張年剛

（山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司自動(dòng)化部,山東 萊蕪 271104）

1 前言

目前，我國為了促進(jìn)市場經(jīng)濟(jì)的更好更快發(fā)展，不斷升級優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并在煉鋼、冶金等工業(yè)行業(yè)主動(dòng)擯棄一些落后的生產(chǎn)設(shè)備與傳統(tǒng)工藝，逐漸往一個(gè)更高層次更新的現(xiàn)代工藝發(fā)展。在這其中，現(xiàn)代冶金、煉鋼等工藝大多使用了自動(dòng)化控制和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2 煉鋼自動(dòng)控制的主要內(nèi)容

煉鋼區(qū)主要包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐或電爐、爐外精煉、連續(xù)鑄錠4個(gè)工序或車間。其控制內(nèi)容如下：（1）鐵水預(yù)處理自動(dòng)控制：高爐爐前脫硅、噴吹法鐵水單脫硫以及攪拌法鐵水單脫硫等自動(dòng)控制；（2）轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制：供氧系統(tǒng)、到槍系統(tǒng)、爐體傾動(dòng)、底吹系統(tǒng)、爐口微差壓、副原料輸送和投料系統(tǒng)、煤氣回收系統(tǒng)，以及汽化冷卻等自動(dòng)控制；（3）電弧護(hù)自動(dòng)控制：配料（廢鋼、散裝料、噴碳粉和鐵合金稱重與配料）、電弧爐本體（氧燃助熔、吹氧和氧槍、爐壓、電極升降、電工制度等自動(dòng)控制.冷卻水流量、壓力、溫度和溫差監(jiān)控，爐壁、爐蓋、短網(wǎng)斷水自動(dòng)保護(hù)等）、電弧爐排煙與除塵系統(tǒng)（含第四孔排煙除塵的控制以及大煙罩式排煙處理系統(tǒng)控制）等；（4）爐外精煉自動(dòng)控制：AOD爐和RH真空處理裝置的控制、LFV鋼包爐真空精煉的控制﹑CAS或CAS-OB密封氬吹氣成分微調(diào)裝置的控制﹑KIP噴粉脫硫控制等；（5）連續(xù)鑄鋼自動(dòng)控制：設(shè)備起停順序與鑄坯跟蹤控制，鑄坯定長切割、打標(biāo)號、鑄速、PR壓力、結(jié)晶器鋼水溫度、結(jié)晶器冷卻水流量、二次冷卻水、結(jié)晶器振動(dòng)、結(jié)晶器鋼水液位等自動(dòng)控制，開澆、中間包鋼水液位和保護(hù)渣加入控制等。

3 煉鋼電弧爐自動(dòng)控制技術(shù)

3.1 煉鋼原料的稱量與控制技術(shù)

（1）廢鋼的配料與稱量：由平臺電子秤或吊車電子秤把本批次配好的廢鋼種類、單品種重量、累計(jì)重量等信息輸送到電爐控制系統(tǒng)PLC或DCS。一爐鋼根據(jù)爐容和廢鋼情況一批次或多批次配料。

（2）測控散裝配料：冶金礦石、螢石、焦粉、石灰等造渣、助熔、補(bǔ)爐用的粉狀或粒狀原料稱為散裝料。用PLC進(jìn)行控制，它完成的功能包括：按冶煉需要設(shè)定需送入爐內(nèi)的料種和重量，依照選定計(jì)劃利用給料機(jī)送料給稱量斗，并對稱量斗內(nèi)該料種料重情況進(jìn)行監(jiān)測，給料速度在料重小于設(shè)定值的90%時(shí)為快速，給料速度在料重達(dá)到設(shè)定值90%時(shí)轉(zhuǎn)為慢速，停止給料是在料重達(dá)到設(shè)定值100%時(shí)進(jìn)行 (快慢比約為10：1)；放料控制，稱量斗內(nèi)物料已配好，起動(dòng)稱量斗下的給料機(jī)，將料放到膠帶運(yùn)輸機(jī)并送入爐內(nèi)；可一批次配多種料，以縮短配料時(shí)間；將本爐次送人電弧爐內(nèi)的料種、重量信息送到電弧爐的工藝過程控制系統(tǒng)中。

（3）鐵合金配料：用裝有電子秤的稱量車，平臺電子秤或機(jī)械式臺秤配料。

3.2 電弧爐本體控制技術(shù)

（1）控制氧燃助熔系統(tǒng)：為了在熔化期降低電耗和加速熔化，電弧爐配有氧氣-燃料助熔系統(tǒng)。所用燃料是燃料油、天然氣、焦油、廢油、煤粉等。氧氣—燃料助熔的控制是一套燃?xì)夂脱鯕饬髁颗浔扔杀戎到o定器確定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并通過壓力和溫度補(bǔ)正計(jì)算燃?xì)夂脱鯕饬髁俊?/p>

