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[摘 要]转炉炼钢过程是一个复杂的多相物理化学反应过程，需要对炼钢生产进行精准的自动化控制。本文将针对转炉炼钢自动控制系统展开探讨。
[关键词]转炉炼钢；自动控制；研究
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0065-01
1转炉炼钢的自动化技术简介
自动化技术是通过计算机以及其他自控设备通过检测光、电、温度等信号来实现对于设备的控制。转炉炼钢设备是属于比较大型的炼钢设备，采用传统的控制系统不能满足精确化生产的要求，而通过自动化技术可以实现钢铁生产全过程的实时监控，从而提高钢铁生产质量。
1.1检测技术
由于钢铁生产对铁水的成分、温度波动以及其他因素要求较高，而传统的转炉炼钢已经很难适应现代工业发展的生产要求，因此我们需要运用自动化技术去对转炉炼钢全过程实施检测。通过利用自动化检测技术对于炼钢炉内的炉温、钢水的温度波动、钢水的成分构成以及钢水液面高度等生产参数进行实时监测。目前常用的检测技术有炼钢炉温度检测技术、炼钢炉内部废气含量以及成分分析检测和其他类型的检测技术。
1.2自动化技术
自动化技术是为了实现对于转炉炼钢全过程的自动化控制，从而提高炼钢的质量。目前采用的自动化技术包括动态自动化控制与静态自动化控制，这两种都是以自控模型为基础进行控制的。动态自动化控制包括动态控制模型和反馈计算模型这两种。随着工业对于钢铁质量的要求越来越高，我们多用动态自动化控制来实现转炉炼钢的过程控制。
2转炉炼钢工艺过程
转炉炼钢过程是通过氧枪向熔池表面喷吹氧气并投加熔剂和冷却剂等操作，实现脱除熔池杂质和熔池升温的作用，从而达到冶炼钢水的目的。该过程的原料包括：主原料（铁水、废钢、生铁）和副原料（氧气、矿石、石灰、白云石等），其产品为温度和成分（主要指熔池碳含量）要求合格的钢水。
在转炉炼钢中，从倒完上一炉熔渣开始到本炉刚倒完渣结束为一炉钢的冶炼。炼一炉钢的典型操作顺序为：把废钢装入空炉内，倒入铁水并将炉子转至吹炼位置；将氧枪下至炉内废钢和铁水以上的预定高度，并开始吹氧；分期分批加入石灰、白云石和萤石等造渣材料；以预定流量和氧枪高度吹炼，预定时间之后出钢，并倒出熔渣。转炉炼钢工艺主要包括装料、吹氧和造渣、终点控制和出钢。
3自动控制过程
转炉炼钢自动化控制基本流程就是通过完善的控制软件，应用计算机通信、优化的静态模型和动态模型、顶底复吹、快速复枪测试和溅渣补炉技术，实现转炉炼钢从吹炼条件、吹炼过程控制，直至终点前动态预测和调整，吹制设定的终点目标自动提枪的全程计算机控制，实现转炉炼钢终点成分和温度达到双命中，做到快速出钢，提高钢水质量，提高劳动生产率，降低成本。
4转炉氧枪系统控制
4.1转炉氧枪控制水系统
氧枪供水系统主要功能是对氧枪进水或者出水的压力与流量进行检测，氧枪出现轻度漏水时预警提示；氧枪漏水重度报警并对漏水事故进行处理，事故处理完毕后下达恢复生产命令；氧枪冷却水、回水压力低于报警设定值，氧枪出水温度检测高于报警设定值，氧枪冷却水进入水流量差高于报警设定值时，进行报警显示。
4.2转炉氧枪供氧系统
各信号参数传送至PLC，通过程序调节阀的开度、氧枪的升降等。 以氧压调节为例，氧压一次调节，是将阀后氧压力信号经压力变送器送至PLC，通过程序PI模拟调节器来调节阀的开度，使阀后压力稳定在工艺要求的范围内。为降低在开吹时阀门开度突然开大造成的扰动，程序中要设计无干扰切换控制。氧气流量控制是对流量调节阀的开度实施PID调节。氧流量检测通常采用孔板和差压变送器。
