兰恩有
西宁特殊钢股份有限公司 青海西钢特殊钢科技开发有限公司 青海省冶金产品研究与开发重点实验室 青海省西宁市 810005
摘要：钢铁工业是国民经济发展的重要产业之一，在现代技术飞速发展的背景下，钢铁生产水平得到了巨大提升。炼钢炉是炼钢的主要设备，新时期电炉炼钢自动化控制技术在钢铁生产中起到了关键作用，可以实现转流量钢的自动化，全面提升炼钢工作效率。本文从电炉炼钢的自动化控制技术入手，讨论转炉炼钢自动化控制技术的应用意义，阐述电炉炼钢的自动化控制技术分类，最后提出炼钢炉前如何利用自动化控制技术检验，希望对相关研究带来帮助。
关键词：自动化分析技术；炼钢炉前检验；应用
钢铁工业领域的精炼钢技术、连铸技术与连铸连轧技术飞速发展，使得我国钢铁产量与质量显著提升，与此同时，对炼钢炉前检验的分析速度与精确度提出了更高的要求。随着钢铁企业的产能提升，化验室分析面临更多的任务，为了实现在线检验，钢铁企业纷纷引进和改造光谱分析系统，由此实现了全过程、自动化的检验，其中利用火花直读光谱仪连续自动处理样品，采用了高洁净铣刀加工样品技术，减少了由于人为因素导致检验结果不准确的问题，可以向钢铁企业提供更多有价值的信息并指导生产，不仅生产试样数量增加，分析周期也从300秒缩短到210秒，并且检测的精度大大提升。
一、电炉炼钢的自动化控制技术概述
电炉炼钢主要是利用铁水、废气钢材、铁合金等原材料融合并加热，该过程中铁水自身会产生物理热量，并且铁水组合过程中会发生化学反应，使得热量继续增大，促使材料融合并在转化炉中反应加热，最终再次转化为钢材。在转炉炼钢期间，对炉内温度加以控制是确保钢材质量的关键，通过转炉炼钢自动化控制技术利用可以对过程温度加以控制，同时还能利用计算机控制体系进行数据记录与采集，全面提升炼钢的效率，转炉炼钢的关键流程如下：
（一）供氧控制
在电炉炼钢自动化工艺当中，供氧气筒能够调节钢枪供氧量和控制氧枪位置，主要结合数学模型系统对参数收集，达到动态化控制效果。氧枪位置可结合监测仪表参数自由移动然后喷射需要供养的部位或者调整供氧枪的含氧量，以此提升钢材纯度。供养系统的实时升级功能可与相关程序配合，进而对钢液液面的高度控制[1]。
（二）原料供应
通过原料供应系统可以对铁水以及其它辅料称重加以自动化控制，其中称重设备可以自动化进行铁水称重，要求前期进行去皮称重设定，进而提升铁水承重的标准化操作，称重工作完成后还要与计算机控制系统相配合，根据配比量对上料加以控制。自动化的实现上料配比承重等相关操作，最终对原料精准配比提升钢材冶炼质量。
二、转炉炼钢自动化控制技术的应用意义
（一）提升钢铁生产效率
在我国工业制造领域的钢铁生产是能耗较高的行业，当前我国大力倡导节能降耗理念，需要钢铁企业转变传统的生产模式。其中转炉炼钢自动化控制有效提升的生产效率，减少炼钢期间的资源能源浪费。同时污染物排放量有效降低，有利于工业企业的可持续发展。
（二）提升炼钢稳定性
在转炉炼钢期间，利用自动化控制技术可有效提升终点控制命中率，这一过程中主要借助动态控制，转炉气体连续分析系统和副枪测温系统，通过提升气体温度而实现。此外，在炼钢过程中气体补吹可以降低含氧量以及钢水的氧化程度，达到提升炼钢产品纯度的效果，通过调整副吹率和重点命中率缩短炼钢时间，运行稳定性也能得到保障[2]。
（三）对铁水废钢质量精准检测
铁水、废钢等工业废料会危害人们健康，而操作不当也会威胁人员安全，所以需要对有害物质进行自动化处理，在称重过程中一般要使用吊车，对废钢车和炉钢装料，之后使用传感器去皮，利用PLC控制系统可以现实相关信息存储在计算机系统中。自动化控制系统关键在于电能的持续供应，为了提升操作的安全性和稳定性，一般炼钢车间需要配备具有应急处理功能的预备电气系统，要求系统独立成型，分布在转炉炼钢车间的散料仓当中，之后利用压式称重传感器承重和显示质量参数。