（2）吹氧和氧槍控制：目前向電弧爐內(nèi)吹氧有兩種方式：一種是用自耗式氧槍(鋼管)從爐門向熔池吹氧；另一種是控制升降機(jī)構(gòu)從爐頂向熔池吹氧。自耗式氧槍的檢測控制和上述的轉(zhuǎn)爐類似，即氧氣一次壓力自動(dòng)控制和氧氣流量自動(dòng)控制。參照熔池鋼水碳含量和溫度由計(jì)算機(jī)或人工設(shè)定吹氧量，給吹氧信號來啟動(dòng)氧氣切斷閥，壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定壓力，氧氣流量自動(dòng)控制系統(tǒng)按設(shè)定氧量吹氧。氧氣吹管由人操作。升降式氧槍是用爐頂上方的升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，吹氧信號由氧槍位置信號發(fā)出，其檢測與控制與自耗式氧槍相同，如果是水冷式氧槍，還應(yīng)有冷水的流量、壓力和進(jìn)出水溫控制。為保證氧氣噴口與熔池液面之間處于最佳吹氧距離，還設(shè)有利用吹氧時(shí)發(fā)出的噪聲來自動(dòng)保證氧槍的最佳噴吹位置的裝置。

（3）電弧爐的爐壓控制：電弧爐內(nèi)煙氣由排煙口進(jìn)人煙道。排煙口與煙道之間有一定的空隙，這一方面是由于排煙口要隨電爐傾動(dòng)，不可能與煙道緊密對接，另一方面需要吸人助燃空氣使煙氣中的可燃物質(zhì)要在煙道中燃燒掉，然后冷卻到除塵系統(tǒng)可以承受的溫度再經(jīng)過濾除塵，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后由抽煙機(jī)抽出排人大氣。爐壓由補(bǔ)償式取壓裝置取壓經(jīng)微差壓變送器轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一信號至調(diào)節(jié)器，其控制輸出至變頻調(diào)速器控制抽煙機(jī)的速度以調(diào)節(jié)抽力。

（4）電弧爐電極升降控制：1）數(shù)據(jù)測量：主要是電弧弧壓和弧流的測量。一般通過在變壓器二次的各相電流互感器來直接測量弧流瞬時(shí)值，由于變壓器二次相電壓反應(yīng)的是弧壓和大電抗器上壓降之和而非弧壓的值，因而無法簡單的直接測量弧壓。電抗器上壓降包括兩部分：感性與阻性，感壓降性與三相電流的電流變化率(di/dt)相關(guān)，它是時(shí)變的且數(shù)值較大。感性壓降在冶煉過程中會發(fā)生毫無規(guī)律可循的無法通過補(bǔ)償來校正的很大變化，這是由于弧流中諧波含量大且電流不斷變化所引起的?；旱臏y量誤差往往會造成工作點(diǎn)的偏移，從而導(dǎo)致爐壁損壞以及三相有功功率不平衡和不一致；2）計(jì)算設(shè)定點(diǎn)和被控量：為了對變壓器的容量進(jìn)行充分利用，準(zhǔn)確設(shè)定電爐的有功、無功、功率因數(shù)等取決于變壓器電壓級和相應(yīng)弧阻的工作點(diǎn)是必不可少的，工作點(diǎn)的設(shè)定將由過程計(jì)算機(jī)按數(shù)學(xué)模型完成。計(jì)算被控量數(shù)值通常由電極升降調(diào)節(jié)方式來決定，弧流本身、弧壓乘弧流(弧有功功率)、弧壓除弧流(弧阻)這三種被控量計(jì)算方式所對應(yīng)的控制方案分別是弧流控制、功率控制、阻抗控制；3）調(diào)節(jié)器算法：目前流行的是積分誤差調(diào)節(jié)器（基于IER型算法），它與以往調(diào)節(jié)器相比在小誤差信號區(qū)引入了積分，是一個(gè)帶可調(diào)限的比例調(diào)節(jié)器。誤差較小時(shí)，積累誤差到一個(gè)可調(diào)限定點(diǎn)時(shí)執(zhí)行校正，并選得大一點(diǎn)的增益，從而確保誤差大時(shí)可以全速調(diào)節(jié)而又不犧牲小誤差時(shí)的穩(wěn)定值，大大提高精度，其增益也可隨著冶煉過程的不同取相異值。熔化期需要選較小的增益來預(yù)防系統(tǒng)振蕩，因?yàn)榇似陂g內(nèi)弧流變化劇烈且爐料料位變化大；熔清后可選用較大增益，因?yàn)榇藭r(shí)爐內(nèi)情況較平穩(wěn)；4）輸出匹配：電極升降的執(zhí)行機(jī)械包括：電液隨動(dòng)閥液壓傳動(dòng)式、晶閘管-電磁轉(zhuǎn)差離合器式、有晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)式，調(diào)節(jié)器的輸出要對應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入。

4 結(jié)束語

總之，采用煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)，可以有效的提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信未來的煉鋼自動(dòng)化技術(shù)也會得到更快的進(jìn)步和進(jìn)一步的推廣使用。

[1]王啟均，李仕雄.自動(dòng)化煉鋼控制技術(shù)分析[J].民營科技,2011(12).

[2]邱龍?jiān)?淺論自動(dòng)化煉鋼控制技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備,2009(07).

[3]李山寶.現(xiàn)代自動(dòng)化煉鋼控制技術(shù)[J].信息系統(tǒng)工程,2011(09).