唐山钢铁集团有限责任公司 河北省唐山市 063016
摘要：本文首先分析了转炉动态炼钢控制系统研发和开发的意义及作用；其次对实现转炉动态控制的条件进行了阐述，并提出了建立和开发该系统的策略；最后初步建立了该控制系统的模型，证明了该系统对钢铁行业发展的积极作用。
关键词：转炉动态炼钢；控制系统；研制；开发
引言：随着钢铁炼钢原料价格的不断上涨和炼钢技术的持续提高，钢铁行业的竞争也越来越激烈。在这种情况下，钢材产物的种类和成本越来越体现出其中关键作用。炼钢是整个金属冶炼过程中的重要一环，对炼钢成品的质量有着巨大的影响。转炉工艺是钢铁炼制中的一门关键技术，它的运行状况和技术标准对炼钢效益、能源消耗和品质控制有着举足亲重的作用。转炉炼钢流程少，但是影响因素多。人工手段很难确保钢材产品的高质量、稳定运行和低能耗。因此，有必要对在钢铁冶炼过程中，采用高精度、自动化的控制手段，从而达到出钢快，钢水质量高，劳动生产率高，节约能源，节省成本的目的。
一、开发研制转炉动态炼钢控制系统的意义和作用
虽然我国转炉炼钢技术在过去几十年中取得了长足的进步，但与国外转炉炼钢技术相比仍存在很大差距。目前，大多数钢厂仍运用人工手段控制炼钢终点，这对钢水质量有很大影响，转炉炼钢难以做到科学化操作。计算机控制炼钢是较为前沿的钢铁冶炼技术，是炼钢人员所先要达到的理想生产方式，也是规范转炉钢生产的重要途径。然而，许多单位通过长久的尝试和研究并没能取得可观的成果。当前，我国钢厂副枪技术多是引进国外技术，如达尼埃利、日本、奥地利钢铁等。国内外钢厂的情况不同，对这一技术转换过程较长，给自动化炼钢技术的运用造成了阻碍。因此，国内部分企业决定，要将我国技术人员的经验智慧充分发挥出来，走国内自主整合创新的道路。以此为基础所建立的模型，可以完美的满足国内钢厂的原料条件和管理方法，促进技术的吸收，从而有效提升整体水平。
转炉炼钢计算机种植的内容主要包括以下几点：铁水脱硫、提供原材料、添加助溶剂，涉及到了从转炉炼钢到二次精炼的几乎所有环节。根据计算机生成的生产任务执行，通过对转炉二次静态和动态模型的演算，使整个钢铁冶炼过程实现完全自动化。
二、转炉动态炼钢控制条件
炼钢自动控制是以过程控制为核心，对炼钢全过程进行参数计算和优化的复杂系统工程。转炉炼钢自动化控制不仅需要计算机硬件和软件，还需要具备以下条件:
（一）设备没有故障或故障率低
炼钢自动化控制需要生产持续平稳，机器精准的完成自动化下达的工作命令。要能够保证自动化装置能够保证能够持续稳定的进行生产工作，确保生产有序、正常。所以，转炉系统设备一定要保证没有故障或故障率低。
（二）确保数据准确可靠
静态和动态控制都是基于对各种材料的数量和组成以及温度、压力、流量、钢水组成和温度的精确测量。因此，各种传感器必须稳定可靠，以保证吹炼工艺参数的准确可靠测量。
（三）计算机控制炼钢条件计算
这些计算是基于吹炼参考热和正常吹炼反应计算的。因此，吹炼前的初始条件，如铁水、废钢、炉渣组成、铁水温度等，都要求稳定，计算数值越小，说明吹炼状态及越加稳定。
（四）工艺操作要求
转炉计算机炼钢工艺要求有:
(1)在建立数学模型之前，确保铁水、温度、废料和辅助材料的组成符合规定规范。
(2)铁水进入炉膛前进行炉渣处理。
(3)在生产过程中，应形成稳定的废钢连接方法，并严格按照此方法添加废钢。
(4)根据二次铁产量计算主要原料添加量。
(5)操作规范，严格执行稳定的炼钢方法和进给方法。
(6)连续炼钢，提前准备钢包，到达终点后立即拉钢。
(7)炼钢作业必须采用自动控制或者计算机控制。
另外，炼钢自动化控制对原料管理、过程控制和设备运行都有较高的要求。所以，对钢铁企业的管理水平有较高的要求，同时也需要高素质的管理人员和技术人员，以及操作人员和设备维护人员，确保整个系统的正常运行。
三、转炉炼钢控制策略
本文关键是利用以下控制策略:第一，基于静态过程控制与基于副枪检测信息的动态过程控制相结合的分段控制方法。第二，按预定方式控制喷枪控制方式、下吹方式、辅助材料输入方式、合金输入方式，简化控制任务。
