环流冲击而损坏。装入量过大，会使熔池搅拌不好，造渣困难，喷溅增加，延长冶炼时间，增加金属损失，缩短炉衬特别是炉冒寿命。装入制度有三种。（1）定量装入：就是在整个炉役期中，每炉的装入量保持不变。其优点是生产组织简便，操作稳定，有利于实现过程自动控制，适宜于大型转炉采用。缺点是炉役前期装入量相对偏大而熔池偏深，炉役后期装入量相对偏小而熔池偏浅。（2）定深装入：在整个炉役期中，逐渐增加装入量，使每炉的金属熔池深度保持不变。其优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，而且能够保护炉底，并可以充分发挥装炉的生产能力。缺点是装入量和出钢量变化频繁，与模铸生产难以配合，给生产组织带来困难。但对于连铸生产则不存在这些缺点。（3）分阶段定量装入：在整个炉役期中，根据炉膛扩大程度划分为几个阶段，每个阶段采用定量装入的方法。它保持了整个炉役期中具有比较合适的熔池深度，在每个阶段又保持了装入量的相对稳定性，即能增加装入量，又便于组织生产，是适用性较强的一种方法。

（二）吹氧和造渣

吹氧是转炉炼钢的最重要操作，是控制整个吹炼过程的主导因素，直接影响冶炼效果和钢的质量。它是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣速度、控制喷溅和去除钢中气体与夹杂的关键操作。它还影响终点碳和温度的控制，影响炉龄，对转炉强化冶炼、扩大钢的品种和提高质量都有重要影响。吹氧就是要控制供氧强度和氧枪头在熔池面以上的高度，通过操作氧枪来完成。通常氧枪控制分恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪等操作。恒枪变压操作除了因氧流量变化而引起相关的一些差别外，在许多方面相当于恒压变枪的操作效果。变压和变枪都可以改变射流对熔池的穿透深度和冲击面积，因而都可以控制渣中氧化铁的含量、化渣速度，还可以在很大程度上控制喷溅大小和在一定程度上控制熔池的升温速度。

造渣就是在尽可能短的时问内，造出符合要求的、流动性良好的碱性渣，以便迅速把金属中磷、硫等杂质去除到所炼钢种规格要求以下；避免炉渣溢出和喷溅，以减少原材料和金属损失；保护炉衬，提高炉衬寿命。在转炉炼钢中，造渣材料一般是在吹氧开始后分期分批加入炉内。造渣材料通常为石灰和白云石，为了增加熔渣的流动性，还要加入少量的助熔剂，通常为萤石。

（三）终点控制和出钢

所谓吹炼终点，是指钢水达到吹炼目标要求的时刻。其主要目标是指钢水成份和温度，因此终点控制主要是终点成份和温度的控制。由于硫、磷的去除比脱碳复杂，因此总是尽可能提前让硫、磷去除到终点要求的范围。这样，终点控制便简化为钢水碳含量和温度的控制。转炉的终点控制，包括经验控制和自动控制方式两种。经验控制只凭操作者对炼钢的经验，通过火焰、声音等进行判断，因而终点命中率较低，而且因操作者不同而出现较大的波动。随着计算机在转炉炼钢中的应用，转炉吹炼自动控制得到了迅速发展，出现了多种静态控制模型和动态控制模型以及取得吹炼过程信息的手段，可以对吹炼过程中各种复杂参数进行快速、高效的计算和处理，并给出综合动作指令。因此，自动控制可以比较准确地控制吹炼过程和终点，达到较高的终点命中率。当钢水温度和成份调整到所炼钢种要求的范围之内时，就可以出钢。

七、全自动吹炼控制技术

采用转炉全自动吹炼技术后，获得以下效益：

（1）提高了转炉的生产效率。采用全自动吹炼技术后，终点碳和温度的同时命中率从90%提高到95%；补吹率从9%下降到6%；喷溅率从12%下降到5.4%，冶炼周期平均缩短3-5min。

（2）降低了冶炼成本。采用全自动吹炼技术，耐火材料的消耗平均下降了5%；石灰消耗吨钢减少3kg；金属收得率平均提高0.3%-0.5%；炉龄提高700-900炉/炉役。

（3）提高了钢水质量。采用全自动吹炼技术后，后吹次数明显减少；由于S、P不合适造成后吹的爐数从15%下降到3.5%；由于碳、温度不合适造成补吹，由动态控制的5.5%下降到2.5%。减少后吹，使钢水中w（N），w（O）降低（如冶炼w