4.3氧枪位置控制系统
氧枪位置控制系统把速度控制电压分成200单位控制增量，对应相应的输出电压，200对应最大输出电压+/-10V，理论情况下，增量为0控制输出为0V，整个控制曲线为11级，其数据分组存于特定的数据区内。在控制距离1.5m外，给定最大速度，进入控制距离则按曲线减速停车。
5转炉自动炼钢控制系统实现过程
转炉自动炼钢控制系统按照控制顺序先后可以分为以下12个阶段，通过在主控制板上的顺序控制菜单，将这12个阶段按照功能以及先后控制顺序设计成监视与控制相结合的控制过程，这样就使得炼钢的控制人员能够很轻易地进行现场控制。
5.1转炉炼钢预处理过程
当现场的控制人员将转炉炼钢的吹炼模式选择完成之后，用自动化控制系统将煉钢的原料（生铁、废钢料以及其他添加金属）进行称重，利用控制系统自身带的电子称对于设定好的料方进行配料选取，选择之后将配好的原料投入到炼钢炉内。
5.2转炉添加开始
当控制系统进入转炉添加开始控制后，自动化控制系统会通过控制风机来实现鼓如炼钢炉内的高压纯净的氧气体，为炼钢炉内的反应提供基础。
5.3添加废钢料
通过自动化设备向炼钢炉内投入废钢料，当现场的操作人员确认废钢料已经投放完毕之后，在控制系统的控制板上点击“废钢料添加完成”命令按钮，控制系统进入到下一个控制环节。
5.4铁水添加完成
通过自动化设备向炼钢炉内投铁水，当现场的操作人员确认铁水已经投放完毕之后，在控制系统的控制板上点击“铁水添加完成”命令按钮，控制系统进入到下一个控制环节。
5.5转炉添加完成
当控制系统完成2、3、4操作之后，那么转炉添加完成命令就会立即实现。当实现转炉添加完成后，转炉添加开始、添加废钢料、铁水添加完成这三个阶段的命令将不会起作用。
5.6钢铁吹炼开始
当第五阶段执行完成之后，那么整个控制系统将会处于预吹炼准备阶段。当现场的操作人员确认高压氧气是否正常后，执行正式吹炼。
5.7点火
当氧枪到达指定高度并且氧气阀已经打开后，操作人员按下“点火”按钮启动氧量时钟，此时进入到炼钢阶段。系统通过自动调节炉体内部的氧气含量，进入到动态炼钢进程。
5.8吹炼结束
当氧量时钟达到控制系统的要求时，系统会自动提起氧气喷枪，当其到达预定位置的时候，吹炼结束。
5.9出钢阶段
当转炉开始出钢，并且检测器检测到转炉已转至出钢位时，控制系统中生成“出钢开始”信号。在出钢结束，转炉转回零位后，控制系统生成“出钢结束”信号。
5.10残渣护炉阶段
出钢结束后，现场的操作人员将转炉工作模式从吹炼方式调整为维护方式，当溅渣护炉处于准备阶段，那么此时进行溅渣护炉。根据实际情况实现手动或者自动溅渣护炉，在自动模式下由控制系统自动完成下枪、开氮气、提枪、关氮气以及紧急提枪等控制。
5.11出渣阶段
当转炉开始出渣，并且检测器检测到转炉已转至出渣位时，控制系统中生成“出渣开始”信号。在出渣结束，转炉转回零位后，控制系统生成“出渣结束”信号。
6结束语
转炉炼钢是钢铁生产过程中的重要一环，在整个冶炼流程中起到承上启下的作用。随着自动化技术的不断发展，越来越多的自控技术将会被运用在转炉炼钢中，通过改造大型的转炉设备实现自动化控制，采用多级控制来提高控制效果，进而提升我国的转炉炼钢自动化水平。
参考文献
[1]王新华，李金柱，刘凤刚.转型发展形势下的转炉炼钢科技进步[J].炼钢，2017，33（01）：1-11+55.
[2]罗丽军，喻中心.国内转炉炼钢生产现状及技术应用[J].宽厚板，2014，20（01）：39-42.
