自动化炼钢控制技术分析

民营科技

2011年第12期

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MYKJ

科技论坛

我国钢铁企业存在精品钢、特种钢少，产品质量低、成本高等问题。钢铁企业面对入世后激烈竞争的局面，要求生存，求发展，就必须提高产

品质量，降低生产成本，研发高精尖的产品。

我国炼钢企业依靠自己的力量，不断改进和完善炼钢技术，随着自动化技术的发展，自动化控制技术已经广泛地应用于钢铁行业。近年来，在国家优化产品结构、提高产品质量的指导方针下，尤其是在2009年将钢铁列为国家重点发展的十大行业之一的推动下，钢铁行业正在进行着一场淘汰旧工艺、旧设备的变革。在这场变革中，大量采用了新工艺自动化技术，其中最主要的当属转炉炼钢自动化控制技术。

１转炉炼钢自动控制关键技术

转炉炼钢是炼钢过程中最重要且控制复杂的一个环节，其控制变量繁多而且精度要求高，转炉炼钢技术是伴随着计算机网络技术和计算机信息技术，以及工业控制技术和工业控制网络的发展而逐步发展起来

的。随着当代工业的发展以及检测技术及自动化技术在炼钢行业的广泛应用，转炉炼钢自动控制技术也有了飞速的发展。自动炼钢控制技术在转炉炼钢中的应用不仅极大的减少了工作人员的工作量，而且具有传统人工控制炼钢过程中所达不到的精度。1.1检测技术

检测技术要实现炼钢的自动化，检测仪表是一个重要的前提，只有对生产过程中所需的各个参数进行准确而又及时的测量，才能使各种控

制技术和方法得以实施。

在转炉炼钢中，需要检测的参数主要有：熔钢温度、液面高度、熔钢成分等。1.1.1废气分析检测技术

炉气定碳法的实质是以转炉冶炼过程中从炉口排出的废气成分和流量来反算炉内瞬时钢液残碳的含量。这种方法是由法国钢铁研究院在20世纪60年代初发明的，但是由于受到装料称量、成分、废气成分分析以及流量测量等误差的影响，其精度比较低。将副枪技术和炉气定碳技术结合起来的炉气副枪法，通过炉气定碳提供信息，以副枪测定为主，结合废气分析连续计算脱碳速度，从而确定熔池中的含碳量，使测量精度大为提高。

1.1.2副枪检测技术

全世界有100个以上的副枪系统在使用。1991年全世界转炉炼钢产量为4亿3千万吨，其中1亿5千万吨是使用副枪技术冶炼的。在国内，宝钢、鞍钢、首钢等大型钢铁公司也都采用了副枪检测技术，并取得了比较好的效果。1.1.3特殊检测技术

热点辐射光谱分析的锰实时检测技术系统包括光纤、光谱仪、双色高温计和计算机对于转炉炉渣信息的检测，先后出现了多种方法，如氧枪振动法、直接观察法、吹炼噪声法、微波渣面高度检测法等。1.2自动化技术1.2.1控制技术

控制系统能够准确地估计出吹炼终点的熔钢温度和含碳量，它包括动态控制模型和反馈计算模型。动态控制模型计算出从副枪测量到吹炼终点所需的氧气量和冷却剂量，并能根据副枪测得的含碳量、温度和

氧气流量值实时估计出钢水温度和含碳量。

而反馈模型计算出动态模型的估计误差并对动态控制模型中的误差进行调整，调整规则按误差趋势分成三种情况，并将专家系统引入该系统，进行静态控制模型补偿。1.2.2人工智能技术的应用

转炉炼钢是一个非常复杂的物理化学过程，终点命中率的提高受到一定的限制。随着人工智能技术的发展，转炉炼钢也开始逐渐应用这项新技术，并成为世界主要产钢国家竞相研究的热点。1.2.3模型研究

无论是静态控制还是动态控制，都是以控制模型为基础的。目前广泛使用的动态控制，实际上是根据以热平衡和化学平衡为基础得到的静

态模型来计算初始的装料量、氧流量、氧枪高度等，然后在吹炼过程中，

根据副枪检测到的信息修改控制策略，达到对转炉炼钢过程的控制。２自动化炼钢系统总体设计方案

根据转炉炼钢过程控制的复杂性和控制目标的具体要求，本文采用了二级计算机控制方案，即L1级基础自动化控制和L2级过程自动化控制，并且留有与L3级(生产管理)的硬件通讯和软件接口。系统采用以太网将Ll 级的电气控制站、仪表控制站、人机接口操作站和L2级的客

户机、

服务器、打印机等设备连接起来，各设备之间通过交换机相连接。L1级和L2级的数据管理均为客户机服务器模式。L1级负责工艺过程及设备状态的实时数据采集处理，完成各工艺过程及设备状态的画面显示

及故障报警处理，并根据操作人员的操作指令、

L2级下达的设定数据和现场各检测器的信号，完成各个工艺设备或者工艺过程的顺序控制和PID 调节控制；同时L1级的过程状态数据传送到L2级供模型计算、学习和其他功能使用，实现对冶炼过程的高级控制。系统具体体系结构如图1所示。

图1自动化炼钢系统模型

其中基础自动化系统包括氧枪自动控制系统、

下料自动控制系统、底吹控制系统、副枪自动控制系统、煤气回收自动控制系统、余热锅炉自动控制系统、转炉自动化仪表系统。二级过程控制系统包括数据采集模块、

下料计算模块、补吹校正计算模块、过程监控和报表打印。该自动化炼钢过程控制系统能够实现过程参数的集中显示和管理，在现场的终端提供友好的人机界面，包括工艺流程模拟、趋势曲线、参数报警等，实现了数据的集成，方便了人工的操作，使工作人员对现场设备运行情况有了直观、准确的了解。参考文献[1]王永富，李小平.转炉炼钢动态过程预设定模型的混合建模与预报[J].东北大学学报，2003，24(8)：715-718.[2]张弘，倪顺利.全新的自动化炼钢控制技术[J].冶金动力，2002.

自动化炼钢控制技术分析

王启均１２李仕雄１

（1.中南大学，湖南长沙410000；2.江西萍钢实业股份有限公司,江西萍乡337000）

摘要：介绍了炼钢自动化控制的两项关键技术，即检测技术和自动化技术，并进行了自动化炼钢系统总体方案的设计。

关键词：转炉炼钢；自动控制技术；检测技术；

总体方案