煉鋼是一個復雜工業過程,涉及傳熱、傳質與化學反應。由于煉鋼空間分布不規則,并且具有強非線性、滯后性與不確定性,因此,要完成高效控制冶煉過程這一目標,通過傳統控制系統是很難做到的。近年來,隨著科學技術的不斷進步、計算機性能的日益提高以及網絡技術的不斷創新,在我國的大中型不銹鋼管廠中,已經全部具備了智能化控制鋼鐵等冶煉過程的條件。當前,在現代的鋼鐵等冶金企業的冶煉過程中,運用人工智能技術和設備來控制裝料過程、吹煉過程與終點控制過程等,具體的生產過程已經成為鋼鐵等冶金企業節約現有能源、提高生產效率與企業競爭力的行之有效的措施。

自動化煉鋼技術極大提高了不銹鋼管廠的生產效率,加強了不銹鋼管廠的質量與生產管理,減輕了生產技術人員與一線工人的體力與腦力的勞動強度,改善了轉爐煉鋼工藝流程,降低了生產成本,提高了終點命中率,減少了補吹次數,從而使出鋼質量得到極大的提高。

1轉爐煉鋼自動化技術的使用意義

1.1提高生產效率降低能耗

隨著我國再循環、低能耗理念的廣泛傳播,在各行各業中越來越重視去產能,降耗能,同樣,在高消耗的鋼鐵行業中,更加注重低耗能。實行轉爐煉鋼自動化技術的主要目標是在降低能耗、減少資源浪費和環境污染的前提下,提高生產效率,實現不銹鋼管廠高質量、低能耗的發展模式,也只有實現這一生產管理目標,才能在激烈的國際市場中求得生存。自動化控制技術的使用,對終點命中率、鋼水質量、減少能耗進行嚴格要求,用嚴謹的態度對待轉爐煉鋼過程。

1.2保證煉鋼穩定性,提高質量

自動化技術能夠大大提高終點控制命中效率,這是由于其在發生作用時,能結合動態控制轉爐氣體連續分析系統和副測溫系統,結合的過程大大提高氣體、溫度到達終點的概率。另外,在氣體補吹的過程中降低含氧量能夠減少鋼水氧化的現象,提高其純度,從而實現高質量生產。在對終點命中率和補吹率進行調整的過程中,能夠縮短鋼鐵冶煉所需時間,這一動作在提高鋼鐵液狀溫度的同時,確保其成分穩定;同時,自動化技術能夠減少能源消耗,降低企業生產成本。

2轉爐煉鋼自動化控制的優勢

最多見的自動化轉爐煉鋼系統關鍵是二級計算機控制體系,就是一級基礎性智能控制模塊和二級過程的智能控制模塊,其中一級基礎性智能控制模塊關鍵涵蓋了氧智能控制體系、底吹控制體系、轉爐智能化儀表系統、副智能控制體系、除塵智能控制體系等,二級過程性智能控制模塊關鍵包含數據收集系統、補吹校正運算系統、報表打印系統等。這種轉爐煉鋼智能化控制體系可將過程中的參數集中顯示與管理,并創建強可視性的界面,顯示的內容有模擬的工藝程序、趨勢曲線等,在減輕繁重工作的同時,還讓人直觀地認識工藝與設備的運行態。通過實際運用匯總得出,運用轉爐煉鋼智能化控制技術擁有絕對的技術優勢,其體現出的優點表現為:一是,超過一半的轉爐不需要后期補吹,直接將終點溫度和碳的命中率提升至90%;二是,不再需要較長的冶煉周期,煉鋼速度也加快了;三是,降低了30%噴濺率和3kg/t的石灰消耗率,同時使收得率上升了0.5%左右;四是,對煉鋼工經驗的依賴性大幅縮減,有助于標準化、規范化管理水平的提升,顯著減少能耗,增加經濟利潤。

3自動化煉鋼的生產過程

鐵水預處理與冶煉是轉爐煉鋼的主要任務。鐵水是由煉鐵廠提供的。鐵水只有溫度較高而且化學成分合適,才適合煉鋼。如果鐵水中硫的含量超過煉鋼的生產要求,在鐵水預處理時就必須采取脫硫扒渣這種處理方式。脫硫扒渣有利于快速進行化渣、迅速提升溫度、減少鐵水噴濺。轉爐冶煉的具體步驟包含氧化、造渣、升溫、脫氧與合金。氧化的目的是去氧化鐵內的碳、硅、錳等雜質,采用的工具是氧與高純度氧。造渣的目的是脫磷與硫,其方法是向爐里加石灰等材料從而產生氧化性的爐渣。脫氧與合金采用加入脫氧劑與合金材料的方法來完成。

