马钢四钢轧“一键炼钢”的工艺开发历程

摘要：介绍了马鞍山钢铁股份公司四钢轧总厂在成功应用计算机自动控制炼钢技术的基础上，近年来对全自动化炼钢（一键炼钢）的发展过程，并以及介绍了四钢轧自动化炼钢的实际情况，介绍sdm （静动态炼钢模型）功能、基础自动化（l1）控制枪位氧步和加料模型以及副枪系统。

使2014年全自动炼钢率平均稳定在65 %的水平，温度（±10℃），碳在控制计划范围的，双命中率>65%。

关键词：全自动炼钢；转炉；静动态炼钢模型；副枪；自动加料模型
1.前言
马钢四钢轧总厂为适应未来发展，与世界先进技术接轨，2007年投产后，总厂自动化炼钢技术攻关团队，持之以恒地开展工艺优化、设备系统完善、人员培训和标准化作业系统管理等配套工作。

特别是2010年公司启动四钢轧总厂产品结构调整以来，自动化炼钢项目组紧紧抓住新建1号转炉的机遇，在达涅利公司相关专家的大力支持下，在系统、全面总结2号、3号转炉自动化炼钢攻关方面经验教训的基础上，按照总厂提出的新1#转炉必须实现“一键式”炼钢的总目标，对原有的加料系统进行了重大改进，促进了转炉加料均衡平稳和吹炼过程的平稳。

2012年6月27日10时08分，在新1号转炉投产仅两个多月的第1903炉时，该系统在总厂正式投入运行。

鼠标轻点，第一炉自动化冶炼的if洁净钢吹炼平稳、钢水终点准确命中。

截至2013年6月27日，整整一年的运行，全自动炼钢率平均稳定在85 %的水平，温度（±10℃），碳在控制计划范围的，双命中率>70%。

以下将着重介绍其2007 年以来四钢轧在全自动计算机炼钢技术的工艺开发历程。

2.全自动炼钢研究与开发过程
马钢四钢轧从荷兰danieli corus公司引进了sdm模型，即自动化炼钢静动态模型（static and dynamic model，简写为sdm或l2）与副枪系统。

自动化炼钢静动态模型以及副枪的应用提高了马钢四钢轧全自动化炼钢的技术水平。

马钢四钢轧转炉自动化炼钢是根据sdm进行生产控制，又称“一键炼钢”，即在操作画面按开始吹炼按钮后，直至出钢，整个吹炼过程无任何干涉。

2.1 静动态模型炼钢（sdm或l2）
静动态模型炼钢（sdm）包括静态模型与动态模型：
2.1.1转炉静态模型
转炉静态模型是根据转炉吹炼前期的操作条件及吹止目标，计算副原料加入量、冷却剂加入量、副枪测定时的氧量，控制转炉吹炼前期和中期。

静态模型结合动态模型控制转炉整个吹炼过程，使吹止钢水达到钢种规定的目标温度和目标成分，静态模型是转炉动态模型进行计算的基础。

当模型完成对原始数据（装入量、铁水废钢比、铁水成分温度、废钢质量及成分等）采集后，此模型根据实际加入的铁水和废钢，自动计算出本炉次的冶炼用氧量、转炉辅料的加料时刻和重量、氧枪枪位控制以及要进行测量的副枪控制和副枪的浸入深度、底吹的控制模式等。

下枪开始吹氧，静态模型立即启动，并实时检测氧枪枪位及供氧流量、耗氧量、辅料加入量、冷却剂加入量以及烟气含量分析等信息。

转炉静态模型是转炉计算机控制的重要内容，主要有终点控制模型、供氧模型、造渣模型。

2.1.2 转炉的动态模型
动态模型的作用是通过副枪测量出主吹温度以及主吹碳以后进行模型计算，求出剩余吹氧量和剩余冷却剂加入量。

动态模型包括脱碳速度模型、钢水升温模型、冷却剂加入量模型三个模型。

动态模型在吹炼中前期不参与控制，只在氧耗量达到静态计算值的80%时，动态
模型的计算结果才参与控制。

2.2基础自动化（l1）
基础自动化控制主要分为通过二级对枪位的控制，以及通过二级对加料的控制，其中难点在加料的控制.
2.2.1sdm通过l1对枪位的控制
l1级以plc作为基础级，对生产过程进行计划、设定、联锁控制；l2级根据氧步下达枪位加料表以实现自动枪位，加料。

