盧彬¹， 陳亮²， 李艷龍¹， 徐偉¹

（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）

摘要：針對(duì)唐鋼一鋼軋廠150 t LF 爐外精煉自動(dòng)化冶煉可行性展開研究，對(duì)LF 爐外精煉爐冶煉過程中溫度、成分、鋼渣等變化參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，優(yōu)化二級(jí)冶煉模型，結(jié)合LF 爐外精煉爐實(shí)際冶煉過程步驟，制定出完整的LF 爐外精煉自動(dòng)化冶煉程序并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)LF 爐外精煉溫度、成分自動(dòng)化冶煉。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；溫度；成分

隨著全國智能制造的推進(jìn)發(fā)展，鋼鐵冶煉領(lǐng)域也向著更為先進(jìn)、快捷、準(zhǔn)確的智能化冶煉方向邁進(jìn)。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(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過程中存在較大的波動(dòng)，在實(shí)際控制過程中，主要是靠操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)鋼水溫度、成分、氧化性進(jìn)行判斷冶煉，人為影響因素較多，隨著時(shí)間的推移冶煉方法、步驟種類較多，沒有達(dá)到統(tǒng)一的操作標(biāo)準(zhǔn)，所以鋼水質(zhì)量波動(dòng)較大。通過對(duì)二級(jí)模型的調(diào)試，運(yùn)用模型系統(tǒng)計(jì)算冶煉過程，最大程度實(shí)現(xiàn)鋼水冶煉自動(dòng)化、操作模式標(biāo)準(zhǔn)化。隨著對(duì)LF 精煉模式化冶煉不斷的優(yōu)化，與轉(zhuǎn)爐自動(dòng)煉鋼無縫對(duì)接，達(dá)到煉鋼區(qū)域穩(wěn)定、高效的自動(dòng)冶煉生產(chǎn)，使鋼水穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提高。

1 應(yīng)用背景

唐鋼一鋼軋廠擁有1 座150 t 鐵水預(yù)處理、3 座150 t 轉(zhuǎn)爐、3 座LF 爐外精煉、2 臺(tái)常規(guī)板坯連鑄機(jī)、2 臺(tái)薄板坯連鑄機(jī)。2015 年唐鋼一鋼軋廠進(jìn)行全面的信息化改造，在LF 爐外精煉引用二級(jí)系統(tǒng)及精煉冶煉模型，通過對(duì)設(shè)定值模型、在線模型的調(diào)試，模型計(jì)算精度滿足爐外精煉控制要求，對(duì)模型計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，制定了完整的自動(dòng)冶煉程序，實(shí)現(xiàn)成分、溫度自動(dòng)化控制。

2 總體思路及技術(shù)方案

2.1 總體思路

根據(jù)目前一鋼軋廠LF 爐外精煉冶煉過程現(xiàn)狀，對(duì)冶煉過程參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，借助PRIMETALS二級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行模型計(jì)算、自動(dòng)控制；根據(jù)現(xiàn)有冶煉操作步驟進(jìn)行跟蹤記錄，與操作人員交流制定統(tǒng)一冶煉步驟，編入profile 子系統(tǒng)，跟蹤使用調(diào)整出最好方案，最終全面推廣。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 自動(dòng)冶煉工藝模型

模式化冶煉主要涉及到兩大部分模型的調(diào)試，分別為在線模型（動(dòng)態(tài)）、設(shè)定值模型（靜態(tài)）。

在線模型主要功能是自精煉進(jìn)站冶煉就開始對(duì)鋼水溫度、鋼水成分、鋼渣成分進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，每5 s 刷新一次數(shù)據(jù)，對(duì)精煉冶煉過程中的鋼水成分、溫度提供指導(dǎo)性參考，在線模型是整個(gè)LF 精煉二級(jí)模型的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

設(shè)定值模型主要分為五個(gè)部分：渣模型、脫氧模型、合金化模型、溫度模型、鈣處理模型設(shè)定值模型。

設(shè)定值模型是根據(jù)當(dāng)前冶煉鋼水的成分、溫度等條件，觸發(fā)后對(duì)下一步脫氧、造渣、升溫、合金化、鈣處理操作進(jìn)行理論計(jì)算并給出指導(dǎo)性意見。

