LF爐外精煉自動化冶煉研究與應用

盧 彬， 陳 亮， 李艷龍， 徐 偉

（1.河鋼樂亭鋼鐵有限公司， 河北 唐山 063000；2.河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司， 河北 唐山 063000）

隨著全國智能制造的推進發展，鋼鐵冶煉領域也向著更為先進、快捷、準確的智能化冶煉方向邁進。LF爐外精煉所處理的鋼種幾乎涉及從特殊品種鋼到普通鋼種的絕大部分鋼種，因處在鋼水冶煉與澆注的中間環節，在生產過程中存在較大的波動，在實際控制過程中，主要是靠操作人員根據經驗對鋼水溫度、成分、氧化性進行判斷冶煉，人為影響因素較多，隨著時間的推移冶煉方法、步驟種類較多，沒有達到統一的操作標準，所以鋼水質量波動較大。通過對二級模型的調試，運用模型系統計算冶煉過程，最大程度實現鋼水冶煉自動化、操作模式標準化。隨著對LF精煉模式化冶煉不斷的優化，與轉爐自動煉鋼無縫對接，達到煉鋼區域穩定、高效的自動冶煉生產，使鋼水穩定性得到進一步提高。

1 應用背景

唐鋼一鋼軋廠擁有1座150 t鐵水預處理、3座150 t轉爐、3座LF爐外精煉、2臺常規板坯連鑄機、2臺薄板坯連鑄機。2015年唐鋼一鋼軋廠進行全面的信息化改造，在LF爐外精煉引用二級系統及精煉冶煉模型，通過對設定值模型、在線模型的調試，模型計算精度滿足爐外精煉控制要求，對模型計算數據進行整合，制定了完整的自動冶煉程序，實現成分、溫度自動化控制。

2 總體思路及技術方案

2.1 總體思路

根據目前一鋼軋廠LF爐外精煉冶煉過程現狀，對冶煉過程參數進行統計分析，借助PRIMETALS二級系統進行模型計算、自動控制；根據現有冶煉操作步驟進行跟蹤記錄，與操作人員交流制定統一冶煉步驟，編入profile子系統，跟蹤使用調整出最好方案，最終全面推廣。

2.2 技術方案

2.2.1 自動冶煉工藝模型

模式化冶煉主要涉及到兩大部分模型的調試，分別為在線模型（動態）、設定值模型（靜態）。

在線模型主要功能是自精煉進站冶煉就開始對鋼水溫度、鋼水成分、鋼渣成分進行實時計算，每5 s刷新一次數據，對精煉冶煉過程中的鋼水成分、溫度提供指導性參考，在線模型是整個LF精煉二級模型的基礎環節。

設定值模型主要分為五個部分：渣模型、脫氧模型、合金化模型、溫度模型、鈣處理模型設定值模型。設定值模型是根據當前冶煉鋼水的成分、溫度等條件，觸發后對下一步脫氧、造渣、升溫、合金化、鈣處理操作進行理論計算并給出指導性意見。

2.2.2 自動冶煉模塊調試

1）成分控制模塊（見下頁圖1）。成分模塊主要涉及成分預測在線模型、合金計算模型計算及自動加料系統，通過對合金吸、芯線收率的統計計算，針對不同脫氧方式（硅脫氧、鋁脫氧）制定合金、芯線吸收率對應表并維護至二級系統中，然后在根據轉爐二級傳輸的數據對鋼水成分及合金加入量進行分析計算，給出建議加入量，做出確認后自動啟動稱量系統，稱量完畢后自行加入，加入完畢后自動停止運輸皮帶等設備。

2）溫度控制模塊（見下頁圖2）。溫度模塊主要涉及在線模型溫度預測、實際送電升溫模型計算，根據送電量、鋼包包況、渣層厚度、包況、氬氣流量等影響因素進行計算分析，在線模型預測出現有鋼水溫度，為操作人員提供數據支持，然后由溫度模型計算出送電升溫時間，進行自動升溫操作。與外方人員就鋼包溫降、表面溫降數據進行維護調試，溫度模型達到使用要求，溫度誤差控制在5℃以內。

3）氬氣控制模塊。將LF爐外精煉不同階段氬氣控制進行統計編輯至二級系統中，根據不同冶煉階段自動調用氬氣控制模塊，實現氬氣自動控制。

4）造渣模型。根據澆余回收量及設定的堿度、Al2O3、SiO2、石灰飽和度等渣系元素進行計算，給出造渣料加入量建議，直至達到渣系成分目標范圍。

經過調試，成分模塊、溫度模塊、氬氣模塊全部達到使用要求，計算精度良好。基礎模型模塊的調試是精煉模式化冶煉的基礎，只有基礎模塊計算準確才能在后續的模式化冶煉中準確地執行并最終達到冶煉目的。

圖1 成分模塊流程圖

圖2 溫度數據維護實例

2.2.3 模式化冶煉步驟調試

模式化冶煉主要是使用二級系統中Profile Schema模塊，將冶煉步驟維護至模塊當中，在使用過程中，隨著冶煉步驟的自動進行，Profile Schema系統自動調用溫度模型、合金模型、氬氣控制模塊進行逐步的分析冶煉，主控人員只是執行確認工作，然后二級系統自動執行，最終完成冶煉操作。在設定操作步驟過程中充分的考慮了過程成分、溫度沒有命中的情況，如未命中系統則自動調整至重新升溫或合金化步驟重新進行二次調整（見圖3）。

圖3 分步驟啟動模型及模塊一覽圖

通過圖3所示各個步驟根據冶煉鋼種進行組合，分別整體運行調試，組成最優冶煉模式。根據現有冶煉方式進行優化，與操作人員對冶煉步驟逐項討論，找出最優冶煉方案，一鋼軋廠技術人員將LF爐外精煉冶煉操作步驟維護至二級系統的LF Profile Schema 模塊中，并進行了跟蹤調試，邊生產邊調整，最終根據鋼種制定出五種自動冶煉模式，使用效果良好，成分、溫度命中率均達到95%以上（見表1）。

表1 調試爐次及命中率

3 實施效果

目前LF爐外精煉模式化冶煉出站溫度命中率達到95%，在冶煉操作過程中只需要操作人員給出預計的出站溫度，二級系統自動給電升溫至后臺自動計算所需溫度，最終保證出站溫度滿足要求；通過合金模型的準確計算實現了自動計算、自動稱量、自動加料的功能，LF出站成分合金命中率達到100%。

4 結語

LF爐外精煉自動冶煉模型投入使用以來運行穩定并取得了良好的冶煉效果，操作人員根據預定的冶煉步驟進行冶煉控制，冶煉過程中最大程度地降低人為的計算及操作，降低了勞動強度，對冶煉過程進行了標準化的控制，同時通過跟蹤管理冶煉過程，提升了鋼水冶煉的可追溯性，實現了經驗煉鋼到智能煉鋼的變革，在提高產品穩定性的同時提升了設備及自動化的管理水平。