转炉炼钢技术的自动化控制探究

陈为本

（宝钢德盛不锈钢有限公司，福建 福州 350601）

时代的车轮滚滚向前，人们也逐渐要求更多质量更高、材质更好的钢，这就要求对钢成品中的碳含量进行控制。转炉炼钢技术是炼钢工业中主要的生产技术，这项技术的自动化能够有效保证炼钢工业中的足够生产力，减少炼钢中不必要的产能损耗。这也值得钢铁企业引起重视，尽快完成转炉炼钢技术自动化控制的升级，促进整个产业不断发展，实现传统炼钢企业的技术转型，增强钢铁企业的市场竞争力[1]。

1 转炉炼钢技术简析

我国进入工业“4.0”时代之后，炼钢技术的机械自动化迎来了转型的关键期，从而在生产时提升效率，进一步利用计算机的精准控制，生产出质量更高的钢铁。总的来说，转炉炼钢技术包含三个主要部分，首先是检测技术，这项技术主要针对自动化控制，可以综合提升转炉炼钢的效率及精确性。在具体生产中，该技术要根据自动化控制的实际工况做及时调整，从而保证检测技术和炼钢自动化控制的要求相匹配。该技术的自动化同时也体现在对炼钢工况的监督过程。

接下来是自动化技术，该技术可称得上为转炉炼钢的核心技术，控制转炉炼钢主要是通过模型和模拟的方法完成的，从静态和动态两个方面出发，对转炉炼钢技术进行自动化控制。并且对转炉炼钢生产参数做出及时反馈，从而全方位提升炼钢效率[2]。

最后是控制技术，在当前炼钢技术中主要分成监控控制与直接控制和两个方面。为了保证稳定性和可靠性，维持转炉炼钢自动化控制过程的正常进行，一体化控制方法也可以适当采用。通常情况下，自动化控制系统中收集转炉炼钢参数方面，用的是上位机交换操作各种数据，从而针对整个转炉炼钢的过程进行控制，对炼钢企业经济效益产生影响。

2 转炉炼钢自动化技术的积极意义

2.1 降低资源消耗，提升生产效率

我国工业发展到今天，可持续发展已经深入人心，为了提高企业自身在市场中的竞争力，往往会从降低资源消耗上入手。对于炼钢企业本身的高消耗性特征，降低能耗的意义尤为重大。转炉炼钢自动化技术，其主要发展方向也是环境友好型，在提升生产效率和经济效益的同时，兼顾低能耗并保护环境。这就需要在生产端加强对技术的控制，这样才能在市场竞争中独占鳌头。转炉炼钢自动化技术的优势恰恰在此，可以严格要求终点命中率和钢水质量等等，是转炉炼钢的过程更加科学和严谨。

2.2 提升炼钢稳定性及钢产品质量

自动化技术主要是通过动态控制转炉气体，对副枪测温系统进行连续分析，从而在发生作用时，提升重点控制命中率，进而促进气体、温度等等到达终点[3]。另外在气体补吹的工作过程中，也可以通过使含氧量降低的方式，降低钢水氧化的现象，全面提升钢产品纯度，提升整个产品批次的高质量。调整终点命中率和补吹率的过程中，也可以缩短钢铁冶炼的时间，可以同时兼顾钢液湿度和成分稳定性，降低能耗和生产成本。

3 转炉炼钢自动化控制技术

3.1 转炉炼钢检测技术

该技术重点对转炉炼钢过程进行检测，在生产过程安置大量仪表，对炼钢时的温度、成分情况进行收集，工作人员需要认真记录仪器仪表显示的参数，对炼钢实际工况做出判断。检测技术中，仪器仪表就是自动化控制的基础，能够对炼钢自动化控制中出现的各种缺陷进行有效预防[4]。

3.2 废气分析检测技术

该技术主要对转炉炼钢过程中的废气进行实时监督。转炉炼钢中会有大量的废气产生，无论是二氧化碳、氮气或是一氧化碳等等，都会对产钢质量产生一定程度的影响。如果能实时监控过程中的废气产生状况，就能对工艺指标做出及时反馈。当前很多炼钢自动化控制中，已经对废气分析检测技术逐渐边缘化，但在一小部分工艺中仍然继续使用，所以可以立足于实际判断该项技术的可行性，最大化实现经济效益。

3.3 炉气定碳与副枪结合

在废气的收集计算问题上，主要应用炉气定碳和副枪结合技术，对脱碳的实际速率进行分析，从而判断此时转炉炼钢自动化的状态。该技术以副枪为主，炉气定碳为辅，对钢业残留碳的实际干粮进行计算，进而确定转炉的含碳量。该技术可以全面提升脱碳计算的精准性，从而使转炉炼钢中的含碳量增多，形成更加精确的数据参考，提升了自动化炼钢的效率[5]。

3.4 数学模型技术

该技术在实际炼钢生产中，分为动态和静态两种过程。以动态过程举例来说，主要包括化学平衡及热平衡，判断转炉炼钢自动化状态主要依据的是平衡点。在该技术的静态数学模型中，还有关于氧枪高度和氧流量参数的计算部分。在相关工艺中，还有关于参数的调整，保证炼钢自动化得到控制。

3.5 人工智能技术

人工智能技术的本质是计算技术和信息技术，可以通过模拟人工智能的过程，逐步替换传统费时费力的人为操作模式，大幅降低人工计算控制的资源投入，提高生产效率。该技术的广泛使用，也体现了转炉炼钢的智能化发展之路更进一大步，所以炼钢企业应该着眼于自身实际情况，适当革新人工智能技术[6]。

