轉爐自動化
正文
氧氣轉爐冶煉周期短、產量高、反應複雜，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。為了充分發揮氧氣轉爐快速冶煉的優越性，提高產量和質量，降低能耗和原料消耗，需要完善的自動化系統對它進行控制。典型的氧氣轉爐自動化系統由過程控制計算機、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。按設備配置和工藝流程分為供氧系統，主、副原料系統，副槍系統，煤氣回收系統，成分分析系統和計算機測控系統。有些大型的轉爐自動化系統除了有轉爐本身的控制系統外，還包括有鐵水預處理系統、鋼水脫氣處理系統和鑄錠控制系統等。供氧系統 在轉爐吹煉中，供氧系統主要用於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，並對氧流量進行閉環控制。②測量氧槍冷卻水溫度、壓力和流量。③採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 轉爐主原料（鐵水和廢鋼）和副原料(石灰、白雲石、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量。這個系統用以保證主、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，並能自動去皮；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，它採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：根據人工設定和計算機設定的副原料的配比，入爐副原料由料斗秤稱量後自動按量裝入。
副槍系統 在吹煉過程中用於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複合探頭、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測溫、取樣，測出的溫度和含碳量信號經微型機處理後，在顯示器上顯示並傳送到過程計算機。②副槍順序控制裝置：它由探頭、電子邏輯線路或微型機構成。副槍系統自動給出所需的探頭，自動裝探頭，檢查探頭是否接通，然後自動快速下槍，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。待取樣完成後，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。待定碳信號出現後，則自動拔掉舊探頭。
煤氣回收系統 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，爐中微壓差經變送器變成標準電信號後,由調節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，採用紅外線CO分析儀、磁氧分析儀(精度為±1％)或質譜儀分析CO、O2含量,用可程式序控制器來控制煤氣回收的操作。最後進行煤氣流量測量。所用方法是先在廢氣管道中取出差壓信號，然後再用差壓變送器將此信號變為電信號進行測量。
成分分析系統 用直讀光譜儀或 X螢光分析儀來分析鐵水和鋼水的成分。 X螢光還能分析礦石、爐渣的成分。專用計算機對分析值進行處理後將結果列印出來， 並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 用計算機控制鐵水和廢鋼的準備、吹煉以及鋼水成分調整的冶煉全過程。檢測出來的各個工藝參數一併輸入計算機中。計算機根據冶煉鋼種的不同要求和數學模型計算出裝入爐內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。出鋼後,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，有靜態和動態兩種控制方式。靜態控制是根據大量冶煉運算元據，按照熱平衡和物料平衡原理，通過理化計算、統計回歸分析或按操作經驗建立起的數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律來對本爐次進行控制。這種控制方式對生產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％。動態控制是通過某些動態測試手段(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。在生產中，這兩種控制方式常常結合使用；在吹煉前期和中期按靜態控制；在吹煉後期用副槍測溫定碳，進行動態控制。
展望 為了進一步提高轉爐的生產效率和質量，用計算機實現動態控制越來越引起人們的重視。轉爐自動化的範圍也從控制吹煉過程本身擴大到整個轉爐車間，形成以計算機為中心的全車間綜合自動化系統。除控制轉爐車間各工藝過程外，還增加了協調生產作業等管理功能。隨著轉爐對自動化要求的提高以及計算機技術的發展，轉爐計算機系統在結構上也有所變化。過去對三吹二的轉爐一般都採用一台過程控制計算機進行集中控制,現代已開始採用信息集中化、控制分散化的集散式系統或分級式計算機系統進行控制。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據和進行控制。由它們得到的信息傳送到上級計算機（過程機），進行數學模型計算、信息管理，並對下級機監控。為了與其他工藝流程配合，轉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據通信。有關信息還傳送到生產管理計算機去進行生產管理計算。
轉爐冶煉工藝不斷發展，除氧氣頂吹轉爐外，相繼出現了底吹和頂底吹相結合的轉爐。這些新型的轉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），並要求控制它們的切換等。