2.2.2 自動(dòng)冶煉模塊調(diào)試

1）成分控制模塊（見下頁圖1）。成分模塊主要涉及成分預(yù)測(cè)在線模型、合金計(jì)算模型計(jì)算及自動(dòng)加料系統(tǒng)，通過對(duì)合金吸、芯線收率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，針對(duì)不同脫氧方式（硅脫氧、鋁脫氧）制定合金、芯線吸收率對(duì)應(yīng)表并維護(hù)至二級(jí)系統(tǒng)中，然后在根據(jù)轉(zhuǎn)爐二級(jí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)鋼水成分及合金加入量進(jìn)行分析計(jì)算，給出建議加入量，做出確認(rèn)后自動(dòng)啟動(dòng)稱量系統(tǒng)，稱量完畢后自行加入，加入完畢后自動(dòng)停止運(yùn)輸皮帶等設(shè)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(yù)測(cè)、實(shí)際送電升溫模型計(jì)算，根據(jù)送電量、鋼包包況、渣層厚度、包況、氬氣流量等影響因素進(jìn)行計(jì)算分析，在線模型預(yù)測(cè)出現(xiàn)有鋼水溫度，為操作人員提供數(shù)據(jù)支持，然后由溫度模型計(jì)算出送電升溫時(shí)間，進(jìn)行自動(dòng)升溫操作。與外方人員就鋼包溫降、表面溫降數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)調(diào)試，溫度模型達(dá)到使用要求，溫度誤差控制在5 ℃以內(nèi)。

3）氬氣控制模塊。將LF 爐外精煉不同階段氬氣控制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)編輯至二級(jí)系統(tǒng)中，根據(jù)不同冶煉階段自動(dòng)調(diào)用氬氣控制模塊，實(shí)現(xiàn)氬氣自動(dòng)控制。

4）造渣模型。根據(jù)澆余回收量及設(shè)定的堿度、Al₂O₃、SiO₂、石灰飽和度等渣系元素進(jìn)行計(jì)算，給出造渣料加入量建議，直至達(dá)到渣系成分目標(biāo)范圍。

經(jīng)過調(diào)試，成分模塊、溫度模塊、氬氣模塊全部達(dá)到使用要求，計(jì)算精度良好。基礎(chǔ)模型模塊的調(diào)試是精煉模式化冶煉的基礎(chǔ)，只有基礎(chǔ)模塊計(jì)算準(zhǔn)確才能在后續(xù)的模式化冶煉中準(zhǔn)確地執(zhí)行并最終達(dá)到冶煉目的。

2.2.3 模式化冶煉步驟調(diào)試

模式化冶煉主要是使用二級(jí)系統(tǒng)中Profile Schema 模塊，將冶煉步驟維護(hù)至模塊當(dāng)中，在使用過程中，隨著冶煉步驟的自動(dòng)進(jìn)行，Profile Schema系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用溫度模型、合金模型、氬氣控制模塊進(jìn)行逐步的分析冶煉，主控人員只是執(zhí)行確認(rèn)工作，然后二級(jí)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，最終完成冶煉操作。在設(shè)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(tǒng)則自動(dòng)調(diào)整至重新升溫或合金化步驟重新進(jìn)行二次調(diào)整（見圖3）。

通過圖3 所示各個(gè)步驟根據(jù)冶煉鋼種進(jìn)行組合，分別整體運(yùn)行調(diào)試，組成最優(yōu)冶煉模式。根據(jù)現(xiàn)有冶煉方式進(jìn)行優(yōu)化，與操作人員對(duì)冶煉步驟逐項(xiàng)討論，找出最優(yōu)冶煉方案，一鋼軋廠技術(shù)人員將LF爐外精煉冶煉操作步驟維護(hù)至二級(jí)系統(tǒng)的LFProfile Schema 模塊中，并進(jìn)行了跟蹤調(diào)試，邊生產(chǎn)邊調(diào)整，最終根據(jù)鋼種制定出五種自動(dòng)冶煉模式，使用效果良好，成分、溫度命中率均達(dá)到95%以上（見表1）。

3 實(shí)施效果

目前LF 爐外精煉模式化冶煉出站溫度命中率達(dá)到95%，在冶煉操作過程中只需要操作人員給出預(yù)計(jì)的出站溫度，二級(jí)系統(tǒng)自動(dòng)給電升溫至后臺(tái)自動(dòng)計(jì)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(zhǔn)確計(jì)算實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)稱量、自動(dòng)加料的功能，LF 出站成分合金命中率達(dá)到100%。

4 結(jié)語

LF 爐外精煉自動(dòng)冶煉模型投入使用以來運(yùn)行穩(wěn)定并取得了良好的冶煉效果，操作人員根據(jù)預(yù)定的冶煉步驟進(jìn)行冶煉控制，冶煉過程中最大程度地降低人為的計(jì)算及操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)冶煉過程進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的控制，同時(shí)通過跟蹤管理冶煉過程，提升了鋼水冶煉的可追溯性，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)煉鋼到智能煉鋼的變革，在提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的同時(shí)提升了設(shè)備及自動(dòng)化的管理水平。