计算机控制炼钢技术

降低转炉设备故障率
严格控制入厂原材料质量
计算机控制炼钢的应用
一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提
高





将其作为关键工序进行管理，操作人员自觉采 用计算机控制自动炼钢 进一步降低副枪故障 提高副枪偶头测成率 减少计算机之间通讯故障 消灭吹炼中断
计算机控制炼钢的应用
自动炼钢影响因素逐年变化情况表
模型 机 理 简 要 描 述
吹 炼 模 式
----吹炼过程的枪位、氧流量、底吹流量和副枪测量的控 制 吹炼过程的枪位、氧流量和底吹流量的控制是根 据氧枪的设计、炉型的状况和终点成分的要求等来确 定。副枪测量在吹炼氧量占总氧量的85％左右开始。
----动态过程供氧量和冷却剂的计算 动 副枪1测量以后，根据副枪1测量（TSC）的温 态 度和碳以及终点钢水温度和钢种成分的要求，计 计 算供氧量和冷却剂（包括发热剂），进行动态校 算 正。
计算机控制炼钢的模型

动态模型
------动态模型的功能 当转炉供氧量达到氧耗量的85％左右时，降低吹 氧流量，副枪开始测温、定碳，并把测到的温度值及 碳含量送入过程计算机。过程计算机根据副枪测到的 实际值，计算出达到目标温度和目标碳含量所需补吹 的氧量及冷却剂加入量，并以副枪测到的实际值作为 初值，以后每吹3秒的氧气量，启动一次动态计算， 预测熔池内温度和目标碳含量，当温度和碳含量都进 入目标范围时，发出停吹命令。后面的图是动态过程 碳温预测示意图。
OX—从开始吹氧算起的吹氧量
计算机控制炼钢的模型
---- 动态模型参数计算
动态阶段钢水温度的 推算式：
式中
TM—副枪测定的钢水温度，℃； γ D—升温系数，℃/（m3·t）； δ D—升温常数，℃；
Ki—冷却剂的冷却能力，℃/t；
Ri—副枪测定后的冷却剂量，t。
计算机控制炼钢的模型
计算机控制炼钢具体的模型主要包括：出钢温 度计算模型 、主原料计算模型、熔剂计算模型、静 态计算模型、过程控制模型（吹炼模式）、动态计 算模型和合金计算模型。 模型的计算机理主要是基于熔池内各种元素的 化学反应和由此带来的物料平衡和热平衡。铁水的 重量、温度和成分（C、Si、Mn、P、S）、废钢量、 钢水量、终点温度、熔剂加入量、渣量和供氧量等 将作为物料平衡和热平衡的主要项。
计算机控制炼钢的发展
我国从六、七十年代首钢引进第一台用于 控制转炉炼钢的生产工艺计算机HOC 510开始， 太钢、鞍钢、宝钢和武钢等各大型转炉炼钢厂 均先后引进了用于控制转炉炼钢生产的计算机 系统，目前应用该项技术较好的是武钢和宝钢。

计算机控制炼钢配置
武钢三炼
（1）过程控 制计算机系统 硬件 主机服务器为 ALPHA server 软件 Fortran等英文 版本 静态模型+动态 模型 模型 （2）检测设 备 （3）转炉基 础自动化 进口副枪
计算机控制炼钢的模型
模型 机 理 简 要 描 述
出钢 ----出钢温度计算 温度 根据生产计划、钢种制造标准计算出冶炼炉次的出钢温度 。 计算
主 原 料 计 算
----铁水和废钢计算 根据钢种的要求选择熔剂组号，计算终渣的成分。 根据终渣的成分和铁平衡、热平衡、氧平衡决定最终的铁水和 废钢量。 具体采用二次出铁模型：在当前转炉冶炼炉次基础上提前2 炉，根据现有鱼雷罐铁水的成分和温度（其中用作计算使用的温度 为脱硫后考虑过程温降的最终折算出的温度）进行第一次计算，并 从鱼雷罐中出80％的铁水，再实测铁水温度（其中用作计算使用 的温度为脱硫后考虑过程温降的最终折算出的温度）和成分进行 第二次主原料计算，并补足所差铁水。
一、工程师画面-钢种标准画面-脱硫方式表
一、工程师画面-熔剂数据表
一、工程师画面-合金数据表
一、工程师画面-吹炼模式
一、工程师画面-废钢标准
一、工程师画面-计算边界条件
一、工程师画面-温度计算系数
一、工程师画面-静态计算系数
一、工程师画面-动态计算系数
一、工程师画面-熔剂计算系数
背景知识
2、转炉炼钢过程的控制形式
静态模型 动态模型
SL1
SL2
开 始 吹 炼
副 枪 检 测
提 枪 停 吹
副 枪 检 测
出 钢
背景知识
石灰、轻烧、 烧结矿、萤石
O2
N2
炉气（CO+CO2） 副枪
五孔拉瓦尔 型喷头
氧枪
氧气流股
乳浊液
（CO气泡、炉渣、铁粒）
熔池钢水
TSC、TSO偶头
氧气流股冲击区
转炉吹炼示意图
底吹（N2/Ar）
转炉计算机控制炼钢的概念
计算机控制炼钢的整个过程是：BOF二级机从ERP计算机接收 排程计划，插入指令形成生产计划，并根据生产计划、工艺技术 标准和计算机模型控制整个冶炼过程。

