數(shù)學百科：轉(zhuǎn)爐自動化

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　　zhuanlu zidonghua

　　轉(zhuǎn)爐自動化

　　automation of converter

　　氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉周期短、產(chǎn)量高、反應復雜，但用人工控制鋼水終點溫度和含碳量的命中率不高，精度也較差。為了充分發(fā)揮氧氣轉(zhuǎn)爐快速冶煉的優(yōu)越性，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低能耗和原料消耗，需要完善的自動化系統(tǒng)對它進行控制。典型的氧氣轉(zhuǎn)爐自動化系統(tǒng)由過程控制計算機、微型計算機和各種自動檢測儀表、電子稱量裝置等部分組成。按設(shè)備配置和工藝流程分為供氧系統(tǒng)，主、副原料系統(tǒng)，副槍系統(tǒng)，煤氣回收系統(tǒng)，成分分析系統(tǒng)和計算機測控系統(tǒng)。有些大型的轉(zhuǎn)爐自動化系統(tǒng)除了有轉(zhuǎn)爐本身的控制系統(tǒng)外，還包括有鐵水預處理系統(tǒng)、鋼水脫氣處理系統(tǒng)和鑄錠控制系統(tǒng)等。

　　供氧系統(tǒng) 在轉(zhuǎn)爐吹煉中，供氧系統(tǒng)主要用于控制吹氧量和氧槍位置(即氧槍與鋼水液面的距離)，完成以下功能： ①測量氧氣壓力、流量、氧耗量、氧純度等參數(shù)，并對氧流量進行閉環(huán)控制。②測量氧槍冷卻水溫度、壓力和流量。③采用電子邏輯或微型機控制裝置在吹煉不同階段改變氧槍位置，其定位精度為±10毫米。

　　主、副原料系統(tǒng) 轉(zhuǎn)爐主原料(鐵水和廢鋼)和副原料(石灰、白云石、礦石、螢石、鐵皮等)的稱重誤差和成分誤差，直接影響煉鋼終點命中率和鋼的質(zhì)量。這個系統(tǒng)用以保證主、副原料的準確稱量。它包括 3個部分。①電子秤：用以對鐵水、廢鋼、鐵合金和鋼水進行稱重，并能自動去皮;②副原料稱重和上料控制：當高位料倉中的副原料用光時，可自動地將地下料倉的副原料送入高位料倉，它采用料位檢測器檢出料倉料位信號，用皮帶秤稱重，用電子邏輯或微型機控制上料;③副原料自動配料控制：根據(jù)人工設(shè)定和計算機設(shè)定的副原料的配比，入爐副原料由料斗秤稱量后自動按量裝入。

　　副槍系統(tǒng) 在吹煉過程中用于測量鋼水溫度和含碳量的檢測裝置,主要包括兩個部分。①測溫定碳裝置:它由測溫定碳和測液面復合探頭、溫度和碳變送器、微型機和陰極射線管顯示器等組成。測試時，副槍將探頭插入鋼水內(nèi)測溫、取樣，測出的溫度和含碳量信號經(jīng)微型機處理后，在顯示器上顯示并傳送到過程計算機。②副槍順序控制裝置：它由探頭、電子邏輯線路或微型機構(gòu)成。副槍系統(tǒng)自動給出所需的探頭，自動裝探頭，檢查探頭是否接通，然后自動快速下槍，移動到變速點時則由快速改成慢速，當移動到測試點時便準確停車，定位精度為±10毫米。待取樣完成后，快速提升，到變速點時改為慢速提升，到達最高點時則自動停車。待定碳信號出現(xiàn)后，則自動拔掉舊探頭。

　　煤氣回收系統(tǒng) 用以保證煤氣回收正常運行，它由各種變送器、分析儀和微型機組成。首先進行爐口微壓差(±50帕)測量和自動控制，爐中微壓差經(jīng)變送器變成標準電信號后,由調(diào)節(jié)器控制煤氣管道的閘板閥,使爐口保持正壓，防止吸入空氣。其次進行煤氣中CO、O2含量的分析和CO回收的自動控制，采用紅外線CO分析儀、磁氧分析儀(精度為±1%)或質(zhì)譜儀分析CO、O2含量,用可編程序控制器來控制煤氣回收的操作。最后進行煤氣流量測量。所用方法是先在廢氣管道中取出差壓信號，然后再用差壓變送器將此信號變?yōu)殡娦盘栠M行測量。

