炼钢自动化控制技术研究

摘要：本文主要首先简单介绍了炼钢自动控制的主要内容与技术，然后详细分析了电弧炉自动化控制技术，以供相关人士参考。

　　关键词：炼钢自动化；控制技术；技术研究

　　1前言

　　目前，我国为了促进市场经济的更好更快发展，不断升级优化工业产品结构，并在炼钢、冶金等工业行业主动摈弃一些落后的生产设备与传统工艺，逐渐往一个更高层次更新的现代工艺发展。在这其中，现代冶金、炼钢等工艺大多使用了自动化控制和先进的网络技术。

　　2炼钢自动控制的主要内容

　　炼钢区主要包括铁水预处理、转炉或电炉、炉外精炼、连续铸锭4个工序或车间。其控制内容如下：（1）铁水预处理自动控制：高炉炉前脱硅、喷吹法铁水单脱硫以及搅拌法铁水单脱硫等自动控制；（2）转炉自动控制：供氧系统、到枪系统、炉体倾动、底吹系统、炉口微差压、副原料输送和投料系统、煤气回收系统，以及汽化冷却等自动控制；（3）电弧护自动控制：配料（废钢、散装料、喷碳粉和铁合金称重与配料）、电弧炉本体（氧燃助熔、吹氧和氧枪、炉压、电极升降、电工制度等自动控制.冷却水流量、压力、温度和温差监控，炉壁、炉盖、短网断水自动保护等）、电弧炉排烟与除尘系统（含第四孔排烟除尘的控制以及大烟罩式排烟处理系统控制）等；（4）炉外精炼自动控制：AOD炉和RH真空处理装置的控制、LFV钢包炉真空精炼的控制﹑CAS或CAS-OB密封氩吹气成分微调装置的控制﹑KIP喷粉脱硫控制等；（5）连续铸钢自动控制：设备起停顺序与铸坯跟踪控制，铸坯定长切割、打标号、铸速、PR压力、结晶器钢水温度、结晶器冷却水流量、二次冷却水、结晶器振动、结晶器钢水液位等自动控制，开浇、中间包钢水液位和保护渣加入控制等。

　　3炼钢电弧炉自动控制技术

　　3.1炼钢原料的称量与控制技术

　　（1）废钢的配料与称量：由平台电子秤或吊车电子秤把本批次配好的废钢种类、单品种重量、累计重量等信息输送到电炉控制系统PLC或DCS。一炉钢根据炉容和废钢情况一批次或多批次配料。

　　（2）测控散装配料：冶金矿石、萤石、焦粉、石灰等造渣、助熔、补炉用的粉状或粒状原料称为散装料。用PLC进行控制，它完成的功能包括：按冶炼需要设定需送入炉内的料种和重量，依照选定计划利用给料机送料给称量斗，并对称量斗内该料种料重情况进行监测，给料速度在料重小于设定值的90%时为快速，给料速度在料重达到设定值90%时转为慢速，停止给料是在料重达到设定值100%时进行（快慢比约为10：1）；放料控制，称量斗内物料已配好，起动称量斗下的给料机，将料放到胶带运输机并送入炉内；可一批次配多种料，以缩短配料时间；将本炉次送人电弧炉内的料种、重量信息送到电弧炉的工艺过程控制系统中。

　　（3）铁合金配料：用装有电子秤的称量车，平台电子秤或机械式台秤配料。

　　3.2电弧炉本体控制技术

　　（1）控制氧燃助熔系统：为了在熔化期降低电耗和加速熔化，电弧炉配有氧气-燃料助熔系统。所用燃料是燃料油、天然气、焦油、废油、煤粉等。氧气—燃料助熔的控制是一套燃气和氧气流量配比由比值给定器确定的调节系统，并通过压力和温度补正计算燃气和氧气流量。

