湖南华菱湘潭钢铁有限公司
摘要：随着炼钢技术的快速发展及各行业对钢铁类产品质量要求的不断提高,传统的主要依靠人工操作及判断的生产方式已经不能完全满足要求。新型的各种冶炼计算模型、智能检测设备、自动化控制技术等应用而生，服务于钢铁制造行业。本文旨在通过简要介绍转炉自动化炼钢控制技术及其应用分析，探讨如何才能更好的应用自动化炼钢控制技术服务于现场的生产。
关键词：转炉；自动化炼钢；技术
引言
转炉炼钢的自动化控制技术旨在提高转炉炼钢控制的水平，降低操作岗位人员的劳动强度，提高转炉冶炼终点命中率，进而提高钢水的质量及生产效率。转炉自动化炼钢控制技术的开发及应用是大势所趋，也是高级别品种开发对转炉冶炼过程控制的基本要求。
1、转炉自动化炼钢控制技术简要介绍
转炉炼钢是以铁水、废钢、造渣材料、铁合金等为主要原料，通过向炉内供氧，靠铁水本身的物理热和铁水组分间发生化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢的过程。
随着炼钢技术的快速发展及各行业对钢铁类产品质量要求的不断提高，传统的单纯依靠人工操作（或简易自动化）和判断的转炉炼钢技术已经难以满足汽车板等高级别品种钢的生产要求，转炉炼钢也需要借助计算机模型计算和自动化控制技术等手段来实现。
自动化炼钢控制技术即在转炉炼钢过程中通过冶炼控制模型的静态及动态计算，借助副枪、音频化渣、烟气分析等检测手段来实现“一键式”冶炼，冶炼过程仅需少量乃至全程无人干预的冶炼控制模式直至终点。通过自动化炼钢技术可以获得稳定的终点控制，从而提高了钢水的质量，有效提升了生产效率。
2、转炉自动化炼钢控制的优势
利用转炉自动化炼钢控制技术，能有效提高转炉终点一次命中率至95%以上；采用副枪技术在冶炼中不提氧枪不停吹的情况下进行过程测量，较传统的人工测量每炉节约时间约3分钟，节约氧气2m3/t；由于减少倒炉次数，可降低钢铁料消耗3Kg/t；在配置音频化渣系统的转炉上，能大幅降低冶炼喷溅率，有效减少由于喷溅可能导致的生产、设备及环保事故。
利用转炉自动化炼钢控制技术可有效降低岗位人员的劳动强度，有利于实现减员增效；同时稳定的终点输出大大提高了钢水的质量，最终提升了产品的竞争力。
3、转炉自动化炼钢控制系统的基本构成
3.1 转炉自动化炼钢三级控制系统构成
3.1.1基础自动化系统（L1）
基础自动化系统包括转炉所有通过PLC控制的设备（倾动系统、氧枪副枪系统、投料系统、底吹系统等）。
3.1.2 冶炼控制模型（L2）
冶炼控制模型属于自动化炼钢系统的核心。模型的计算基于热平衡、氧平衡、渣平衡及铁平衡。
目前的冶炼控制模型大都加入了回归分析、神经网络学习等自学习及修正功能，使得模型的计算精度不断提高。
3.1.3生产管理系统（L3）
生产管理系统主要用于生产计划的编制及下发，部分企业的L3系统同时也接收来自L2系统反馈的实时时间流、物料信息等数据，用于其他部门相关核算等。
3.2 转炉自动化炼钢控制常见的智能化检测设备
3.2.1 副枪系统
副枪系统可以实现转炉在垂直状态不间断吹炼的情况下对钢水进行测温取样。现代炼钢技术主要依靠副枪的测量来实现自动化炼钢的过程检测，为模型的动态计算提供初始数据（熔池温度及熔池碳含量）。
常见的副枪探头有以下两种：
TSC探头：用于测量冶炼过程钢水温度、定碳、取样。
TSO探头：用于测量冶炼终点钢水温度、氧活度、取样，同时可测量吹炼后的熔池液位。
图1 TSC探头测量曲线图
图2 TSO探头测量曲线图
2.2.2音频化渣系统
