轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)探討

摘 要：作為當(dāng)前世界上擁有最大需求量的一種材料-鋼鐵，其相應(yīng)的冶煉技術(shù)也伴隨建筑行業(yè)及時(shí)代需求而不斷推陳出新，目前有著最廣泛應(yīng)用級(jí)最高煉制效率的技術(shù)為轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)。作為一項(xiàng)重要的轉(zhuǎn)錄鍛造后期的操作工序，該技術(shù)的終點(diǎn)控制水平會(huì)使鋼鐵的質(zhì)量安全性能及冶煉效率受到直接影響。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼;終點(diǎn)控制;技術(shù);探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.021

轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)作為有比較合格的鋼材質(zhì)量即最高煉制效率的世界前沿技術(shù)，其終點(diǎn)控制方法有一吹到底增碳法、成分測(cè)算法及拉碳補(bǔ)吹法等方法。由于高溫條件下的物理化學(xué)反應(yīng)過程極為復(fù)雜，轉(zhuǎn)入煉鋼會(huì)受到諸多甚至無法準(zhǔn)確定量描述的因素影響，因此對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)進(jìn)行控制依據(jù)當(dāng)前的技術(shù)水平建立動(dòng)態(tài)、靜態(tài)及自動(dòng)控制模型依然很難達(dá)到十分理想的效果。本文針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)進(jìn)行深入探究。

1 常見的轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)

（1）智能控制技術(shù)。目前國內(nèi)外在智能控制領(lǐng)域中較為明顯的進(jìn)步，將轉(zhuǎn)入煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的智能化發(fā)展也帶動(dòng)起來，該技術(shù)的智能化發(fā)展以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，其技術(shù)表現(xiàn)有：基于專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)控制方法相比較可將冶煉鋼鐵的專家豐富的經(jīng)驗(yàn)集知識(shí)有效融合，從而將轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。終點(diǎn)控制的科學(xué)性借助該過程的科學(xué)合理的分析、指導(dǎo)等一系列步驟得以極大提高，同時(shí)有效提升鋼鐵的生產(chǎn)質(zhì)量及效率。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從煉鋼期間深層機(jī)理的研究中脫離出來，借助輸入的數(shù)據(jù)資料信息使終點(diǎn)控制水平得以不斷優(yōu)化[1]，例如在該技術(shù)中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可將接近終點(diǎn)時(shí)所需要的吹氧量模擬實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)的宛如吹煉期間自動(dòng)控制能夠使鋼鐵的生產(chǎn)質(zhì)量及效率極大提高。

（2）靜態(tài)控制技術(shù)。該技術(shù)是指按照吹煉終點(diǎn)的含碳量和目標(biāo)溫度[2]，將已知的吹煉操作及原材料條件借助靜態(tài)模型將所需的冷卻劑量、其他原材料的加入量和吹入的氧量等進(jìn)行計(jì)算，之后進(jìn)行吹煉，且在吹煉期間沒有任何新信息修正的吹煉控制方法。x1至xn為原料及操作參數(shù)，Y為含溫度、碳量等控制目標(biāo)函數(shù)，因作為控制對(duì)象的轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶金反應(yīng)，可達(dá)到目標(biāo)值Y=（x1，x2，……，xn）的靜態(tài)模型，從而將函數(shù)廠在冶煉期間的形式進(jìn)行正確反映。靜態(tài)模型的建立方法之一是對(duì)加入的石灰、廢鋼量等，接觸計(jì)算熱與物料平衡將若干平衡方程建立后進(jìn)行計(jì)算，該模型為理論模型。另一種是對(duì)轉(zhuǎn)爐中的變化不考慮，而將其作為一個(gè)黑箱，借助統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方法將輸出與輸入變量歸納出經(jīng)驗(yàn)方程，該模型為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。靜態(tài)控制在轉(zhuǎn)入裝量前需經(jīng)過一次計(jì)算，經(jīng)過裝料后還需要按照實(shí)際的裝入情況再次調(diào)整計(jì)算，按照實(shí)際情況在出鋼后反饋計(jì)算。