4轉爐煉鋼自動化控制技術

1)轉爐煉鋼檢測技術。轉爐煉鋼自動化控制系統中的檢測技術主要是監測轉爐煉鋼的過程。轉爐煉鋼中安裝了用于檢測的儀器儀表,收集熔鋼時的溫度、成分以及轉爐內的熔鋼液面等參數,生產人員記錄好儀器儀表的參數,檢測技術中實時分析了轉爐煉鋼中的儀器數據,為轉爐煉鋼的自動化控制過程提供了有效的數據支持。儀器儀表檢測屬于一級控制系統,是轉爐煉鋼自動化的基礎支持,二級過程控制系統在收集數據的基礎上通過模型算法有效控制自動化煉鋼的過程,預防轉爐煉鋼自動化出現故障或缺陷。(2)廢氣分析檢測技術。廢氣分析檢測技術用于監測轉爐煉鋼自動化控制過程中產生的廢氣。轉爐煉鋼期間會產生大量的廢氣,如氮氣、二氧化碳、一氧化碳等,廢氣可以反饋出轉爐煉鋼內部工藝的指標及運行狀況?,F階段很多轉爐煉鋼自動化控制過程中已經取消了廢氣分析檢測技術,部分工藝中仍舊使用,可根據轉爐煉鋼的實際情況確定是否選擇此項技術。(3)爐氣定碳與副結合。爐氣定碳與副結合同樣用在廢氣的計算上,主要分析轉爐煉鋼中脫碳的實際速度,評估轉爐煉鋼自動化的狀態。副技術為主要的技術,爐氣定碳法起到次要作用,通過計算轉爐中鋼液殘留炭的實際含量,確定出轉爐內的含碳量。爐氣定碳與副結合的技術提高了脫碳計算的準確性和速率,在很大程度上提高了轉爐中的含碳量,為自動化控制生產提供了標準的數據參考,維護轉爐煉鋼自動化的高效性。(4)數學模型技術。轉爐煉鋼技術自動化生產中采用數學模型控制煉鋼的動態過程與靜態過程,本文以轉爐煉鋼的動態過程為例,分析數學模型技術的應用。如:數學模型中提供的動態控制技術主要是化學平衡、熱平衡,利用平衡點評估轉爐煉鋼的自動化狀態。轉爐煉鋼技術自動化生產中建立的靜態數學模型中,專門計算了氧高度、氧流量。靜態數學模型在吹煉的工藝中,配合副檢測的方法安排參數的調整,保障轉爐煉鋼自動化過程的控制性。(5)轉爐煉鋼中引入的人工智能化技術,其是借助計算機科學技術來模擬人來操作的一種新技術。轉爐煉鋼中運用的智能技術完全不需要人來操控,直接利用計算機科學技術來模擬,這樣不再需要更多的人工,還相應地加快了生產速率,同時產品的品質也上一個臺階,完成實現了不銹鋼管廠的智能化。

5自動化煉鋼過程中控制技術的應用

5.1安全控制

在自動化煉鋼過程中,為確保氧能夠更加穩定地進行工作,應當在其行程范圍之內對有關保護方法進行設計,比如,電氣控制、機械控制以及程序控制等。利用絕對位置編碼對位進行檢驗,在搜集樣品過程中的時間為20ms,其偏差控制在1cm之內,針對氧位置實行邏輯分析,以確保氧能夠得以穩定運行。首先,在對氧超速進度控制方面,可先依據公式對速進行計算,若計算結果與標準參數相比誤差較高,則實行輸出報警,此時操作人員需要調節相關設備參數。其次,編碼器斷線丟碼控制,在編碼器有問題發生或者出現短路情況之后,很容易引起位失真,從而有錯誤控制出現,因而需要對檢測碼實行變化邏輯分析,從而發出警報。再次,編碼器掉電控制,通過對編碼器動態控制進行檢測,實現輸出報警以及動關聯。此外,編碼器中相關機械連接設備的問題控制。電動機、減速機,滾筒、鋼絲繩組成了氧的驅動機構,各轉動機構之間通過機械對輪、連接軸等實現連接傳動。在連接機構出現斷裂、脫落等情況時,會導致氧墜落失控的安全事故,同時造成檢測位和實際位的偏差。對于這一問題應當實行程序分析并輸出報警。

同時,氧位置、轉爐位置、氧、轉爐搖爐操作之間也進行安全聯鎖,在此基礎上可有效避免安全事故發生。另外,在實際操作中為能夠有效避免墜事故或者鋼絲繩事故出現,可利用應力傳感器實行張力測試,若張力參數與限定范圍不符,則會發出警報。通過將動及動爐封閉,從而有效避免事故發生。

5.2位置控制

對于位置控制而言,其直接作用就是保證氧能夠準確到達吹煉位置,從而使煉鋼質量得到較好保障,促使生產效果能夠得以有效提升。然而,在氧位置控制方面,其精準性和迅速性存在的一定矛盾,這主要就是因為要使氧升降速度得以提升,也就導致其位置準確性控制比較困難,而將氧速度降低情況下,可使氧位置精準性得以提升,然而會導致生產效率有所降低。為能夠使這一問題得以較好解決,可與轉爐煉鋼生產中相關具體技術要求,通過氧機械及電氣特點使矛盾得以較好解決。其一,對氧等候點位置進行合理設計。在氧非吹煉過程中,等候點屬于安全等待位置,對于該點位置,在保證不會對其他工藝產生影響的情況下,應當選擇與吹煉位置距離最近點。其二,將氧升降速度提升,以保證位置控制能夠達到精準結果。對于氧升降而言,其分為兩個區域,即恒速區及減速區。其中減速區所指的就是位實際位置與其設定位置中某參數內的相關區間,在該區間中,可與氧實際位置及設計位置偏差縮減相結合,并減小氧速度相關控制參數平滑得出。通過與實際工藝狀態及調試狀況相結合,減速區內參數的最高值設定為2m。而位具體參數及相關設計參數在2m之上區域,即表示為恒速區,在恒速區可將氧速度控制方面的參數增大,從而使氧運行速度能夠得以有效提升,從而使煉鋼過程更好進行。

6結語

自動化煉鋼技術極大提高了不銹鋼管廠的生產效率,加強了不銹鋼管廠的質量與生產管理,減輕了生產技術人員與一線工人的體力與腦力的勞動強度,改善了轉爐煉鋼工藝流程,降低了生產成本,提高了終點命中率,減少了補吹次數,從而使出鋼質量得到極大的提高。