音频化渣系统以音频测渣技术为核心，实际上就是利用计算机和相应的软硬件收集炉内噪声判断炉内渣液面的情况等，间接判断出炉内化渣的情况好坏，形成渣况趋势画面给岗位操作以参照、指导。部分生产厂也将实时音频值接入模型中，用于冶炼中的氧枪枪位调整。
图3 某厂音频化渣系统曲线图
4、转炉自动化炼钢控制的基本工艺流程
首先生产管理系统（L3）将生产计划下发至冶炼控制模型（L2），模型将生产计划下发至铁水站、废钢站的客户端，铁水、废钢等信息通过客户端上传至模型，模型再次根据钢种的终点目标等信息进行冶炼过程及终点的静态计算并将计算结果下发至基础自动化系统（L1，通常包括加料控制模式、氧枪控制模式、副枪控制模式、底吹控制模式等）。随后基础自动化系统按照冶炼控制模型下发的模式执行冶炼操作。在接近终点前自动启动过程检测（大多采用副枪测量），模型根据实际检测结果启动动态计算，用于实时终点预报，当模型测算达到终点目标时发出冶炼终止指令，当炉钢水的冶炼阶段完成。
若脱氧合金化也投入全自动模式，则在冶炼过程中系统会自动完成合金种类的选择及物料准备，在出钢过程中按预设模式自动加入钢包中。
5、实现转炉自动化炼钢控制的难点及相关措施
实现转炉自动化炼钢从理论上讲相对简单，但实际能否持久有效应用，需要做好以下几个方面。
5.1原辅料管理
（1）强化对废钢的管理。在进行废钢分类时，需要重点关注各种废钢的成分及冷却效应。在具体操作时，废钢必须按照相近的原则进行分类堆放及使用。
在模型的维护上要详尽；在实际使用时需按分类数据进行如实上传数据至模型中，以利于模型的准确计算。
（2）转炉造渣材料管理。当前，转炉造渣料主要为冶金石灰、轻烧白云石、矿石等。在模型的维护上也需要根据实际情况准确的将成分数据维护在系统中，若出现某种材料的成分出现较大变化时需同步在系统中进行数据更新。
（3）相对稳定的铁水、废钢比例。相对稳定的铁水废钢比能提高冶炼控制的稳定性，提高冶炼终点的命中率，也利于模型的自学习。
5.2计量、测量设备的准确性
强化计量、测量系统设备管理。物料计量系统是否准确、测量系统精度能否达到要求都将直接影响到自动化炼钢实际输出结果的可靠性和稳定性。为了提升其可靠性和稳定性，必须确保计量、测量系统设备在检验有效期内，同时通过周期性的标定，来更好的提升计量、测量设备的准确性。
5.3减少过程中的人为干预
由于钢铁行业岗位人员基本全为倒班全天候生产，同一座转炉同一岗位人员并非同一人，这种情况下每个人的判断及操作区别相对较大，若使用自动化炼钢模式进行生产，冶炼过程人工干预多将会造成模型无法顺利实现较好的自学习效果，将对后续的模型计算产生不利影响，此时就需要通过管理手段来降低人工的干预频次。
5.4 冶炼控制模型的不断优化
由于生产工艺的不断变化，新物料的使用、炉型的变化等，模型的参数维护和功能更新需要持续进行，方能实现准确的计算和输出。
结束语
通过模型化、智能化的计算分析，通过自动化的控制技术逐渐替代传统的依靠人工判断模式的转炉冶炼模式，能有效的提升产品质量，大幅提高生产效率，降低人工成本及劳动强度；通过管理提升及模型的不断优化，可使自动化炼钢控制技术更好的服务于企业生产。
参考文献
[1]吕翔.转炉炼钢技术的自动化控制探究[J].科技创新与应用,2018(21):149.
[2]许劲松.转炉炼钢的自动化控制技术研究[J].冶金与材料,2018(2):7.
[3]李国辉.唐钢不锈钢公司转炉炼钢自动化控制系统的研究［J］.电子世界，2017，（7）：152.
论文作者:韩建成 赵日斌
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：转炉论文; 模型论文; 技术论文; 系统论文; 终点论文; 废钢论文; 测量论文; 《防护工程》2019年12期论文;