静态和动态控制过程是第一步。收到三级系统下达的生产计划后，启动静态控制模型计算主要原料铁水和废料，并根据当前炼钢条件按要求加载主要原料。钢材的选型和炼钢方法包括氧气流量和炮位方式、底部吹制方式和辅助材料输入方式等，并确定整个吹制过程中氧气吹制总量、熔融量和冷却剂量，最后确定相关性。计算结果及炼钢方法。该模式设置为相关控制系统，控制系统自动实现闭环控制，确保熔融模式的正常运行。第二步，随着熔炼过程以及相应的流量和冷却剂的输入，熔池中钢水的成分和温度不断接近成刚目标。当氧枪吹到一定程度并接近熔炼目标时，利用亚枪池采样时间，确定当前时刻钢液与目标出钢状态之间的距离。第三步是自动启动动态控制。在模型中,依照副枪测试的结果,控制策略调整补充氧气和冷却剂在炼钢过程的剂量,和之后的炼钢过程控制系统实现转炉炼钢的终点控制的目的。
转炉炼钢过程的分段控制策略，是在静态预置不能保证炼钢目标直接命中的情况下，人为将其分为两部分，即静态控制和动态控制，并使用不同的方法分别控制这两个过程。运行过程的结果不仅降低了静态控制的要求，而且提高了炼钢过程的终点命中率，破除了终点控制命中率低的困境。
由此可见，静态控制过程和动态控制过程既有其独特性、又有较深的联系。静态控制可以说是动态控制的根基，它能够准确的控制精准度，很大程度上决定了副枪动态检测时间的选择和动态控制的命中率。后者是对前者准确度不足的一种修正，使炼钢过程终点控制的命中率得到了有效提升。图1显示了静态控制、动态控制和过程之间的关系。相信随着控制技术和测量技术的发展，转炉炼钢控制技术的技术和水平将会相应提高。
图1 转炉控制系统的功能及其关系
四、转炉炼钢控制模型
转炉炼钢控制按控制功能的不同，主要分为转炉过程控制和铁水预处理过程控制。转炉炼钢控制系统的炼钢过程包括:
（一）氧气双吹转炉二级机器按照炼钢规划、冶炼技术和型号控制整个炼钢流程。做控制点模型中包括：温度模型、主材料计算模型、助熔剂添加计算模型、供氧模型、合金添加量模型、动态模型和自我学习模型等七种。该模型用于计算铁水、废料、氧气、冷却剂和流量的特定值，并送入基础自动化控制一级机械，同时，熔炼模式也被送到了一级机器上。
（二）在加入废钢、铁屑后，一级机器根据熔炼方法，以及氧气双吹转炉二级机器发送的设定值进行熔炼和进给控制过程。
（三）序列控制程序接收到加铁、炼钢、出钢等工作信息，并执行与之对应的行动。
（四）炼钢过程的自动控制程序，接收测量数据和副枪数值，激活动态模型,并计算出氧气吹入数量和冷却剂添加量，在炼钢动态阶段根据测量值发出提枪信号,消融终点的目标值,并实时计算。当熔炼达到最终目标范围时，将熔池的含碳量和钢水的温度数值发送到主机组。
转炉过程计算机的基础，是基于基本的转炉炼钢过程的自动化控制和指导,从而实现在炼钢过程中监测和收集实际数据,处理和存储大量的工艺和设备数据,形成各种类型的业务报告和各种相关数据传送到主机的目的。在计算机控制模式下，转炉工艺计算机根据炼钢阶段发送各种控制命令，根据冶金数学模型计算各阶段的各种参数，给出氧气流量、喷枪高度、进料菜单等工艺设置的基本自动转换。控制系统根据接收到的真实数值进行计算和调整，最终达到最佳的冶金效果。图2显示了静态和动态控制的基本原理。
图2 静态控制与动态控制的基本原理
结语：
综上所述，转炉控制系统完成了转炉的工艺级控制，保证了生产的顺利进行，取得了良好的经济效益。自动控制系统具有一定的自我学习能力，在行业及相关行业中具有较高的推广价值。
参考文献：
[1]黄祖祝.转炉自动炼钢技术的研究与应用[D].东北大学,2013.
[2]王刚.转炉炼钢自动控制系统的研究与应用[D].东北大学,2014.
[3]林楠.转炉炼钢自动化控制技术[J].设备管理与维修,2018,08:175-176.
论文作者:李明
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/10
标签：转炉论文; 动态论文; 过程论文; 模型论文; 静态论文; 铁水论文; 控制系统论文; 《防护工程》2019年第2期论文;