宋清明

（河鋼邯鋼設(shè)計院，河北 邯鄲 056015）

隨著科學技術(shù)的進步，自動化控制技術(shù)的發(fā)展已非常成熟，早已在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)出強大的技術(shù)優(yōu)勢，使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)煥發(fā)出新的活力。其中，煉鋼生產(chǎn)是自動化控制技術(shù)應(yīng)用較早，并具有代表性的方面。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，通過自動化技術(shù)實現(xiàn)了對生產(chǎn)工藝參數(shù)的實時監(jiān)控，同時根據(jù)工藝要求實現(xiàn)了對氧槍、轉(zhuǎn)爐本體、裝料、供氣、除塵以及余熱回收等設(shè)備環(huán)節(jié)的自動化、智能化、精確化控制，有效提高了煉鋼生產(chǎn)效率和鋼產(chǎn)品質(zhì)量，改善了工人工作環(huán)境，降低了資源消耗。可以說，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用就是工業(yè)現(xiàn)代化的標志，因此，加大技術(shù)投資，加強對煉鋼生產(chǎn)的自動化改造，已成為當前鋼鐵企業(yè)全面提高技術(shù)水平和市場競爭力的關(guān)鍵。本文對轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)的應(yīng)用及常見故障問題進行了探討。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼是以鐵水、廢鋼、鐵合金等為生產(chǎn)原料，在借助外部熱源加熱的情況下，依靠鐵水本身高溫熱能和內(nèi)部組分的化學反應(yīng)熱量而在煉鋼轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成的鋼冶煉生產(chǎn)過程。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，不僅生產(chǎn)環(huán)境惡劣，受高溫熱輻射和煙氣影響較大；而且對各項工藝參數(shù)要求也非常嚴格，需要對溫度、鋼液成分、吹氧量、攪拌強度、熔劑加入量等進行嚴格的控制。這些變量因素對于煉鋼生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量都有很大的影響，而如何根據(jù)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，準確合理地控制這些變量因素也是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵。在采用自動化技術(shù)之前，轉(zhuǎn)爐煉鋼的很多工藝操作都是由人員根據(jù)經(jīng)驗手動完成，不僅人員勞動強度大，危險性高，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也難以保證。而自動化控制技術(shù)的應(yīng)用則改變了這一落后的生產(chǎn)狀況，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)各工藝參數(shù)的精確控制提供了技術(shù)保障。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制技術(shù)是以計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及工業(yè)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，以PLC系統(tǒng)為控制核心，利用各種傳感器通過對生產(chǎn)中溫度、煙氣濃度等信息的采集，按照事先編制好的程序內(nèi)容，對各執(zhí)行單元發(fā)出相應(yīng)的控制指令，從而實現(xiàn)對工藝參數(shù)的控制和調(diào)整。其控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。

1.1 數(shù)學模型控制系統(tǒng)

數(shù)學模型控制系統(tǒng)主要作用是對轉(zhuǎn)爐冶煉中氧氣消耗、冷卻劑消耗、輔料消耗等控制變量的計算。數(shù)學模型的建立主要是針對煉鋼生產(chǎn)中的各類理化反應(yīng)和質(zhì)量守恒定律。例如根據(jù)煉鋼反應(yīng)中渣樣溫度、成分、重量與重點鋼液的重量之比，可以計算出鋼液中各元素含量和組分，以判斷鋼液是否符合質(zhì)量要求；逆推之，也可根據(jù)對鋼液的成分要求，通過系統(tǒng)預算出轉(zhuǎn)爐中需要加入的鐵水量個輔料量。

1.2 計算機控制系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)的作用是對建立的煉鋼數(shù)學模型的各種參數(shù)調(diào)整設(shè)定和計算，對PLC控制程序進行編輯；通過各類傳感器對溫度、壓力、時間、閥門開度等工藝信息進行實時采集和存儲，以便于對轉(zhuǎn)爐運行各種參數(shù)的監(jiān)控和對歷史信息的調(diào)閱；經(jīng)過數(shù)學計算為PLC發(fā)出控制指令，完成與控制單元PLC之間信息傳輸，并將操作信息和各種參數(shù)指標反映至顯示器上。

1.3 PLC控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐自動化控制的核心裝置是PLC，即可編程邏輯控制系統(tǒng)，它是以微處理機發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中有著非常廣泛的應(yīng)用。PLC采用的是一類可編程處理器，主要用于存儲內(nèi)部控制程序，處理邏輯運算，執(zhí)行順序控制和定時、計數(shù)等指令。PLC在運行時會根據(jù)事先編輯好的內(nèi)部程序?qū)⒖刂浦噶钜阅M或是數(shù)字信號的方式傳輸至液壓泵、電磁閥等執(zhí)行單元，控制執(zhí)行機構(gòu)按照相應(yīng)的程序指令進行動作，從而實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的自動化控制。例如轉(zhuǎn)爐冶煉中吹煉控制、氧槍控制、加料控制等工藝環(huán)節(jié)的自動化都是由PLC實現(xiàn)的。