（3）動(dòng)態(tài)控制技術(shù)。動(dòng)態(tài)控制技術(shù)是將靜態(tài)控制作為基礎(chǔ)，借助爐氣分析儀、副槍等對(duì)吹煉期間檢測(cè)有關(guān)變量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信息，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼的重點(diǎn)控制水平借助吹煉參數(shù)的修正提高，從而使命中率提高并達(dá)到預(yù)定的吹煉目標(biāo)。其中的代表方法為爐氣分析法和副槍動(dòng)態(tài)重點(diǎn)控制技術(shù)兩種，其中副槍動(dòng)態(tài)重點(diǎn)控制技術(shù)的能力將轉(zhuǎn)入煉鋼期間動(dòng)態(tài)吹氧量進(jìn)行精確控制[3]，借助該能力在使鋼鐵冶煉質(zhì)量極大提高的同時(shí)，可將氧消耗量和補(bǔ)吹次數(shù)減少并將工作條件進(jìn)行有效改善。副槍動(dòng)態(tài)控制技術(shù)能夠?qū)⒃诖禑捚陂g產(chǎn)生的各種隨機(jī)誤差和轉(zhuǎn)爐初始條件波動(dòng)的影響及系統(tǒng)誤差基本消除，但因設(shè)備會(huì)受到爐口尺寸大小的限制，通常對(duì)超過100t的轉(zhuǎn)爐適用。應(yīng)用該技術(shù)時(shí)對(duì)鋼水中的碳質(zhì)量的確定工作通常與結(jié)晶定碳技術(shù)相配合，如日本的神戶制鋼所擁有的該技術(shù)比較先進(jìn)，且能夠?qū)⒊^90%的終點(diǎn)命中率實(shí)現(xiàn)，因此其借鑒價(jià)值比較高，但對(duì)高碳鋼生產(chǎn)時(shí)的命中率及精度測(cè)量比較差。爐氣分析法則是對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制借助質(zhì)譜儀收集路口的逸出氣體成分進(jìn)行服務(wù)，因其能夠?qū)⒀躞w積分?jǐn)?shù)和爐內(nèi)脫碳速率進(jìn)行迅速分析，因此常常和副槍動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)共同使用。

（4）光學(xué)圖像控制技術(shù)。圖像與光學(xué)控制技術(shù)是光學(xué)圖像控制技術(shù)的兩種細(xì)分類型，其中光學(xué)控制技術(shù)應(yīng)用于高質(zhì)量的轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，需借助吹煉期間爐口光強(qiáng)光譜所出現(xiàn)的改變進(jìn)行系統(tǒng)分析，借此對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)進(jìn)行判斷從而使鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量提高。但應(yīng)當(dāng)注意該技術(shù)由于轉(zhuǎn)爐與其設(shè)備工作時(shí)保持較近距離，往往會(huì)受到高溫的影響且存在較高成本、使用壽命不長等情況。圖像控制技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)入煉鋼終點(diǎn)控制中通常借助攝像機(jī)對(duì)火焰圖像信息資料以非接觸途徑進(jìn)行采集，但該技術(shù)由于準(zhǔn)確性較差和采集時(shí)間較長，導(dǎo)致其無法將轉(zhuǎn)入煉鋼終點(diǎn)控制的需求單獨(dú)滿足，因此上述兩種控制技術(shù)通常配合使用，通過在線判斷提供給轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制充分的支持。

2 發(fā)展趨勢(shì)

（1）對(duì)技術(shù)及管理人員的需求降低。不斷引進(jìn)的先進(jìn)控制技術(shù)及設(shè)備使以往的管理經(jīng)驗(yàn)不足和人工經(jīng)驗(yàn)操作轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制導(dǎo)致的各種問題逐漸得以解決。如傳統(tǒng)的控制對(duì)耗氧量及碳化率的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率不高，鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量常常會(huì)受到這些誤差的直接影響，而爐氣分析法等技術(shù)的應(yīng)用不斷減少了人工操作導(dǎo)致的各種問題。

（2）智能控制技術(shù)會(huì)成為主流。智能控制技術(shù)與精密公式和理論合理轉(zhuǎn)化的終點(diǎn)控制相比較，能夠融合轉(zhuǎn)爐煉鋼的參數(shù)變化將自身預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)的能力不斷提高，且這種控制的有效性將伴隨其在智能控制領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展而進(jìn)一步提高。

（3）不斷提高的自動(dòng)化水平。自動(dòng)化轉(zhuǎn)錄控制技術(shù)伴隨不斷提升的大中型轉(zhuǎn)入自動(dòng)化水平而得到了廣泛應(yīng)用，顯著提升了命中率和生產(chǎn)效率。但也應(yīng)注意當(dāng)前小型轉(zhuǎn)爐在國內(nèi)外依然有較低終點(diǎn)命中率及自動(dòng)化水平的情況，因此未來依然需長期對(duì)中小型轉(zhuǎn)爐的該情況高度重視。

3 結(jié)語

綜上所述，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制技術(shù)伴隨當(dāng)前煉鋼技術(shù)的快速發(fā)展大體上經(jīng)歷了動(dòng)態(tài)、靜態(tài)及自動(dòng)控制三個(gè)發(fā)展階段，其技術(shù)在朝著更先進(jìn)的方向不斷發(fā)展，從人工經(jīng)驗(yàn)到自動(dòng)控制使用更簡便的方法從而得到最大化的利益。雖然當(dāng)前某些小型轉(zhuǎn)入沒有較高的自動(dòng)化程度，甚至仍然有一部分還在第一發(fā)展階段，但轉(zhuǎn)型技術(shù)自動(dòng)化終將成為代替人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓嘯.轉(zhuǎn)爐低成本煉鋼相關(guān)技術(shù)研究及模型開發(fā)[D].北京科技大學(xué)，2017.

[2]楊凌志.EAF-LF煉鋼工序終點(diǎn)成分控制研究[D].北京科技大學(xué)，2015.

[3]王文龍.頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼輔助決策系統(tǒng)研究[D].杭州電子科技大學(xué)，2011.

作者簡介：何洋（1989-），男，河北定州人，本科，助理工程師，研究方向：鋼鐵冶金。