[3]许刚，雷洪波，李惊鸿，叶印鹏，薛军.转炉炼钢终点控制技术[J].炼钢，2011，27（01）：66-70.
[关键词]转炉炼钢；自动控制；研究
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0065-01
1转炉炼钢的自动化技术简介
自动化技术是通过计算机以及其他自控设备通过检测光、电、温度等信号来实现对于设备的控制。转炉炼钢设备是属于比较大型的炼钢设备，采用传统的控制系统不能满足精确化生产的要求，而通过自动化技术可以实现钢铁生产全过程的实时监控，从而提高钢铁生产质量。
1.1检测技术
由于钢铁生产对铁水的成分、温度波动以及其他因素要求较高，而传统的转炉炼钢已经很难适应现代工业发展的生产要求，因此我们需要运用自动化技术去对转炉炼钢全过程实施检测。通过利用自动化检测技术对于炼钢炉内的炉温、钢水的温度波动、钢水的成分构成以及钢水液面高度等生产参数进行实时监测。目前常用的检测技术有炼钢炉温度检测技术、炼钢炉内部废气含量以及成分分析检测和其他类型的检测技术。
1.2自动化技术
自动化技术是为了实现对于转炉炼钢全过程的自动化控制，从而提高炼钢的质量。目前采用的自动化技术包括动态自动化控制与静态自动化控制，这两种都是以自控模型为基础进行控制的。动态自动化控制包括动态控制模型和反馈计算模型这两种。随着工业对于钢铁质量的要求越来越高，我们多用动态自动化控制来实现转炉炼钢的过程控制。
2转炉炼钢工艺过程
转炉炼钢过程是通过氧枪向熔池表面喷吹氧气并投加熔剂和冷却剂等操作，实现脱除熔池杂质和熔池升温的作用，从而达到冶炼钢水的目的。该过程的原料包括：主原料（铁水、废钢、生铁）和副原料（氧气、矿石、石灰、白云石等），其产品为温度和成分（主要指熔池碳含量）要求合格的钢水。
在转炉炼钢中，从倒完上一炉熔渣开始到本炉刚倒完渣结束为一炉钢的冶炼。炼一炉钢的典型操作顺序为：把废钢装入空炉内，倒入铁水并将炉子转至吹炼位置；将氧枪下至炉内废钢和铁水以上的预定高度，并开始吹氧；分期分批加入石灰、白云石和萤石等造渣材料；以预定流量和氧枪高度吹炼，预定时间之后出钢，并倒出熔渣。转炉炼钢工艺主要包括装料、吹氧和造渣、终点控制和出钢。
3自动控制过程
转炉炼钢自动化控制基本流程就是通过完善的控制软件，应用计算机通信、优化的静态模型和动态模型、顶底复吹、快速复枪测试和溅渣补炉技术，实现转炉炼钢从吹炼条件、吹炼过程控制，直至终点前动态预测和调整，吹制设定的终点目标自动提枪的全程计算机控制，实现转炉炼钢终点成分和温度达到双命中，做到快速出钢，提高钢水质量，提高劳动生产率，降低成本。
4转炉氧枪系统控制
4.1转炉氧枪控制水系统
氧枪供水系统主要功能是对氧枪进水或者出水的压力与流量进行检测，氧枪出现轻度漏水时预警提示；氧枪漏水重度报警并对漏水事故进行处理，事故处理完毕后下达恢复生产命令；氧枪冷却水、回水压力低于报警设定值，氧枪出水温度检测高于报警设定值，氧枪冷却水进入水流量差高于报警设定值时，进行报警显示。
4.2转炉氧枪供氧系统
各信号参数传送至PLC，通过程序调节阀的开度、氧枪的升降等。 以氧压调节为例，氧压一次调节，是将阀后氧压力信号经压力变送器送至PLC，通过程序PI模拟调节器来调节阀的开度，使阀后压力稳定在工艺要求的范围内。为降低在开吹时阀门开度突然开大造成的扰动，程序中要设计无干扰切换控制。氧气流量控制是对流量调节阀的开度实施PID调节。氧流量检测通常采用孔板和差压变送器。
4.3氧枪位置控制系统