1.4 過程監(jiān)測控制系統(tǒng)

過程監(jiān)測控制系統(tǒng)也就是人工操作站，主要作用是通過顯示屏、控制柜以及聲光報警裝置等顯示設(shè)備運行狀態(tài)，顯示儀表測量值，輸出操作命令，對各類超標信息進行聲光報警提示等。人員可通過控制柜、鼠標、按鈕開關(guān)等，來完成對設(shè)備的操作和對工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化工藝流程和功用

2.1 供氧系統(tǒng)控制

主要是對氧槍供氧量和氧槍位置的控制，對相應(yīng)的控制參數(shù)進行調(diào)整設(shè)定后，氧槍即可根據(jù)生產(chǎn)情況，按照設(shè)定程序自動氧槍調(diào)節(jié)吹氧量和距離鋼液液面的距離。

2.2 原料系統(tǒng)控制

包括對鐵水和其他輔料的稱量，用電子稱對鐵水自動去皮稱量后，計算機即可按照設(shè)定好的配比要求，控制上料系統(tǒng)自動進行配料和稱重上料，達到最為精確的冶煉原料配比。

2.3 副槍系統(tǒng)的設(shè)定

自動化程度較高的鋼鐵企業(yè)普遍都安裝了先進的副槍系統(tǒng)。副槍的作用主要是測定鋼液溫度和鋼液中的碳含量，由系統(tǒng)控制副槍探頭至鋼液中，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行測量采集后，傳輸至計算機。利用副槍系統(tǒng)可實現(xiàn)對鋼液的在線取樣測溫，提高生產(chǎn)效率；還可減少熔劑、補吹物質(zhì)的消耗量。

2.4 煤氣回收控制

主要是通過各種傳感器、分析儀，對管道煤氣流量進行測量，并將測量數(shù)據(jù)反饋至計算機系統(tǒng)和人工操作站，可通過系統(tǒng)自動和人工手動兩種方式控制電子閥門的開度大小，從而實現(xiàn)對煤氣量的調(diào)節(jié)。從而確保爐口、管道煤氣正壓，保障安全操作，利于煤氣回收。

2.5 廢氣測量系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的廢氣，主要為一氧化碳、二氧化碳等。在爐內(nèi)加裝廢氣成分監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測廢氣濃度，以此可判斷轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液含碳量的高低，同時結(jié)合副槍系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)則可實現(xiàn)對爐內(nèi)各項關(guān)鍵性生產(chǎn)指標的全面監(jiān)控，為控制產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

3 轉(zhuǎn)爐自動化控制中的常見問題與解決措施

3.1 氧槍故障

氧槍上提多為制冷劑流量異常變化所致，當制冷劑流量低于要求數(shù)值時，即會引起氧槍上提。除此以外，氧槍的升降和位置調(diào)整主要由電氣系統(tǒng)完成，因此，當氧槍出現(xiàn)自動提槍或是無法提槍問題時，當排出生產(chǎn)工藝和控制系統(tǒng)原因后，還應(yīng)從氧槍的電氣系統(tǒng)方面考慮。

3.2 搖爐異常

搖爐控制是在電氣系統(tǒng)輔助下實現(xiàn)的，在正常通電且電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定的情況下如果出現(xiàn)無法搖爐或是搖爐異常的問題，則應(yīng)檢查氧槍位置和潤滑溫度是否正常。當出現(xiàn)搖爐異常及自動化控制系統(tǒng)故障時，轉(zhuǎn)爐內(nèi)高溫鋼液很容易造成轉(zhuǎn)爐的損壞，甚至導致鋼液溢流，引發(fā)生產(chǎn)事故。生產(chǎn)中遇到這種情形時必須采取應(yīng)急處理措施，采用強制執(zhí)行模式以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐的強制操控。強制執(zhí)行模式通過專門的線路將主控臺與搖爐連接，在操作臺設(shè)置相應(yīng)的按鈕，不受自動化系統(tǒng)和其他線路的控制，保證操作的獨立性。

3.3 信號傳輸問題

自動化系統(tǒng)運行依靠的就是穩(wěn)定的信號傳輸，系統(tǒng)通信中斷或是信號受到干擾都會導致執(zhí)行機構(gòu)不動作、誤動作，或是導致顯示單元不顯示、誤顯示，很容易引起難以預料的嚴重后果。例如，屏幕顯示錯誤或是顯示數(shù)據(jù)明顯異常，基本可斷定為系統(tǒng)通信故障。針對該故障首先應(yīng)查看相應(yīng)的信號指示燈，后檢查網(wǎng)絡(luò)通信線路是否斷開或接觸不良，交換機接口是否出現(xiàn)彈片斷開。