转炉冶炼的全程由转炉过程控制计算机运用静态模型和动态模 型进行吹炼参数计算（包括出钢温度、主副原材料量和供氧量， 副原料投料量和投料时刻，氧枪枪位和流量的变化，底吹气体种 类和流量的变化，吹止前动态过程吹氧量和冷却剂加入量，动态 过程熔池温度和碳含量的计算和预测，吹炼终点提枪时刻），并 提供给转炉基础自动化按其计算设定的数值和步骤控制执行，做 到吹止钢水温度和成分（碳）的精确控制，同时转炉基础自动化 将过程执行结果上抛给转炉过程控制计算机，供其进行模型自学 习和优化。
一、工程师画面-静态自学习数据
一、工程师画面-动态自学习数据
计算机过程控制主要画面

二、转炉操作画面-主画面
二、转炉操作画面-转炉常规数据
二、转炉操作画面-出钢温度计算
二、转炉操作画面-主原料计算
二、转炉操作画面-熔剂加入量计算
二、转炉操作画面-氧量冷却剂计算
二、转炉操作画面-吹炼跟踪
42.6
最 初 （97 年 底 ）
第一 阶段（ 年） 98
第二 阶段（ 年） 99
第三 阶段（ 2000 年）
0
应用阶段
不同阶段的自动炼钢应用率
计算机控制炼钢的应用
二、计算机炼钢控制水平的提高

制造良好的静态模型计算条件 准确设定静态模型计算参数 优化动态模型参数 控制水平提高的实绩
计算机控制炼钢的模型
模型 机 理 简 要 描 述
熔剂 ----熔剂（石灰、轻烧白云石和萤石等）的计算 计算 根据终渣的成分要求和渣量来计算熔剂的量。
----供氧量的计算 静态 根据铁水和废钢量、终点成分温度的要求，在转 计算 炉静态自学习的基础上，根据相关的校正系数来进行 供氧量和冷却剂的计算。
计算机控制炼钢的模型
转炉炼钢工艺模型
模型 机 理 简 要 描 述
出钢 合金 计算
----计算出钢过程合金的加入 根据钢水终点的氧含量和不同合金的 氧化程度和合金的收得率来计算出钢合金 的加入量。
计算机过程控制主要画面
一、工程师画面-主画面
一、工程师画面-钢种标准画面
一、工程师画面-钢种标准画面-标准温度表
一、工程师画面-钢种标准画面-标准合金表
铁水行车称量接口
钢水行车称量接 口
网络拓扑示意图
计算机控制炼钢的模型

静态模型
静态模型是依据初始条件（如铁水质量、成分、温度；废钢质 量、分类），要求的终点目标（如终点温度、终点成分），以及 参考炉次的参考数据，计算出本炉次的氧耗量，确定各种副原料 的加入量和吹炼过程中氧枪的高度。 静态模型计算是假定整个炉役的冶炼参数与目标值的关系是一 个连续函数。即在同一原料条件下，采用同样的吹炼工艺，则应 获得相同的冶炼效果。基本公式如下： y=yo+（x-xo） 式中y——本炉次计算的终点目标值； yo——参考炉次的实际目标值； x——本护次确定目标值的因素； xo——参考护次确定目标值的因素。 在x= xo 时y=yo，即在原料、工艺条件相同时，冶炼结果重现。 如x≠xo ，可根据本炉次与参考炉次的原原料、工艺等条件的差异， 推算出本炉次的目标值。

