智能炼钢电弧炉技术

智能炼钢电弧炉技术

摘要介绍3种智能电弧炉技术，分析了智能电弧炉的技术特点，讨论了我国发展智能电弧炉技术应注意的问题。

关键词炼钢电弧炉智能

近年来人工智能(AI，Artificial Intelligence)技术的发展，给现代电弧炉供电技术带来了新的动力。如利用神经网络(NN，Neural Networks)技术模拟电极调节器运动规律、学习动态变化的不平衡三相电气参数、预报电极在给定电气参数条件下的运动趋势等；利用专家系统(ES，Expert System)对神经网络控制进行监控、学习，保证控制的最佳化。国际上已有不少电炉采用了这项技术，取得了很好的效果。

1 几种智能电弧炉

近年来，国际上较为活跃的智能电弧炉技术有3种，即美国的IAF TM、SmartArc TM和德国的Simelt R NEC系统。表1是3种智能电弧炉的基本比较。

表1 3种超高功率智能电弧炉

Table 1 Three kinds of intelligence UHP electric arc furnace

美国NAC的IAF TM系统开发较早，应用也比较广泛；我国的广州钢厂和天津无缝钢管公司先后引进了该系统。IAF智能电弧炉可提供全新神经电弧炉，也可加装于现有电极调节器上，其控制框图见图1(a)。

美国SMI的SmartArc［TM］系统主要在北美应用，它基于该公司的ArcMeter快速测量系统，主要在该公司开发的DigitArc电极升降调节器上应用，其控制框图见图1(b)。

德国西门子公司的Simelt R NEC系统主要应用在欧洲，该系统既可装在该公司开发的Simelt系列电极升降调节器上，又可加装在其它电极调节器上，其控制框图见图1(c)。1997年3月，西门子曾专门在北京召开电炉技术研讨会，介绍并推广这套技术。

图1 3种智能电弧炉控制框图

Fig.1 Control block diagrams of three kinds of intelligence

electric arc furnace

2 技术分析

智能电弧炉技术是一项综合技术，可以融合各种现代超高功率电弧炉及其配套技术，是超高功率电弧炉的主要发展方向之一。

2.1 三相意识

IAF和Simelt-NEC的技术介绍中明确表示了其控制的“三相意识”：IAF用一个神经网络学习每一相与其它相的关系，进行10～20 min 的在线学习即可进行三相判断；Simelt-NEC建立的电气模型本身的每一相电阻、电抗都由三相决定，模型的合理性保证了控制的有效性。

2.2 动态调整

虽然一些智能电弧炉声称可装备在一般电极调节器上，但由于三相超高功率电弧炉的电参数变化很快，为了保证控制的稳定性，智能电弧炉一般都采用专用、快速准确的测量装备系统(电气参数、温度、流量、压力等)。以此为基础，进行阻抗设定点、变压器抽头、喷碳量、吹氧量等控制变量的动态调整。

2.3 工艺考虑

智能电弧炉考虑了越来越多的工艺、设备(包括电气)方面的因素，如水冷炉壁的温度、废钢的组成、泡沫渣的厚度、钢种、炉壁及炉门氧燃烧嘴、碳枪等。由于神经网络技术有很好的扩展性(神经元的增加给计算带来的复杂度的增加，可通过计算机芯片升级来解决)，以上因素的综合考虑并不存在技术上的困难。

2.4 多元智能

由于每种智能技术都存在长处和短处，如神经网络学习复杂变量之间关系，但不了解其原因，对学习样本之外的预测容易出错；专家系统基于规则，可不断学习总结新知识和启发推理，但不胜任复杂未知关系的学习和推理；模糊逻辑比专家系统有更强的一般化能力，但牺牲了精确度，其限制范围与专家系统相似。因此，采用多种智能技术，保证控制的灵敏、快速、安全、稳定是智能电弧炉发展的方向。

3 讨论

3.1 超高功率电弧炉技术的基础

长期以来，国际电炉炼钢界一直对电炉的电气运行十分重视。智能电弧炉技术就是从电炉的电气运行入手，结合冶炼工艺和自动化技术，将智能引入电炉控制和操作。

电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保证，关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术经济指标。正常工作的超高功率电弧炉，必需有合理的电气运行制度与之相匹配，如果电气运行制度不合理，不仅电耗增高、电极损耗加大、耐火材料侵蚀严重、冶炼周期加长，甚至可能造成操作无法进行。智能电弧炉技术的出现，使电炉炼钢电气运行合理化、技术手段和控制方法最优化。

3.2 发展我国智能电弧炉

近年来，我国陆续从国外引进多台炉型各异的现代超高功率电弧炉，虽然设备等硬件已达到国际水平或国际先进水平，但操作和使用还没有达到国际水平。也即引进的大电炉还存在合理使用的“软”问题。这个问题已逐渐被我国冶金界所认识，并逐步得到解决。国内的一些电炉厂家引进智能电弧炉技术便是基于这种考虑。但要进一步消化、吸收、改进，形成自主产权的智能电弧炉技术还有很长一段路要走。

NAC、SMI和Simens等3家公司都有较强的技术实力。NAC公司早先就开发出Mill Tech.HOH电炉监控系统，并在多台电炉上使用；SMI公司本身就具有生产电极调节器(DigitArc)和电参数速测系统(ArcMeter)等的技术实力；Simens是国际电气界的知名公司，Simens系列控制电气

设备、Simelt系列电极调节器表明了在电炉控制领域的实力。

4 结论

(1) 智能电弧炉技术是一项综合技术，融合了多种现代超高功率电弧炉及其配套技术，是超高功率电弧炉的主要发展方向之一。

(2) 我国要发展智能电弧炉技术，要考虑我国实际，走多方联合发展的道路。

作者简介：李京社，男，40岁，副院长、副教授，1989年获北京科技大学钢铁冶金硕士。从事钢铁冶金生产过程、UHP-EAF合理供电技术、优化炉料结构，炼钢工艺模型等技术研究。

作者单位：北京科技大学冶金学院，北京 100083

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