　　（2）吹氧和氧枪控制：目前向电弧炉内吹氧有两种方式：一种是用自耗式氧枪（钢管）从炉门向熔池吹氧；另一种是控制升降机构从炉顶向熔池吹氧。自耗式氧枪的检测控制和上述的转炉类似，即氧气一次压力自动控制和氧气流量自动控制。参照熔池钢水碳含量和温度由计算机或人工设定吹氧量，给吹氧信号来启动氧气切断阀，压力自动控制系统稳定压力，氧气流量自动控制系统按设定氧量吹氧。氧气吹管由人操作。升降式氧枪是用炉顶上方的升降机构驱动，吹氧信号由氧枪位置信号发出，其检测与控制与自耗式氧枪相同，如果是水冷式氧枪，还应有冷水的流量、压力和进出水温控制。为保证氧气喷口与熔池液面之间处于最佳吹氧距离，还设有利用吹氧时发出的噪声来自动保证氧枪的最佳喷吹位置的装置。

　　（3）电弧炉的炉压控制：电弧炉内烟气由排烟口进人烟道。排烟口与烟道之间有一定的空隙，这一方面是由于排烟口要随电炉倾动，不可能与烟道紧密对接，另一方面需要吸人助燃空气使烟气中的可燃物质要在烟道中燃烧掉，然后冷却到除尘系统可以承受的温度再经过滤除尘，达到排放标准后由抽烟机抽出排人大气。炉压由补偿式取压装置取压经微差压变送器转换为统一信号至调节器，其控制输出至变频调速器控制抽烟机的速度以调节抽力。

　　（4）电弧炉电极升降控制：1）数据测量：主要是电弧弧压和弧流的测量。一般通过在变压器二次的各相电流互感器来直接测量弧流瞬时值，由于变压器二次相电压反应的是弧压和大电抗器上压降之和而非弧压的值，因而无法简单的直接测量弧压。电抗器上压降包括两部分：感性与阻性，感压降性与三相电流的电流变化率（di/dt）相关，它是时变的且数值较大。感性压降在冶炼过程中会发生毫无规律可循的无法通过补偿来校正的很大变化，这是由于弧流中谐波含量大且电流不断变化所引起的。弧压的测量误差往往会造成工作点的偏移，从而导致炉壁损坏以及三相有功功率不平衡和不一致；2）计算设定点和被控量：为了对变压器的容量进行充分利用，准确设定电炉的有功、无功、功率因数等取决于变压器电压级和相应弧阻的工作点是必不可少的，工作点的设定将由过程计算机按数学模型完成。计算被控量数值通常由电极升降调节方式来决定，弧流本身、弧压乘弧流（弧有功功率）、弧压除弧流（弧阻）这三种被控量计算方式所对应的控制方案分别是弧流控制、功率控制、阻抗控制；3）调节器算法：目前流行的是积分误差调节器（基于IER型算法），它与以往调节器相比在小误差信号区引入了积分，是一个带可调限的比例调节器。误差较小时，积累误差到一个可调限定点时执行校正，并选得大一点的增益，从而确保误差大时可以全速调节而又不牺牲小误差时的稳定值，大大提高精度，其增益也可随着冶炼过程的不同取相异值。熔化期需要选较小的增益来预防系统振荡，因为此期间内弧流变化剧烈且炉料料位变化大；熔清后可选用较大增益，因为此时炉内情况较平稳；4）输出匹配：电极升降的执行机械包括：电液随动阀液压传动式、晶闸管-电磁转差离合器式、有晶闸管—直流电动机式，调节器的输出要对应于执行机构的输入。

　　4结束语

　　总之，采用炼钢自动化控制技术，可以有效的提高生产质量和效率。随着科学技术的发展，相信未来的炼钢自动化技术也会得到更快的进步和进一步的推广使用。

　　参考文献：

　　[1]王启均，李仕雄.自动化炼钢控制技术分析[J].民营科技，2011（12）.

　　[2]邱龙云.浅论自动化炼钢控制技术[J].化学工程与装备，2009（07）.

　　[3]李山宝.现代自动化炼钢控制技术[J].信息系统工程，2011（09）.