冶金轉爐煉鋼自動化控制技術研究

邵正宇

中天鋼鐵集團有限公司 江蘇 常州 213000

引言

當前隨著經濟全球化的不斷深入，我國同國際之間的經濟、技術交流也愈發頻繁，鋼鐵工業作為我國工業結構的重要組成部分，在這一過程中也不可避免地受到了國際鋼鐵行業的影響，特別是國際上高質量低成本的鋼鐵生產模式，為國內鋼鐵生產指明了方向，促使其向著低能耗、高質量的生產模式進行轉變，這就對煉鋼技術提出了更高的要求，利用自動化控制技術改變傳統的控制模式，已經是鋼鐵生產企業提高效率和質量的必然選擇。

1 轉爐自動化煉鋼系統

1.1 轉爐自動化煉鋼系統簡介

對轉爐自動化煉鋼系統而言，低維護量煙氣分析系統是其中不可缺少的重要組成部分，又可以細分為氣體處理系統、氣體采樣系統等，其中采樣系統主要利用采集探頭負責氣體的采集工作，氣體處理系統則用于對氣體進行分析處理，促使其溫度、含塵量等參數能夠滿足煉鋼生產要求[1]。在這個自動化系統中，最為關鍵的部分就是系統模型部分，就鋼鐵生產而言，循環在線計算模型、預計算模型等模型均屬于不可缺少的重要模型，能夠為相關操作的控制以及參數的調整提供可靠的參考，進而促使鋼鐵冶煉達到最佳的成效。

1.2 一級自動化系統

一級自動化系統的核心在于將鋼鐵生產相關參數事先存儲到計算機當中，建立生產模型并維護模型參數，進而通過對計算機內鋼鐵生產制度的控制，促使系統根據生產需要執行不同的操作和生產工序，并對這一過程進行監督。

2 冶金轉爐煉鋼自動化控制技術

轉爐煉鋼是將廢鋼、鐵合金以及鐵水冶煉為鋼鐵的一個過程，這個過程必須要將轉爐溫度升高至一定程度，促使廢鋼與鐵合金發生化學反應，并產生熱量，而鐵水本身就會產生大量熱量，兩種不同熱量相互融合就意味著轉爐煉鋼的完成。當前隨著時代的不斷發展與進步，這種煉鋼技術存在一定的落后性，已經無法滿足實際煉鋼需要，特別是隨著計算機信息化、自動化技術的不斷發展，純機械化的生產模式的弊端暴露無遺，將計算機信息技術、網絡技術以及控制技術進行融合，應用到轉爐煉鋼過程中當中，能夠實現對煉鋼過程的精細化控制，提高煉鋼質量和效率。

2.1 冶金轉爐煉鋼自動化技術研究

2.1.1 轉爐煉鋼的控制技術模型。反饋計算模型和動態控制模型是轉爐煉鋼的兩個重要控制技術模型，其對含碳量以及吹煉終點的控制主要是通過控制系統來實現的。就動態控制模型而言，其在煉鋼的過程當中主要被用于氧氣量以及冷卻劑量的檢測，并且還能夠基于檢測數據來計算鋼水的含碳量和與溫度，進而在此基礎上就能夠實現對相關參數的合理調整[2]。反饋計算模型則常被用于計算動態模型所測量的數據并進行反饋，根據所反饋的誤差大小就可以科學調整計劃、補充原料。

2.1.2 轉爐煉鋼中人工智能技術的應用。人工智能技術是控制系統智能化的關鍵所在，對于系統中對于控制對象不確定、非線性特征較高，模型結構與參數變化范圍過大，任務要求復雜等模糊且柔性、隨機且復雜的問題均可以利用人工智能技術進行解決。

轉爐煉鋼控制過程與上面所描述的問題契合度較高，其表現出較強的非線性、滯后性，并且在煉鋼過程中牽扯到傳熱、傳質等化學反應，控制難度較大，傳統控制模式無法實現精確控制。隨著人工智能技術的不斷發展，其在鋼鐵冶煉過程控制方面的智能化程度也越來越高，在國內一些大型煉鋼企業中，對冶煉過程進行智能化控制已經成為其降低成本、提高產品競爭力的重要方式。

2.1.3 轉爐煉鋼中的模型研究。轉爐煉鋼過程當中，不論是控制技術還是人工技術均離不開模型的支持，就目前而言，計算機技術作為人工智能的核心技術，在此基礎上借助人為模型能夠實現對一些工況進行模擬。不僅如此，動態控制模型作為重要控制模型，也必須要充分掌握熱平衡原理和化學反應的前提下，才能夠進行應用。由此可見，對轉爐煉鋼中的模型進行研究是非常有必要的，這對提高煉鋼效率，乃至解決企業生產過程中的一些問題而言，有著非常重要的幫助作用[3]。

