冶金生产工业自动化综述

冶金工业自动化技术发展综述

前言：

我们复兴的伟大目标，2020年我国实现GDP翻两番。钢铁材料必定成为我国社会经济发展的必选材料。钢铁工业的健康持续发展是我国GDP翻两番和实现新型工业化的重要支撑条件。在强劲市场需求的推动下，近年来我国钢产量以超过20％的增幅高速增长，2003年达2.234亿吨，连续8年位居世界第一。我国已成为全球最大的钢铁生产国和消费国，钢铁业高速发展也造成了我国能源紧张，制约了钢铁工业的持续发展。我国钢铁行业消耗的能源占整个工业总量的10％，能源消耗比发达国家高15%～20%，节能不仅是企业降低成本、提高产品市场竞争力的重要途径，更是企业必须承担的促进全社会资源永续利用的重要责任，也是促进企业以及整个国民经济可持续发展的永恒主题，因此，利用冶金自动化系统做好钢铁业的节能工作对我国经济和社会的可持续发展具有十分重要的意义。中国冶金自动化产业伴随着现代化钢铁工业的发展而发展。就首钢而言，从1919年成立至今已经九十年了，前四十年受历史时代的影响，首钢冶金自动化工作几乎没有发展，从1959年算起，水银整流器、直流调速装置等开始应用于钢铁生产，这也标志着首钢自动化应用开始走入人们的视野。

1.冶金自动加热控制技术

加热炉是热轧厂内不可缺少的设备，其工作状态将对热轧产品质量和生产成本产生直接的影响。目前尽管整体上国内冶金企业中加热炉的自动控制水平已有很大提高，但仍有

一定数量的加热炉的控制水平比较落后，难以保证钢坯的加热质量，同时还造成燃料浪费及烟气污染环境等问题。为解决这些问题提高加热炉的控制水平，必须加速自动化加热控制技术的应用与更新。

2.1DCS 系统在冶金加热炉中的应用

DCS( Distributed Control System) 系统是一种在功能上分散, 管理上集中的新型控制系统, 与常规仪表相比具有可靠性高, 控制功能丰富, 自动化整体性能好等优点。随着微电子技术的发展, DCS 系统的控制功能更加完善。DCS 双交叉温度控制系统用于冶金加热炉燃烧控制, 较好地解决了传统温度控制燃料热损失大、热效率低、环境污染严重的缺点, 提高了劳动生产率、降低了能源消耗, 极大地提高了生产的自动化水平和管理水平。

图1 表示出了以重油为燃料的轧钢加热炉燃烧过程中空气过剩系数μ、热损失和燃烧效率关系。

图2 为改进型双交叉调节原理图。这种改进型双交叉调节原理是在双交叉调节的基

础上, 为克服双交叉调节系统响应速度慢的缺点而采取的一项改进措施。

2.2 集散控制系统在连续式加热炉中的应用

为实现控制分散、危险分散、操作与管理集中的目的，系统采用集散控制方式。根据加热炉结构，控制系统由一台管理监控计算机MC 和若干台智能数字控制器SDC 组成。

管理监控计算机可对控制系统中各项控制参数及加热炉的各项过程参数进行管理，操作和监视。通过各种外设提供的与炉内各段温度、燃料流量及空气流量有关的数据、图像、曲线、报表等资料为操作人员实时掌握炉内燃烧状态并进行正确的操作提供了依据，同时为生产管理人员统计分析加热炉的生产技术指标带来极大的方便。

各台SDC 通过组合形成加热炉内各加热段和均热段的温度自动控制系统。为提高系统的动、静态指标和抗干扰能力，各段控制均采用双闭环结构。内环由两个并行的回路组成，即燃料流量调节回路和空气流量调节回路，分别对燃料流量和空气流量进行控制外环为温度环实现对炉内各段温度的控制，从而保证各段的温控精度及升降温速度。由于内环的调

节作用使系统对燃料流量与空气流量的波动有较强的抑制作用，从而大大减小了由于二者

的波动而引起的温度波动，提高了系统的温控精度及抗干扰能力。

3.对冶金系统转炉、连铸、连轧机的基础自动化和过程自动化控制系统

3.1 转炉自动化控制系统

氧气转炉冶炼周期短、产量高、反应复杂，但用人工控制钢水终点温度和含碳量的命中率不高，精度也较差。为了充分发挥氧气转炉快速冶炼的优越性，提高产量和质量，降低能耗和原料消耗，需要完善的自动化系统对它进行控制。典型的氧气转炉自动化系统由过程控制计算机、微型计算机和各种自动检测仪表、电子称量装置等部分组成。按设备配置和工艺流程分为供氧系统，主、副原料系统，副枪系统，煤气回收系统，成分分析系统和计算机测控系统。转炉基础自动化系统的控制范围包括：散状料、转炉本体、汽化冷却、烟气净化及风机房五部分。有些大型的转炉自动化系统除了有转炉本身的控制系统外，还包括有铁水预处理系统、钢水脱气处理系统和铸锭控制系统等。

3.2 连铸自动化

连铸自动控制系统主要由生产管理级计算机、过程控制级计算机、设备控制计算机、各种自动检测仪表和液压装置等组成。它能完成7种控制功能：中间罐和结晶器液面控制；结晶器保护渣装入量控制；二次冷却水控制；拉坯速度控制；铸坯最佳切割长度控制；铸坯跟

踪和运行控制；连铸机的自动起铸和停止控制。

3.3 连轧机控制系统

随着人们对产品质量和产量的要求日益提高，如轧制每卷重45吨的冷连轧薄带钢卷，要求厚度公差为±（5～50）微米，冷连轧机最高轧速达40米／秒以上，热连轧年产量达500万吨以上，冷连轧年产达100万吨以上，对连轧机控制系统提出了更高的要求。图6为5机架冷连轧机利用17台计算机组成集散控制系统，在主控制台的控制下，分为过程监控、操作监控和设备监控三级，包括各种自动检测仪表、电子装置、液压装置等组成的局部控制系统。按功能来分，整套轧机控制系统分为速度调节系统、压下位置控制系统、轧制力调节系统、张力调节系统、厚度调节系统，以及自动制动系统、弯辊数字控制系统、板型控制系统、侧导板自动控制系统、自动换辊系统、进出料自动控制系统等。从上卷、穿带、轧制参数设定直到轧制厚度控制和数据记录打印等已全部实现自动化。

4.水资源自动循环利用与分析技术

4.1炼钢RH 精炼装置循环水系统

梅钢一炼钢2 号RH 精炼装置软水闭路循环水系统主要为RH 精炼装置的顶枪、预热