计算机控制炼钢以过程计算机控制为核心，实行对冶炼过程 的参数计算和优化、数据和质量跟踪、生产顺序控制和管理。

计算机控制炼钢的发展

计算机控制炼钢的开发和应用源于60年代，美国和 日本最先用数字计算机计算铁水、废钢和石灰用量，采 用静态模型对在线终点碳含量和温度进行控制，70年代 后，随着计算机应用飞速的发展和数学模型的研制与开 发，加上采用副枪监测、炉气分析和声纳噪声分析，计 算机控制炼钢取得了相当大的进展。近期成熟的计算机 控制炼钢，其数学模型是以冶金反应机理和传输理论为 基础，以经验或半经验关系式和数据为补充，以数值计 算方法为手段的半机理半经验模型，以运行速度不断提 高的计算机和副枪监测、炉气分析和声纳噪音分析为工 具，使过程预测、优化和工艺过程控制日臻完善。而基 于神经网络、模糊控制的（预报-控制型）专家系统模 型近几年发展得也相当迅速。
计算机控制炼钢的模型

动态模型
温度
A
B
碳含量
动态阶段钢水温度与碳含量预测示意图
计算机控制炼钢的模型
---- 动态模型参数计算
动态阶段吹氧量的 推算式：
式中： CM—副枪测定的含碳量，10-2% CEA—目标含碳量，10-2% Bi--冷却剂的氧量 ，m3/t α d--熔池脱碳速度系数 OXM—副枪开始测量时的氧耗量 C0 ---临界碳含量（常数）， 10-2% WST—钢水重量，t Ri---副枪测定后加入的冷却剂量，t β d--熔池脱碳速度常数
97 年底 98 年平均 99 年平均 00 年平均
副枪故障 未应用自动 故障 影响 炼钢炉数/ 率 比例 冶炼炉数 ％ ％ 433/754 6.5 11.3 197/875 94/859 97/975 6.3 4 2.9 27.9 36.2 29.1
副枪偶头 影响 测成 比例 率％ ％ 86.4 23.6 88.3 93.8 93.3 51.8 56.3 67
计算机控制炼钢的模型
---- 动态模型参数计算
动态阶段钢水含碳量的 推算式：
式中： CM—副枪测定的含碳量，10-2% WST—钢水重量，t Ri---副枪测定后加入的冷却剂量，t β d--熔池脱碳速度系数 OXM—副枪开始测量时的氧耗量
C0 ---临界碳含量（常数），10-2% Bi--冷却剂的氧量，m3/t α d--熔池脱碳速度常数
通讯中断 影响 中断 比例 次数 ％ 264 61 30 5 3 15.2 5.3 3.1
吹炼中断 影响 中断 比例 次数 ％ 18 4.2 10 2 1 5.1 2.1 1.0
计算机控制炼钢的应用
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
89 77.5 90.1
自 动炼钢 应用 率％
转炉计算机控制炼钢技术

背景知识


转炉计算机控制炼钢的概念
计算机控制炼钢的发展 Nhomakorabea计算机控制炼钢配置
计算机控制炼钢的模型


计算机过程控制主要画面
计算机控制炼钢的应用

结语
背景知识
1．转炉炼钢过程简介: （1）原 料: 主原料 (铁水、废钢、生铁) 副原料 (石灰、轻烧白云石、矿石 等) 气体：氧气、氮气、氩气 （2）产品: 钢水（温度、成分要求合格） 炉渣、烟气
宝钢二炼
宁波建龙
主机服务器为PC Server Intel 主机服务器为 ALPHA server Pentium Xeon 2.0GHz DEC Fortran等 Windows 2000等 中文版本 静态模型+动态 静态模型+动态模型 模型
进口副枪 进口副枪
氧枪、副枪、转 炉、加料等操作 控制系统PLC
同左
氧枪、副枪、转炉、加料等 操作控制系统PLC
至三级机 或四级机 应用服务器 数据库服务器 工程师台
来自连铸二级机
交换机
1#炉主控室 2#炉主控室
LF操作室
调度室
化验室
冶金办公室
转炉基础自动化 L1 交换机
分析仪器
2#氩站操作室 1#脱硫操作室 (预留2#脱硫) 废钢操作室 倒罐站操作室 1#氩站操作室
二、转炉操作画面-动态计算
计算机控制炼钢的应用
一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提
高
高 1、 实现计算机控制自动炼钢，自行完成的自动 化通讯调试工作： 将过程计算机吹炼模式成功地传递到基础自动化 使基础自动化准确采集铁水、废钢和熔剂的数据， 并向过程计算机传递 理顺了基础自动化与过程计算机之间熔炼号的变 化与传递关系


计算机控制炼钢的应用
一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高

联通了炉次操作顺序信号

联通了炉座转换操作信号
编制了吹炼终点自动提枪程序


编写了计算机通讯自动恢复程序
计算机控制炼钢的应用
一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提
高
2、开展的工艺和设备方面工作


副枪及其偶头攻关
铁水脱硫攻关