轉(zhuǎn)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(huì)生產(chǎn)需求，逐漸有更多新型技術(shù)被應(yīng)用到煉鋼中，尤其是信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)等應(yīng)用，可以對(duì)傳統(tǒng)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐前系統(tǒng)進(jìn)行完善。提高了系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化效果，降低了事故發(fā)生概率，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控與現(xiàn)代化管理，達(dá)到了提高生產(chǎn)綜合效率的目的。本文對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；智能控制；氧氣吹補(bǔ)量

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

0 引言

轉(zhuǎn)爐煉鋼為鋼鐵生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，通過對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼現(xiàn)狀來看，受鋼水溫度與碳含量檢測(cè)時(shí)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(chǎn)過程控制的難度。為提高控制效率，需要結(jié)合智能技術(shù)來對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)原理概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼整個(gè)過程本質(zhì)上就是復(fù)雜的高溫物理化學(xué)反應(yīng)，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(duì)鋼液成分進(jìn)行調(diào)整，并經(jīng)過供氧、造渣、攪拌與加合金等階段達(dá)到煉鋼目的[1]。整個(gè)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(xué)變化。

煉一爐鋼首先將廢鋼裝入空爐內(nèi)，并向其中加入鐵水，將轉(zhuǎn)爐調(diào)整到吹煉位置，同時(shí)要將氧槍調(diào)整到爐內(nèi)廢鋼與鐵水以上預(yù)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(shè)定的流量與氧槍高度，對(duì)其吹煉到預(yù)定時(shí)間后進(jìn)行副槍檢測(cè)，并以檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)達(dá)不到預(yù)定結(jié)果的進(jìn)行補(bǔ)吹。最后，達(dá)到鋼水成分與溫度后即可出鋼，并清除熔渣。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制系統(tǒng)分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)主要包括人工智能、模式識(shí)別、專家系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式，通過模擬人腦的方式來對(duì)整個(gè)煉鋼過程進(jìn)行控制。智能控制系統(tǒng)有效實(shí)施的前提是收集數(shù)據(jù)，通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的計(jì)算將結(jié)果告知計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，確定煉鋼生產(chǎn)過程各項(xiàng)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(shí)間等[2]。通過反復(fù)多次的訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便可以記住所有參數(shù)設(shè)定要求，然后在實(shí)際煉鋼時(shí)，遇到相似的情況，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)既可以確定出一個(gè)合理的控制方案。這樣即可以避免假設(shè)因素與實(shí)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(jù)系統(tǒng)給出的控制方案，便可以得到預(yù)計(jì)的結(jié)果。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制系統(tǒng)主要可以分為三個(gè)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(wù)不同。第一，廢鋼與鐵水監(jiān)視模塊。其主要包括設(shè)置在天車上的壓實(shí)稱重傳感器、ZXD-YC200無線數(shù)據(jù)采發(fā)站、XK3110D配料控制器、監(jiān)視計(jì)算機(jī)以及ZXD-YJ200無線接收中心，要保證不同分項(xiàng)功能的正常運(yùn)行，任何一部分出現(xiàn)故障均會(huì)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(zhì)量、流量、溫度以及壓力等傳感器與調(diào)節(jié)閥，同時(shí)還包括通訊分線箱、儀表PLC、通訊適配器、服務(wù)器、備用服務(wù)器、煤氣回收監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)以及通訊適配器等。其中，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的所有計(jì)算機(jī)統(tǒng)一組成計(jì)算機(jī)NT網(wǎng)絡(luò)，可以滿足數(shù)據(jù)共享需求。

3.2 系統(tǒng)控制策略

（1）終點(diǎn)控制。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制本質(zhì)上就是對(duì)終點(diǎn)溫度與成分的控制，除了要保證終點(diǎn)含碳量、溫度符合設(shè)計(jì)要求外，還要將S、P等元素含量控制在允許值內(nèi)，并盡量降低鋼水含氧量。分為靜態(tài)控制與動(dòng)態(tài)控制兩部分，采用副槍對(duì)吹煉過程溫度、取樣、鋼水碳含量以及溶液池液面高度等進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)。在轉(zhuǎn)爐快達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，將測(cè)量溫度與碳含量結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)，并對(duì)所測(cè)實(shí)際數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化。通過專家系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算出達(dá)到目標(biāo)溫度與目標(biāo)碳含量補(bǔ)吹所需氧氣量以及冷卻劑加入量。同時(shí)將測(cè)量的實(shí)際值作為初值，每吹氧3s啟動(dòng)1次動(dòng)態(tài)模型，并對(duì)熔池溫度與目標(biāo)碳含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在數(shù)值達(dá)到預(yù)定范圍后，發(fā)出停吹命令。

（2）控制過程。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要分為初期、中期與后期三個(gè)階段，而終點(diǎn)控制主要體現(xiàn)在后期階段，由第一次副槍檢測(cè)結(jié)果作為依據(jù)，確定吹氧含量，同時(shí)加入一定量的冷卻劑，將爐內(nèi)鋼水溫度與碳含量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。在后期階段，鋼水中雜質(zhì)已經(jīng)基本上去除干凈，反應(yīng)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(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)命中目標(biāo)，需要在補(bǔ)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(cè)實(shí)際信息作為依據(jù)，建立轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)溫度與碳含量預(yù)報(bào)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括7個(gè)輸入點(diǎn)，與第一次副槍檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，其中前6個(gè)為補(bǔ)吹氧氣量、石灰量、補(bǔ)吹階段添加鐵皮量、混料量、白云石量以及礦石量，對(duì)于終點(diǎn)溫度預(yù)報(bào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。第7個(gè)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)第一次副槍檢測(cè)鋼水溫度Tf，同時(shí)以終點(diǎn)碳含量預(yù)報(bào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，第7個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)為第一次副槍所檢測(cè)鋼水碳含量Cf，隱含節(jié)點(diǎn)數(shù)量為m，其通過系統(tǒng)訓(xùn)練結(jié)果決定，輸出點(diǎn)為1個(gè)，對(duì)應(yīng)終點(diǎn)鋼水溫度Te或者碳含量C。

另外，在補(bǔ)吹階段所需吹氧量，以及副槍鋼水碳含量、目標(biāo)碳含量等，均與補(bǔ)吹階段添加的冷卻劑用量有關(guān)。在添加時(shí)需要同時(shí)考慮對(duì)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(jié)束語

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中外界條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，控制難度較大，進(jìn)而會(huì)影響煉鋼效果。為提高煉鋼質(zhì)量與效率，必須要在原有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及智能技術(shù)等進(jìn)行完善，提高各項(xiàng)參數(shù)的合理性，降低外界條件變化對(duì)煉鋼效果的影響，達(dá)到提高轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)綜合效益的目的。

參考文獻(xiàn)：

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

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

作者簡(jiǎn)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