轉爐煉鋼智能控制的措施淺析

摘 要：煉鋼行業(yè)發(fā)展迅速，為滿足社會生產需求，逐漸有更多新型技術被應用到煉鋼中，尤其是信息技術與自動化技術等應用，可以對傳統(tǒng)氧氣頂吹轉爐煉鋼爐前系統(tǒng)進行完善。提高了系統(tǒng)運行自動化效果，降低了事故發(fā)生概率，通過實時監(jiān)控與現(xiàn)代化管理，達到了提高生產綜合效率的目的。本文對轉爐煉鋼智能控制系統(tǒng)進行了簡要分析。

關鍵詞：轉爐煉鋼；智能控制；氧氣吹補量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.107

0 引言

轉爐煉鋼為鋼鐵生產重要環(huán)節(jié)，通過對冶煉過程的智能化控制，來保證冶煉鋼水的溫度與成分滿足專業(yè)要求。對轉爐煉鋼現(xiàn)狀來看，受鋼水溫度與碳含量檢測時間要求限制，再加上冶煉過程邊界條件變化頻繁，增大了冶煉生產過程控制的難度。為提高控制效率，需要結合智能技術來對控制系統(tǒng)進行完善。

1 轉爐煉鋼技術原理概述

轉爐煉鋼整個過程本質上就是復雜的高溫物理化學反應，通過脫磷、脫硫、脫碳等處理，將原料中含有的有害氣體與非金屬雜物去除，在高溫環(huán)境下，對鋼液成分進行調整，并經過供氧、造渣、攪拌與加合金等階段達到煉鋼目的[1]。整個過程涉及了氣體、液體以及固體在鋼液、爐渣以及爐氣三相間的化學變化。

煉一爐鋼首先將廢鋼裝入空爐內，并向其中加入鐵水，將轉爐調整到吹煉位置，同時要將氧槍調整到爐內廢鋼與鐵水以上預定高度后開始吹氧。然后采取不同批次與數(shù)量向其中加入白云石、石灰以及螢石等造渣材料。按照設定的流量與氧槍高度，對其吹煉到預定時間后進行副槍檢測，并以檢測結果為依據，對達不到預定結果的進行補吹。最后，達到鋼水成分與溫度后即可出鋼，并清除熔渣。

2 轉爐煉鋼智能控制系統(tǒng)分析

轉爐煉鋼控制系統(tǒng)主要包括人工智能、模式識別、專家系統(tǒng)以及神經網絡等技術，區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式，通過模擬人腦的方式來對整個煉鋼過程進行控制。智能控制系統(tǒng)有效實施的前提是收集數(shù)據，通過對大量數(shù)據的計算將結果告知計算機系統(tǒng)，確定煉鋼生產過程各項參數(shù)的最佳狀態(tài)，包括鋼種、溫度、吹氧量、溶劑添加量、冷卻劑添加量以及出鋼時間等[2]。通過反復多次的訓練，計算機系統(tǒng)便可以記住所有參數(shù)設定要求，然后在實際煉鋼時，遇到相似的情況，計算機系統(tǒng)既可以確定出一個合理的控制方案。這樣即可以避免假設因素與實際情況不符，以及各問題出現(xiàn)需要采取的解決措施，只需要根據系統(tǒng)給出的控制方案，便可以得到預計的結果。

3 轉爐煉鋼智能控制系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)結構設計

轉爐煉鋼智能控制系統(tǒng)主要可以分為三個部分，即廢鋼與鐵水監(jiān)視模塊、儀表監(jiān)視控制模塊以及電氣控制指示模塊，不同模塊需要完成的任務不同。第一，廢鋼與鐵水監(jiān)視模塊。其主要包括設置在天車上的壓實稱重傳感器、ZXD-YC200無線數(shù)據采發(fā)站、XK3110D配料控制器、監(jiān)視計算機以及ZXD-YJ200無線接收中心，要保證不同分項功能的正常運行，任何一部分出現(xiàn)故障均會影響系統(tǒng)控制效果。第二，儀表監(jiān)視控制模塊。主要包括質量、流量、溫度以及壓力等傳感器與調節(jié)閥，同時還包括通訊分線箱、儀表PLC、通訊適配器、服務器、備用服務器、煤氣回收監(jiān)控計算機等。第三，電氣控制指示模塊。主要包括電氣PLC、電氣控制指示計算機以及通訊適配器等。其中，系統(tǒng)內設置的所有計算機統(tǒng)一組成計算機NT網絡，可以滿足數(shù)據共享需求。