因此在全自动模式下只需在l1级操作画面点击开始吹炼按钮，就可进行枪位的全自动吹炼。

2.2.2sdm通过l1对加料的控制
马钢第四钢轧总厂炼钢转炉加料系统设有11个高位料仓，料仓下面设有6个称量斗和4个汇总斗，一般2至4个不等的高位料仓公用一个称量斗，称量斗称完的物料通过卸料阀放入下面的汇总斗内，最后通过位于汇总斗底部的卸料阀将物料投入炉内，完成加料作业。

以上设备全部由plc控制。

2.2.3副枪系统
四钢轧引进的副枪主要由驱动系统、dirc测量装置和控制系统组成。

驱动系统负责探头装卸以及枪体的旋转和升降；dirc测量装置通过探头多芯补偿导线采集电偶、氧电动势信号，经调制处理并将其送至plc；控制系统由西门子s7-400构成，控制副枪硬件和处理dirc、hmi 和二级服务器之间的数据交换，通过plc副枪可以实现手动、半自动和全自动运行模式。

其自动模式如下：
吹氧量达到大约85%时，自动启动测量循环，副枪旋转电机拖动旋转平台做90°水平旋转运动至副枪测量位，位于副枪下枪口位置的氮封阀和密封帽依次打开，副枪开始下降插入预定深度的熔池里，停留几秒获得相应的信号后，开始提枪至上限旋回连接位，下枪至移除器处，探头移除器关闭的痛死副枪上升，探头被拔掉并顺着溜管送至炉台。

副枪提至一定高度后停止等待下一循环的开始。

因此，副枪全自动化连接、测量模式，不仅解放了劳动力，而且在一键式自动化炼钢过程中起着二级模型校对的作用，对终点命中率起着决定性的作用。

目前马钢四钢轧的副枪自动控制也是主要根据sdm模型设定，主要根据氧步来运行副枪，主要运行条件如下：
（1）当主吹炼进行到吹氧量为1000立方米时，sdm模型设定自动连接tsc探头。

（2）当达到sdm计算的主吹氧量提前500立方米氧量时，下副枪进行tsc测量。

（3）当辅吹炼进行到吹氧量为900立方米时，sdm模型设定自动连接tso探头。

（4）当辅吹炼结束，停氧30秒以后，tso开始测量。

整个过程采用全自动控制，总之副枪在转炉生产的应用，改变了传统转炉的控制方式使转炉生产的连续性、高效性增强，产能提高。

使转炉生产由经验炼钢向科学炼钢发展提高了终点命中水平，减少补吹次数、缩短冶炼周期、使转炉的产能提高，并且副枪所进行的液位测量，用于指导转炉吹炼的枪位控制，稳定操作，有助于了解转炉炉衬砖的侵蚀情况，进行炉衬维护工作。

使转炉生产的消耗降低，产效提高副枪的使用，提高了转炉的装备水平，使操作稳定，一次命中水平大幅提高。

减少了过补吹造成的吹损和消耗。

3 结语
马钢四钢轧自投产以来，成功地将计算机控制炼钢技术用于实际生产，并且不断改进、不断完善，最终实现了全过程计算机自动控制的目标，为转炉冶炼操作的标准化和规范化提供了坚实基础，同时也创造出了多项良好的技术经济指标。

（1）通过在实际生产中不断改进和修正模型参数和系数，计算机控制炼钢吹炼终点c-t 双命中率逐步提高，到2014 年全年平均达到了65%。

（2）随着全过程计算机自动控制炼钢的各年中条件的逐步完善以及各项技术的成熟，自2007年该厂开始提出全过程计算机自动控制炼钢的目标以来，水平提高较快，至2014 年平均已经稳定在65 %的水平。

（3）该项目的成功实施使马钢公司在自动化，新技术领域开创了一个更高的空间，为公司的后续工程提供了宝贵经验，为随后转炉的顺利达产创效储备了大量的技术信息。

（4）该项目值得广泛推广，并且对于冶炼新钢种具有实际意义。