三、转炉炼钢的自动化控制技术分类
（一）转炉炼钢的检测技术
1废气检测
在转炉炼钢生产期间，自动化控制中心通过废气检测方式可以避免环境污染问题，主要是通过炉定探法分析转炉中的炼钢废气。由于气体中存在大量毒害物质危害生态环境，因此必须提前加强检测，通过稀释等处理然后排放，检测过程中需要对废气中的脱氮、脱碳等参数进行计算，确定炉内是否存在较高浓度的碳元素。在自动化控制技术下可以对信息实时检测，之后统计钢水的含碳量以及主要成分[3]。
2副枪检测
钢材生产期间需要做好检测工作，主要是根据有关仪器和设备分析溶钢成分、溶钢温度、液面高度等参数，之后做好详细记录，为后续的炼钢期间添加与控制提供信息支持。由于转炉炼钢期间产生大量氮气、一氧化碳等废气，所以在炉定探法之外需要利用副枪检测技术对废气分析，最终确定脱碳速度以及废气中主要成分、排放量，相较于炉内探法，副枪技术在含碳量检测方面精确性更高，可以有效提升钢材成品的制作效率。
（二）转炉炼钢的控制技术
1自动化控制
对于转炉炼钢的自动化控制技术来讲主要是安装控制系统，转炉的控制系统包括动态控制模型以及反馈计算模型，具备吹炼含碳量估算以及炉缸温度参数估算功能，其中动态控制模型借助计算机搜集信息，具有实时性特征，分期所需氧气和冷却剂，检测精确性较高。检测内容还包括氧气以及合金占比变化。此外，利用仪表和检测过程数据分析吹炼终点含碳量以及溶钢温度，通过反馈计算模型可以对上述过程中存在的误差进行调节。
2人工智能控制
在人工技术不断发展的今天，转炉炼钢工艺也在积极利用人工智能技术，在实际生产中逐渐替代人工劳动，提升生产效率，通过人工智能技术可以有效节约生产成本，同时也能减少人为失误，推动炼钢企业健康发展[4]。
3控制系统
转炉炼钢自动化控制技术就是利用控制系统完成整个过程控制，其中控制系统涵盖动态控制模型、估算吹炼、重点含碳量以及钢水温度、反馈计算模型，将成个运行过程打造实时监测模型，然后分析相关数据对含碳量和温度进行控制，同时还能够调整误差。
4数学模型系统
该系统的主要价值在于针对转炉设备炼钢期间的冷却剂、氧气辅料等消耗变量进行准确计算。数学模型就是在炼钢过程中针对各种物理现象以及化学反应进行分析的系统，能够结合炼钢反应期间废渣样品重量、温度成分、钢液的占比，还能分析钢液中不同元素的含量，以此为后续生产提供支持。此外，利用相关数据可以确定转入内部加入钢水量和辅料量。
5监测系统
监测系统主要依赖于人工及时上报和处理，通过显示屏、控制柜以及自动报警等装置满足监测上报等工作需要，其中通过显示屏显示仪表数值之后工作人员借助控制柜发出指令，一旦数据超出标准值就会发出警报[5]。
6PLC控制系统
转入自动化控制系统下PLC控制系统为核心，对应可编程逻辑控制系统，这种新型工业控制系统在现代工业发展中利用越来越广，PLC是一种可编程处理器，满足于编程运算逻辑、存储、内部控制程序、制定顺序技术等相关工作，在系统运行过程中需要根据提前编制的内部程序和指令运作，以此将数字信号或者模拟信号一致令的形式发送到电阀门、压力泵控制执行单位，需根据指令操作，以此达到自动化控制效果，在转炉炼钢期间锤炼副枪供养配料等工艺流程都可在PLC控制系统下完成。
7计算机调节系统
在炼钢厂转炉炼钢过程中，计算机系统能够设计和调整相关数据模型参数，之后通过编程功能编辑PLC系统，同时还可以采集和存储多种传感器以及仪表的质量信息、温度信息、压力信息、时间信息，进而对参数变化进行控制，实现执行单元和PLC程序的连接，同时还可以在计算机显示屏上呈现操作信息以及执行完成反馈情况。
四、炼钢炉前如何利用自动化控制技术检验