氧枪位置控制系统把速度控制电压分成200单位控制增量，对应相应的输出电压，200对应最大输出电压+/-10V，理论情况下，增量为0控制输出为0V，整个控制曲线为11级，其数据分组存于特定的数据区内。在控制距离1.5m外，给定最大速度，进入控制距离则按曲线减速停车。
5转炉自动炼钢控制系统实现过程
转炉自动炼钢控制系统按照控制顺序先后可以分为以下12个阶段，通过在主控制板上的顺序控制菜单，将这12个阶段按照功能以及先后控制顺序设计成监视与控制相结合的控制过程，这样就使得炼钢的控制人员能够很轻易地进行现场控制。
5.1转炉炼钢预处理过程
当现场的控制人员将转炉炼钢的吹炼模式选择完成之后，用自动化控制系统将煉钢的原料（生铁、废钢料以及其他添加金属）进行称重，利用控制系统自身带的电子称对于设定好的料方进行配料选取，选择之后将配好的原料投入到炼钢炉内。
5.2转炉添加开始
当控制系统进入转炉添加开始控制后，自动化控制系统会通过控制风机来实现鼓如炼钢炉内的高压纯净的氧气体，为炼钢炉内的反应提供基础。
5.3添加废钢料
通过自动化设备向炼钢炉内投入废钢料，当现场的操作人员确认废钢料已经投放完毕之后，在控制系统的控制板上点击“废钢料添加完成”命令按钮，控制系统进入到下一个控制环节。
5.4铁水添加完成
通过自动化设备向炼钢炉内投铁水，当现场的操作人员确认铁水已经投放完毕之后，在控制系统的控制板上点击“铁水添加完成”命令按钮，控制系统进入到下一个控制环节。
5.5转炉添加完成
当控制系统完成2、3、4操作之后，那么转炉添加完成命令就会立即实现。当实现转炉添加完成后，转炉添加开始、添加废钢料、铁水添加完成这三个阶段的命令将不会起作用。
5.6钢铁吹炼开始
当第五阶段执行完成之后，那么整个控制系统将会处于预吹炼准备阶段。当现场的操作人员确认高压氧气是否正常后，执行正式吹炼。
5.7点火
当氧枪到达指定高度并且氧气阀已经打开后，操作人员按下“点火”按钮启动氧量时钟，此时进入到炼钢阶段。系统通过自动调节炉体内部的氧气含量，进入到动态炼钢进程。
5.8吹炼结束
当氧量时钟达到控制系统的要求时，系统会自动提起氧气喷枪，当其到达预定位置的时候，吹炼结束。
5.9出钢阶段
当转炉开始出钢，并且检测器检测到转炉已转至出钢位时，控制系统中生成“出钢开始”信号。在出钢结束，转炉转回零位后，控制系统生成“出钢结束”信号。
5.10残渣护炉阶段
出钢结束后，现场的操作人员将转炉工作模式从吹炼方式调整为维护方式，当溅渣护炉处于准备阶段，那么此时进行溅渣护炉。根据实际情况实现手动或者自动溅渣护炉，在自动模式下由控制系统自动完成下枪、开氮气、提枪、关氮气以及紧急提枪等控制。
5.11出渣阶段
当转炉开始出渣，并且检测器检测到转炉已转至出渣位时，控制系统中生成“出渣开始”信号。在出渣结束，转炉转回零位后，控制系统生成“出渣结束”信号。
6结束语
转炉炼钢是钢铁生产过程中的重要一环，在整个冶炼流程中起到承上启下的作用。随着自动化技术的不断发展，越来越多的自控技术将会被运用在转炉炼钢中，通过改造大型的转炉设备实现自动化控制，采用多级控制来提高控制效果，进而提升我国的转炉炼钢自动化水平。
参考文献
[1]王新华，李金柱，刘凤刚.转型发展形势下的转炉炼钢科技进步[J].炼钢，2017，33（01）：1-11+55.
[2]罗丽军，喻中心.国内转炉炼钢生产现状及技术应用[J].宽厚板，2014，20（01）：39-42.
[3]许刚，雷洪波，李惊鸿，叶印鹏，薛军.转炉炼钢终点控制技术[J].炼钢，2011，27（01）：66-70.