3.6 图像处理判定技术

图像处理判定技术和光谱光学判定技术大同小异，作为非接触测量技术的一种，图像处理判定技术更多着眼于对转炉炉口火焰变化情况进行实时监测，进而提取有用的潜在信息。提取技术主要包括纹理分析、特征提取、颜色模型转换等等，信息也是与火焰图像和炼钢过程有关的，然后收集这些信息对系统进行建模，进而预测判断终点。该技术的本质和人眼的工作相差不大，也就是模拟人眼的工作，效仿传统工作方式中，工人依据经验肉眼观察火焰变化情况对工况信息进行判断。这种方法同样依赖大量的训练次数，才能不断找到变化规律。

3.7 机器人辅助测量技术

信息化水平的提升，使机器人辅助测量技术应运而生，借助时代的力量不断发展，这也有赖于很多炼钢企业的车间智能化技术不断发展。机器人本质上仍然是一种智能设备，是一种新式测量系统的操作平台。机器人可以自动为测量枪安装探头，自动往钢液中插入探头，完成测量温度和采样的工作，对已经过时的探针也能及时发现并替换卸载。随着工业4.0时代的到来，工厂车间中机器人替换人工已经是大势所趋，因此在转炉炼钢自动化控制技术中，机器人的应用场合也会与日俱增。这就需要炼钢企业结合自身发展情况，大力在实践中推广机器人的使用，不断检验机器人的稳定性和可用性。

3.8 智能终点控制技术

智能终点控制技术主要以神经网络和专家系统为代表，该技术更多着眼于转炉炼钢中的事实依据，主要针对过程进行优化与控制，而摒弃了传统探求炼钢过程深层规律的工作方式，因此该技术在实际工作中也得到了广泛推广，在韩国和日本都较为领先。我国很多大型炼钢企业也在转炉炼钢自动化控制中应用了神经网络技术。大体来说，这些方法都是最输入输出量做重点考察，这就很大程度上消除了随机偏差，保证精度达到要求，优势十分明显。

4 转炉炼钢自动化控制流程

转炉炼钢自动化需要严格遵循生产流程所规定的要求，在流程方面可以细分为十多个步骤。功能键在转炉炼钢的控制面板上，工作人员主要控制功能键进行自动化控制。

4.1 转炉炼钢预处理

转炉炼钢操作中，第一步是预处理工序。工作人员需要选择吹炼的工作模式，选择依据是转炉炼钢的操作。还要对转炉炼钢中的原料进行称重，原料包括废钢料、生铁以及其他金属成分。另外需要在预处理阶段，确定电子秤称量的方式，在自动化控制系统中就要对原料使用量进行控制，转炉炼钢时确定配料的量，最后再向炼钢炉投入炼钢原料，之后进入到具体的转炉炼钢操作阶段[7]。

4.2 转炉添加

转炉添加开始状态启动之后，自动化控制系统的驱动风机就可以实现有效的控制。鼓风机也会持续向转炉中提供氧气，作为炼钢中必要的气体。自动化控制能够更加智能控制鼓风机出入氧气的含量，从而确保炼钢能够顺利进行。

4.3 添加废钢料

转炉炼钢时，废钢料也是必不可少的一种原料，自动化控制可以对生产中所需废钢料的数量做精准判断。工作人员在添加废钢料的工序完成之后，可以点击控制面板上的相关指令按钮，当系统检测完毕之后，就可以进行紧后工序了，执行下个操作。

4.4 铁水添加

转炉炼钢的铁水添加工序也是在自动化控制下完成的，同样在完成铁水的添加过后，点击相关指令按钮即可结束这道工序。

4.5 转炉添加完成

这项工序是总结性的流程，当转炉炼钢中的自动化控制系统，完成流程要求之后，就会导致前面的转炉添加开始，以及后续的废钢料及铁水添加指令失去作用。

4.6 钢铁吹炼开始

钢铁吹炼是转炉添加完成的紧后工作，当自动化控制进入到这道工序时，会先由工作人员检查高压氧气的情况，确保正常后才能进行正式的吹炼，从而实现自动化控制。

4.7 点火操作控制

转炉炼钢的氧枪在数值高的情况下，会由工作人员将氧气阀门打开，同时按下控制点火操作的按钮。一旦按下，氧量的计算时钟会被启动。在自动化控制技术下，转炉炼钢技术会进一步使炼钢过程走向动态化，改善转炉中的氧气含量[8]。

4.8 结束吹炼控制

自动化控制对转炉炼钢的需氧量做了明确规定，如果氧量时钟可以达到系统规定氧量时钟标准时，系统就会在自动化控制下提升氧气喷枪。到达一定高度时，就会结束吹炼过程。

4.9 出钢操作

出钢同样是在自动化控制下进行的，提前安装好的检测器会对此进行检测，如果检测器检测到出钢位时，就会对出钢操作进行自动化控制。等到出钢操作结束之后，转炉会恢复到零位，系统也会结束出钢操作。

4.10 出渣阶段操作

检测器对出渣阶段工况进行自动化控制，运用主动检测的工作方式，到了出渣位就开始出现信号，结束之后转到零位，结束相关操作。

5 结语

转炉炼钢技术的自动化控制是炼钢产业发展的大势所趋，也是钢铁企业提升自身竞争的必由之路。该技术对于降低产业能耗，提升钢产品质量有十分重要的作用，因此如何在钢铁生产中大力推广，值得从业者认真思考。