任根柱 劉志國  回士旭

（鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司，江蘇省鹽城市，224145）

摘要：當今的智能化進程中，鋼鐵行業(yè)的智能化改造相對其他行業(yè)仍處于較低水平，數(shù)據利用率低等挑戰(zhàn)依然存在。本文主要介紹轉爐全自動煉鋼控制技術中轉爐底吹控制系統(tǒng)在智能控制方面的應用實踐，采用計算機控制底吹參數(shù)及先進的控制算法模型，結合煉鋼過程情況進行修正和優(yōu)化。并在實際生產中通過實施鐵水、廢鋼等物料的精細配料及冶煉過程及終點的動態(tài)調整，有效降低了生產成本，為實現(xiàn)智能化煉鋼提供了穩(wěn)定的基礎保障。

關鍵詞：鋼鐵智能化；底吹自動化控制；精細配料

前言：

進入十四五，距離中國制造2025僅有4年時間，鋼鐵行業(yè)智能化改造任重道遠。某鋼鐵公司煉鋼廠十分注重自身智能化發(fā)展，現(xiàn)有煉鋼裝備為120噸頂?shù)讖痛缔D爐兩座，70噸超高功率水平加料電爐1座，已經推廣智自動化煉鋼和MES產供銷一體化系統(tǒng)。十四五期間公司將繼續(xù)進行設備改造升級，引入更多、更先進的智能控制系統(tǒng)，打造智能車間，智能工廠樣板。

其中轉爐底吹控制系統(tǒng)在智能控制方面應用了大量的計算機控制設備及先進的控制算法。通過對轉爐底吹控制系統(tǒng)的分析，建立并完善了轉爐底吹系統(tǒng)模型。投產以后，運行穩(wěn)定，自動化程度極高，為實現(xiàn)全自動煉鋼控制提供了可靠依據和實踐基礎。并根據分析結果進行控制系統(tǒng)開發(fā)及建模，逐步完善智能煉鋼控制能力，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

1 轉爐底吹工藝概述

1.1 底吹工藝的目的

根據不同的冶煉要求，通過底吹供氣管、透氣磚向轉爐底部供氣，以相應的模式對溶池進行攪拌，以達到改善冶金反應速度動力學條件，縮短吹煉時間，降低渣中 Fe 含量，抑制噴濺，減少物料損失合熱損失，均勻成分、均勻溫度的目的。從而提高鋼產量，獲得優(yōu)質鋼，同時通過降低合金加入量、吹氧量及吹攪氣體的消耗^[1]。

1.2 底吹模式及供氣強度的優(yōu)化

頂?shù)讖痛禇l件下的均勻混合時間隨頂吹氣體的穿透深度和底氣比的增大而減小。底吹流量增大，熔池的攪拌能增加，均勻混合時間隨之減小。所以適量增大底吹供氣強度有利于提高轉爐的底吹攪拌效果，但如果底吹供氣強度過高，也會縮短底吹供氣元件壽命^[2]。綜合考慮多方面因素，結合品種結構和爐體狀況，優(yōu)化設計三種底吹供氣自動化控制模式，詳見表1 。

表1 轉爐底吹模式/（Nm³/（t·min））

2底吹智能控制系統(tǒng)介紹

底吹系統(tǒng)控制一般分為五種方式：SDM 方式、PLC方式和本機自動、手動方式、檢修方式。其中轉爐底吹PLC 為一獨立系統(tǒng)， CPU由施耐德公司的 QUANTUM 系列的 140CPU53414A，由 1 個機架構成。底吹及頂吹、氧槍傾動、除塵、氣化冷卻等所有的 L1 級控制系統(tǒng)都通過以太網組織在一個大的網絡里面，可以方便地進行數(shù)據交換。L2 級模型數(shù)據通過網關，同 L1 實現(xiàn)數(shù)據交換。Gateway 也采用了一套小型 PLC，作為 L2 與 L1 級 PLC 通訊的數(shù)據網關進行實時數(shù)據通訊，避免了因網絡病毒和計算機通訊延時帶來的數(shù)據延誤。保證了數(shù)據的實時性和準確性^[3]。

2.1 自動控制系統(tǒng)優(yōu)化控制實踐

本系統(tǒng)參數(shù)設計原則依據所產鋼種氮含量的要求，按工藝要求輸入要求吹攪的總流量及氮氬切換點并進行確認，至此工作站即可將所選模型下發(fā)至底吹PLC，由PLC 程序實時跟蹤氧量，按照曲線中各切換信號的要求，判斷耗氧量及各種信號是否到達，控制氮氣或氬氣切斷閥的開閉，計算各支路的流量設定值。各支路的流量控制器調節(jié)流量控制閥的閥位直到實際值與設定值相同為止。