3.2 系統(tǒng)控制策略

（1）終點控制。轉爐煉鋼終點控制本質上就是對終點溫度與成分的控制，除了要保證終點含碳量、溫度符合設計要求外，還要將S、P等元素含量控制在允許值內，并盡量降低鋼水含氧量。分為靜態(tài)控制與動態(tài)控制兩部分，采用副槍對吹煉過程溫度、取樣、鋼水碳含量以及溶液池液面高度等進行測量，將測量結果輸入到計算機數(shù)據庫內。在轉爐快達到終點時，將測量溫度與碳含量結果輸入到計算機，并對所測實際數(shù)值進行優(yōu)化。通過專家系統(tǒng)動態(tài)模型，計算出達到目標溫度與目標碳含量補吹所需氧氣量以及冷卻劑加入量。同時將測量的實際值作為初值，每吹氧3s啟動1次動態(tài)模型，并對熔池溫度與目標碳含量進行預測，在數(shù)值達到預定范圍后，發(fā)出停吹命令。

（2）控制過程。轉爐煉鋼主要分為初期、中期與后期三個階段，而終點控制主要體現(xiàn)在后期階段，由第一次副槍檢測結果作為依據，確定吹氧含量，同時加入一定量的冷卻劑，將爐內鋼水溫度與碳含量控制在設計范圍內。在后期階段，鋼水中雜質已經基本上去除干凈，反應過程比較穩(wěn)定，鋼水溫度與碳含量變化也更有規(guī)律。其中，為確保轉爐煉鋼終點命中目標，需要在補吹階段吹入一定量氧氣，并加入適量冷卻劑與輔助原料，如石灰、礦石、混料等。將副槍檢測實際信息作為依據，建立轉爐煉鋼終點溫度與碳含量預報RBF神經網絡，包括7個輸入點，與第一次副槍檢測網絡結構相同，其中前6個為補吹氧氣量、石灰量、補吹階段添加鐵皮量、混料量、白云石量以及礦石量，對于終點溫度預報神經網絡。第7個輸入點對應第一次副槍檢測鋼水溫度Tf，同時以終點碳含量預報神經網絡，第7個輸入節(jié)點為第一次副槍所檢測鋼水碳含量Cf，隱含節(jié)點數(shù)量為m，其通過系統(tǒng)訓練結果決定，輸出點為1個，對應終點鋼水溫度Te或者碳含量C。

另外，在補吹階段所需吹氧量，以及副槍鋼水碳含量、目標碳含量等，均與補吹階段添加的冷卻劑用量有關。在添加時需要同時考慮對氧氣量的影響，來選擇冷卻劑與輔助原料添加的種類與數(shù)量。

4 結束語

轉爐煉鋼過程中外界條件經常會發(fā)生變化，控制難度較大，進而會影響煉鋼效果。為提高煉鋼質量與效率，必須要在原有控制系統(tǒng)基礎上進行分析，利用計算機技術、自動化技術以及智能技術等進行完善，提高各項參數(shù)的合理性，降低外界條件變化對煉鋼效果的影響，達到提高轉爐煉鋼生產綜合效益的目的。

參考文獻：

[1]陶鈞，柴天佑，李小平，鄭萬，劉萬善，黎軍保.轉爐煉鋼智能控制方法及應用[J].控制理論與應用，2001（S1）：129-133.

[2]轉爐煉鋼過程控制中的人工智能技術[J].煉鋼，1998（03）：59-63.

作者簡介：夏雪生（1984-），男，江西吉安人，本科，研究方向：冶金工程（鋼鐵冶金）。endprint