　　成分分析系統(tǒng) 用直讀光譜儀或 X熒光分析儀來分析鐵水和鋼水的成分。 X熒光還能分析礦石、爐渣的成分。專用計算機對分析值進行處理后將結(jié)果打印出來，

　　并將它們傳送到過程控制計算機，為控制作準備。鋼水中的溶氧量則用氧化鋯定氧探頭測出。

　　計算機測控系統(tǒng) 用計算機控制鐵水和廢鋼的準備、吹煉以及鋼水成分調(diào)整的冶煉全過程。檢測出來的各個工藝參數(shù)一并輸入計算機中。計算機根據(jù)冶煉鋼種的不同要求和數(shù)學模型計算出裝入爐內(nèi)的鐵水和廢鋼的重量以及吹煉中加入的副原料重量和吹氧量，選定合適的供氧制度和造渣制度,自動進行吹煉直至終點。出鋼后,計算機還計算出應加入鋼水的鐵合金量，以保證成品鋼的成分合格。計算機控制的主要要求是保證在吹煉終點時，鋼水溫度和含碳量都同時命中目標值，有靜態(tài)和動態(tài)兩種控制方式。靜態(tài)控制是根據(jù)大量冶煉操作數(shù)據(jù)，按照熱平衡和物料平衡原理，通過理化計算、統(tǒng)計回歸分析或按操作經(jīng)驗建立起的數(shù)學模型進行預測控制。它實際上是按照前一段冶煉爐次的操作規(guī)律來對本爐次進行控制。這種控制方式對生產(chǎn)條件和操作方法的變動適應性較差，終點命中率較低，最高僅達60～70%。動態(tài)控制是通過某些動態(tài)測試手段(如副槍)在吹煉過程中測得鋼水溫度和含碳量，按動態(tài)模型對控制參量進行修正。這種方式的適應性較強，終點命中率較高，可達90%以上。在生產(chǎn)中，這兩種控制方式常常結(jié)合使用;在吹煉前期和中期按靜態(tài)控制;在吹煉后期用副槍測溫定碳，進行動態(tài)控制。

展望 為了進一步提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，用計算機實現(xiàn)動態(tài)控制越來越引起人們的重視。轉(zhuǎn)爐自動化的范圍也從控制吹煉過程本身擴大到整個轉(zhuǎn)爐車間，形成以計算機為中心的全車間綜合自動化系統(tǒng)。除控制轉(zhuǎn)爐車間各工藝過程外，還增加了協(xié)調(diào)生產(chǎn)作業(yè)等管理功能。隨著轉(zhuǎn)爐對自動化要求的提高以及計算機技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐計算機系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也有所變化。過去對三吹二的轉(zhuǎn)爐一般都采用一臺過程控制計算機進行集中控制,現(xiàn)代已開始采用信息集中化控制分散化的集散式系統(tǒng)或分級式計算機系統(tǒng)進行控制。各檢測裝置和局部控制裝置都用微型機或帶微型機的過程控制器來收集數(shù)據(jù)和進行控制。由它們得到的信息傳送到上級計算機(過程機)，進行數(shù)學模型計算、信息管理，并對下級機監(jiān)控。為了與其他工藝流程配合，轉(zhuǎn)爐過程計算機還與煉鐵、連鑄、初軋等車間的過程計算機進行數(shù)據(jù)通信。有關(guān)信息還傳送到生產(chǎn)管理計算機去進行生產(chǎn)管理計算。

　　轉(zhuǎn)爐冶煉工藝不斷發(fā)展，除氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐外，相繼出現(xiàn)了底吹和頂?shù)状迪嘟Y(jié)合的轉(zhuǎn)爐。這些新型的轉(zhuǎn)爐對自動化都有些特殊的要求，如除要求控制吹氧外，還要求控制吹氮(或氬)，并要求控制它們的切換等。