上海美诺福实验自动化有限公司研发的炉前分析系统通过不断优化，成功将试样的分析速度提高到钢样120-130秒,铁样荧光180-220秒,渣样330-400秒。并且实现了钢铁渣样分析全自动以及气体分析样的自动收集。
（一）设备准备
其一，试样加工装置。上海美诺福实验自动化有限公司的MLF-ASL全自动快速分析室主要装置包括全自动风动送样、全自动炉渣粉碎压片、全自动试样铣床、试样缺陷识别装置、试样贴标归档装置。其二，分析设备。该配备了企业光谱仪、荧光仪、风动送样试输机器人,光谱仪分析机器人[6]。
在整个操作过程中，首先由操作人员将试样号码输入样品登记机，然后把样品放置在样品登记机入口处，之后该设备根据样号选择程序和自动加工，机械手夹紧样品后在可视系统下检验，或者将坏样放入坏样盒。光谱仪发现参数存在问题后系统自动报警，然后重新制备和分析，分析的样品会形成对应标识或者标签，并在存储盒归档。
（二）系统特点
其一，铣床制备样品。光谱分析过程中，样品表面的质量直接对分析结果产生影响，尤其是对碳、氮、磷、硫含量的分析，为了确定最佳加工工艺和制样方法，采用了铣刀和砂纸进行样品表面处理，具有时间短、样品表面平整、无污染等优势。此外，由于试样不受热，让碳、氮元素的分析结果更加准确。其二，分析钢材中的氮元素。以往分析氮元素主要使用红外设备，但是采样环节较为繁琐，整个分析周期时间长，分析系统借助UVU透视镜与分子泵，制样过程中对铣刀表面进行处理，结果证实完全满足炉前在线分析要求，分析周期从42秒缩短到210秒。在实验室控制系统MLF-SPS,实验室数据管理系统MLF-LIMS,远程维修诊断系统下实现了整个过程的完全自动化。
五、常见问题和解决措施
（一）开闸跳闸和信号传输问题
开闸和跳闸是转炉炼钢常见问题，需要检查变频器是否存在故障，之后分析操作位置的误差。通过控制输出参数达到合闸操作目标。自动化控制系统需要网络信号支持传输信号的过程中容易出现参数错误或者单元无参数情况，因此会出现执行机构勿动问题，对炼钢生产效率产生不利影响[7]。
（二）摇炉异常问题
在摇炉操作期间需要电能支持，如果摇炉操作存在问题需要检查润滑温度以及氧枪位置，而网络问题的出现容易损坏转炉，降低其使用寿命，因此需要采取强制控制模式，通过专门线路连接摇炉和主控台。
（三）信号问题
转炉炼钢自动化控制系统必须保证信号的有效传输，避免信号中断或者受到干扰，发生该情况会导致严重后果，比如显示屏信息错误或者数据异常，因此要求检查指示灯以及网络连接情况。在此基础上还需要对交换机接口弹片检查，确保炼钢自动化系统的正常运行。
结束语：
综上所述，在电炉炼钢工艺基础上，借助自动化控制技术可以有效提升炼钢效率，推动炼钢工业向着自动化、智能化方向发展，还迎合了当前绿色环保理念，最终有利于社会可持续发展。
参考文献：
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[2]王林.全自动炼钢分析系统故障的分析与处理[J].今日自动化，2020，12(6):119-121.
[3]周剑，杨奕兵，叶晓舟.电弧炉炼钢自动化快速分析系统改造[J].现代冶金，2020，48(5):39-41.
[4]宫慧仲.电气自动化控制技术在电炉炼钢烟气除尘中的应用[J].中国金属通报，2020，12(8):76-77.
[5]周航，王肖，李朋，等.基于烟气分析的转炉自动化炼钢工艺模型优化[J].河北冶金，2020，21(10):48-51，82.
[6]李志平.转炉炼钢自动化控制技术探究及常见问题分析[J].建筑工程技术与设计，2020，23(7):4376.
[7] 王红霞. 转炉炼钢自动化控制技术分析[J]. 科学与信息化，2021，21(5):98，104.