2.2融合轉爐動態(tài)模型控制系統(tǒng)

轉爐動態(tài)控制模型是整個智能煉鋼系統(tǒng)的核心部分，它以物料及能量平衡、熱力學和動力學等理論為依據，在靜態(tài)控制模型的基礎上，利用激光爐氣分析儀檢測吹煉過程中產生的煙氣成分，并根據同步檢測的轉爐冶煉參數(shù)信息，計算熔池碳含量變化和升溫速度，實時預報轉爐冶煉過程熔池碳含量以及溫度數(shù)值。在動態(tài)模型控制下，融合底吹智能控制系統(tǒng)，更利于冶煉終點碳、溫度的高精準命中。同時，優(yōu)良的融合數(shù)據為系統(tǒng)自學習功能的實現(xiàn)提供了海量數(shù)據參考，極大地改善了過程控制的有效性^［4］.

3精細配料優(yōu)化

3.1轉爐精細配料優(yōu)化

優(yōu)化鐵水扒渣及溫度控制操作，對扒渣設備進行相應改造，對鐵水自動測溫取樣設備進行設計，確保鐵水帶渣量少，溫度準確；結合不同鋼種控制要求，將廢鋼按類別、冷卻效應及成分，分區(qū)域存放，便于天車系統(tǒng)運行中的正常定位及采集。應用鐵水“三穩(wěn)一準”及廢鋼“三準一凈”控制技術，實現(xiàn)鐵水的溫度穩(wěn)定、成分穩(wěn)定、裝入穩(wěn)定，實現(xiàn)廢鋼的精準計量、精準配比、精準分類、無雜無害。安裝天車定位及識別模塊、稱量裝置、無線傳輸設備，自動采集稱量數(shù)值，利用無線傳輸及工業(yè)以太網發(fā)送。

通過物料平衡和熱平衡，利用物料平衡計算初始石灰和白云石加入量，在初始石灰和白云石加入量的基礎上，利用熱平衡計算礦石加入量。在實際生產應用中，通過對原輔料成分的定期更新，確保基礎數(shù)據精度，從而提高配料計算模型的準確率。

3.2優(yōu)化配料與底吹工藝優(yōu)化控制

在轉爐生產過程中，精細配料后利用底吹系統(tǒng)控制入口的吹攪氣體類型和氣體流量來控制轉爐底部攪拌，并根據鋼種對成品氮含量 [N] 要求的不同，將其劃分為以下三種底吹控制模型：

（1）[N] ≤ 40ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹全程吹氬；

（2）40ppm ＜ [N] ≤ 70ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹進行氮氬切換；

（3）[N] ＞ 70ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹進行全程吹氮。

精細配料可更接近于靜態(tài)模型的控制，根據煉鋼不同的時期，供氣的強度、供氣的種類都有不同（見圖1-2），根據上述曲線控制氮、氬切換的時機及供氣流量的大小（見圖3-4）。

4結語

鋼鐵行業(yè)是典型的流程工業(yè)。目前鋼鐵行業(yè)的自動化、信息化發(fā)展已具有良好的基礎，在行業(yè)綠色化轉型的過程中躍上智能化臺階，鋼鐵行業(yè)技術發(fā)展和進步將如虎添翼，目標是建立真正達到工業(yè)4.0水平。本文通過轉爐全自動煉鋼控制技術中轉爐底吹控制系統(tǒng)在智能控制方面的應用實踐，采用計算機控制底吹參數(shù)及先進的控制算法模型，結合煉鋼過程情況進行修正和優(yōu)化。并在實際生產中通過實施鐵水、廢鋼等物料的精細配料及冶煉過程及終點的動態(tài)調整，碳溫雙命中率達到90%以上，有效降低了生產成本，為實現(xiàn)智能化煉鋼提供了穩(wěn)定的基礎保障；

參考文獻

[1] 王德倉 . 鋼鐵生產中的新技術和替代工藝 [J]. 鋼鐵研究 ,1998(01):54-58+46.

[2] 高旭 , 于瑞波 , 王懷剛 .120t轉爐底吹系統(tǒng)的優(yōu)化 [J]. 山東冶金 ,2019,41(05):76-77

[3] 苗青，李國柱，轉爐底吹計算機智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制 [J]. 電子元器件與信息技術，2020,4（02）：69-70

[4］郭偉達，李強篤，王忠剛，等.用于轉爐煙氣分析的防塵降溫箱：中國，201920163299.0［P］.2019-10-29.