數(shù)學(xué)百科：轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化

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　　zhuanlu zidonghua

　　轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化

　　automation of converter

　　氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉周期短、產(chǎn)量高、反應(yīng)復(fù)雜，但用人工控制鋼水終點(diǎn)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(dòng)化系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行控制。典型的氧氣轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化系統(tǒng)由過程控制計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)和各種自動(dòng)檢測(cè)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(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。有些大型的轉(zhuǎn)爐自動(dòng)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(yù)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(cè)量氧氣壓力、流量、氧耗量、氧純度等參數(shù)，并對(duì)氧流量進(jìn)行閉環(huán)控制。②測(cè)量氧槍冷卻水溫度、壓力和流量。③采用電子邏輯或微型機(jī)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(diǎn)命中率和鋼的質(zhì)量。這個(gè)系統(tǒng)用以保證主、副原料的準(zhǔn)確稱量。它包括 3個(gè)部分。①電子秤：用以對(duì)鐵水、廢鋼、鐵合金和鋼水進(jìn)行稱重，并能自動(dòng)去皮;②副原料稱重和上料控制：當(dāng)高位料倉中的副原料用光時(shí)，可自動(dòng)地將地下料倉的副原料送入高位料倉，它采用料位檢測(cè)器檢出料倉料位信號(hào)，用皮帶秤稱重，用電子邏輯或微型機(jī)控制上料;③副原料自動(dòng)配料控制：根據(jù)人工設(shè)定和計(jì)算機(jī)設(shè)定的副原料的配比，入爐副原料由料斗秤稱量后自動(dòng)按量裝入。

　　副槍系統(tǒng) 在吹煉過程中用于測(cè)量鋼水溫度和含碳量的檢測(cè)裝置,主要包括兩個(gè)部分。①測(cè)溫定碳裝置:它由測(cè)溫定碳和測(cè)液面復(fù)合探頭、溫度和碳變送器、微型機(jī)和陰極射線管顯示器等組成。測(cè)試時(shí)，副槍將探頭插入鋼水內(nèi)測(cè)溫、取樣，測(cè)出的溫度和含碳量信號(hào)經(jīng)微型機(jī)處理后，在顯示器上顯示并傳送到過程計(jì)算機(jī)。②副槍順序控制裝置：它由探頭、電子邏輯線路或微型機(jī)構(gòu)成。副槍系統(tǒng)自動(dòng)給出所需的探頭，自動(dòng)裝探頭，檢查探頭是否接通，然后自動(dòng)快速下槍，移動(dòng)到變速點(diǎn)時(shí)則由快速改成慢速，當(dāng)移動(dòng)到測(cè)試點(diǎn)時(shí)便準(zhǔn)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(diǎn)時(shí)改為慢速提升，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)則自動(dòng)停車。待定碳信號(hào)出現(xiàn)后，則自動(dòng)拔掉舊探頭。

　　煤氣回收系統(tǒng) 用以保證煤氣回收正常運(yùn)行，它由各種變送器、分析儀和微型機(jī)組成。首先進(jìn)行爐口微壓差(±50帕)測(cè)量和自動(dòng)控制，爐中微壓差經(jīng)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后,由調(diào)節(jié)器控制煤氣管道的閘板閥,使?fàn)t口保持正壓，防止吸入空氣。其次進(jìn)行煤氣中CO、O2含量的分析和CO回收的自動(dòng)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(jìn)行煤氣流量測(cè)量。所用方法是先在廢氣管道中取出差壓信號(hào)，然后再用差壓變送器將此信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行測(cè)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(jì)算機(jī)對(duì)分析值進(jìn)行處理后將結(jié)果打印出來，

　　并將它們傳送到過程控制計(jì)算機(jī)，為控制作準(zhǔn)備。鋼水中的溶氧量則用氧化鋯定氧探頭測(cè)出。

　　計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng) 用計(jì)算機(jī)控制鐵水和廢鋼的準(zhǔn)備、吹煉以及鋼水成分調(diào)整的冶煉全過程。檢測(cè)出來的各個(gè)工藝參數(shù)一并輸入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)根據(jù)冶煉鋼種的不同要求和數(shù)學(xué)模型計(jì)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(dòng)進(jìn)行吹煉直至終點(diǎn)。出鋼后,計(jì)算機(jī)還計(jì)算出應(yīng)加入鋼水的鐵合金量，以保證成品鋼的成分合格。計(jì)算機(jī)控制的主要要求是保證在吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水溫度和含碳量都同時(shí)命中目標(biāo)值，有靜態(tài)和動(dòng)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(jì)算、統(tǒng)計(jì)回歸分析或按操作經(jīng)驗(yàn)建立起的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。它實(shí)際上是按照前一段冶煉爐次的操作規(guī)律來對(duì)本爐次進(jìn)行控制。這種控制方式對(duì)生產(chǎn)條件和操作方法的變動(dòng)適應(yīng)性較差，終點(diǎn)命中率較低，最高僅達(dá)60～70%。動(dòng)態(tài)控制是通過某些動(dòng)態(tài)測(cè)試手段(如副槍)在吹煉過程中測(cè)得鋼水溫度和含碳量，按動(dòng)態(tài)模型對(duì)控制參量進(jìn)行修正。這種方式的適應(yīng)性較強(qiáng)，終點(diǎn)命中率較高，可達(dá)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(cè)溫定碳，進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

展望 為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制越來越引起人們的重視。轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化的范圍也從控制吹煉過程本身擴(kuò)大到整個(gè)轉(zhuǎn)爐車間，形成以計(jì)算機(jī)為中心的全車間綜合自動(dòng)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(duì)自動(dòng)化要求的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也有所變化。過去對(duì)三吹二的轉(zhuǎn)爐一般都采用一臺(tái)過程控制計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jí)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。各檢測(cè)裝置和局部控制裝置都用微型機(jī)或帶微型機(jī)的過程控制器來收集數(shù)據(jù)和進(jìn)行控制。由它們得到的信息傳送到上級(jí)計(jì)算機(jī)(過程機(jī))，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型計(jì)算、信息管理，并對(duì)下級(jí)機(jī)監(jiān)控。為了與其他工藝流程配合，轉(zhuǎn)爐過程計(jì)算機(jī)還與煉鐵、連鑄、初軋等車間的過程計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。有關(guān)信息還傳送到生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)去進(jìn)行生產(chǎn)管理計(jì)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(duì)自動(dòng)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。