2.1.4 數據挖掘。數據挖掘也就是通過算法從源數據中獲取隱藏的信息，在鋼鐵冶煉過程中主要是指挖掘模式或者方法，屬于人工智能的一項重要功能技術。就轉爐煉鋼自動化生產而言，大量的傳感器每天都記錄下數以萬計的數據，囊括生產過程中的各種信息，每日數據累積已突破TB級別，人們通過這些信息能夠清楚地了解到轉爐煉鋼的生產詳情，以及實際的生產控制水平和管理水平。由此可見數據挖掘作用重大，將數據挖掘技術應用于煉鋼過程當中，就可以根據數據挖掘出降低能源消耗、提高產品質量的方法。

2.1.5 軟計算。軟計算是相對應計算而言的一種新型計算方法，包括神經網絡計算、模糊計算以及遺傳算法等幾部分。當前國內鋼鐵企業冶煉規模都非常大，對冶煉過程中各種參數及其變化趨勢的掌握也提出了更高的要求，而實際上冶煉過程受到諸多因素的影響，充滿了不確定性，使得鋼鐵冶煉一直無法建立數學模型，與技術進行有效的結合進行精確控制。而軟計算則針對這些模糊、不確定的非數字過程有著良好的計算效果，能夠計算出最低代價的解決方案，也正因為如此，軟計算技術也在鋼鐵冶煉中得到了普遍的應用。

2.2 冶金轉爐煉鋼檢測技術

冶金轉爐煉鋼檢測技術主要被用于進行轉爐液面高度、內部成分以及熔鋼溫度等內容的檢測，這些檢測參數被檢測后通過儀表進行顯示和記錄，技術人員再通過分析軟件對數據進行分析處理，進而就可以為高效煉鋼提供支持。轉爐煉鋼檢測技術主要分為廢氣分析檢測和副槍檢測兩個方面，其中廢氣分析以爐氣定碳法進行檢測，主要是對廢氣中一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣以及氧氣的含量進行檢測，進而對煉鋼過程中脫碳速度進行計算，就可以以此為基礎對轉爐內的鋼液殘留的時刻含量信息進行確定，進而為鋼鐵的智能化冶煉過程提供可靠、準確的數據支持。副槍檢測技術是一種重要檢測技術，其通過探頭的使用，能夠對鋼液的詳細情況進行準確的檢測，是自動化煉鋼不可缺少的重要技術，副槍技術的應用已經成為鋼鐵企業具備先進煉鋼科技的一個重要標志。

3 冶金轉爐煉鋼自動化系統的應用價值

就冶金轉爐煉鋼而言，傳統模式控制效果和效率都不理想，進行自動化控制的本質就是為了改變這種局面，使得煉鋼效率得到提升，進一步提高鋼鐵產能。特別是在當前國家提倡節能減排的大環境下，實行自動化轉爐煉鋼有利于減少能源消耗，提高產品質量，這對增強我國鋼鐵產品的競爭力而言，有著非常重要的作用[4]。首先通過自動化系統能對冶金轉爐煉鋼過程所需要的廢鋼、鐵水等原料的添加進行精確地控制，避免了原料的浪費，使得其利用效率得到提升。其次，自動化系統具備監控功能，技術人員通過各種類型的檢測儀表以及監視器，能夠實現對煉鋼過程情況的實時監控，同樣對于轉爐內的氦氣、氧氣以及冷卻水的含量也可以進行監控，并借助于自動化控制系統對其添加含量及比例進行調整，進而使得這些添加劑的含量得到控制，鋼水的質量也就得以保證，成品鋼材也具備較高的純凈度。如此一來，因副槍吹補過多而導致的重點命中率過低情況就可以得到有效的改善，鋼材中的成分也就更加固定，減少了不穩定因素的影響，真正實現高質量的煉鋼[5]。

冶金轉爐煉鋼自動化系統不僅具備上述應用價值，其優越性還體現在其具備一定的自動化數據記錄分析和完善的網絡服務系統方面，對于每一次的冶煉，自動化儀表都能對相關數據進行記錄，這一功能的存在為轉爐等設備的維護工作，以及煉鋼相關理論的研究提供了完善的數據支持。同時自動化子系統之間屬于獨立系統，能夠相互替換進行作業，有效避免了系統維護而影響生產的情況出現，保證了整個轉爐煉鋼系統的正常運轉作業。

4 結束語

轉爐煉鋼自動化控制技術能夠能有效提高鋼鐵生產的效率，同時降低能源消耗，在節能環保的要求下實現鋼鐵產品高質量的生產。就轉爐煉鋼自動化控制技術應用實際來看，應當注重廢氣處理，使得終點命中率得到有效的提升，進而使得鋼水保持較高的穩定性，提升成品鋼材的質量，實現煉鋼企業經濟效益的最大化。