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1、转炉炼钢自动化控制龚伟东北大学钢铁冶金研究所2006年9月转炉炼钢自动化的必要性转炉炼钢是一个非常复杂的过程，要炼出满足要求的合格钢水，就必须控制熔钢的终点温度、含碳量和其它一些成分。而炼钢实用的原材料（包括高炉铁水、废钢及造渣材料等）种类多、数量大，冶炼过程温度高、时间短，可变因素多，变化范围大，这就给转炉炼钢的控制带来一定的困难。随着计算机和自动化技术的不断发展，转炉炼钢也逐渐从静态控制、人工经验控制向动态控制方向发展。目前人工智能技术已逐渐应用于转炉炼钢中，从而使终点命中率大大提高，冶炼时间
2、缩短，同时也减轻了工人的劳动强度。计算机控制炼钢的发展概要最初的计算机控制炼钢是用数字计算机计算铁水、废钢和石灰用量,采用静态模型在线对终点碳含量和温度进行控制；20世纪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、炉气分析和声纳噪音分析,计算机控制炼钢取得突破性进展；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
3、分析为工具,使过程预测、优化和工艺过程控制日臻完善。计算机控制炼钢的优点较精确地计算吹炼参数计算机控制炼钢计算模型是半机理半经验的模型,且可不断优化,比经验炼钢的粗略计算精确得多,因此其吹炼所需的氧量和造渣剂用量控制在最佳范围;无倒炉出钢计算机控制炼钢后吹率一般<8%,比经验炼钢少一半以上,其炼钢时间缩短5~10min,合金和耐材消耗明显降低;终点命中率高。计算机控制炼钢终点命中率,一般水平>80%，先进水平>90%,比经验炼钢终点命中率60%左右大幅提高。计算机控制系统的结构及其功能炼钢过程计算
4、机(二级机)系统控制框图计算机控制炼钢以过程计算机控制为核心实行对冶炼全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。转炉吹炼模型概述转炉炼钢数学模型是用数学式来定量表达吹炼过程所关心的主要参数,如化学元素和熔池温度在吹炼过程中的变化规律,以及各种操作因素对这些参数的影响;按建立数学模型所采用的方法,数学模型可分为理论模型(机理模型)、统计模型和经验模型等;按数学模型所描述的变量在过程中的状态不同,数学模型又可分为静态模型和动态模型,而静态模型和动态模型是目前在计算机控制炼钢中普遍采用
5、的较成熟的数学模型。静态模型静态模型是依据初始条件(如铁水的质量、成分和温度；废钢的质量和分类)，要求的终点目标(如终点温度和终点成分)，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；静态模型的建模方法有很多种，包括基于物料平衡和热平衡的理论模型、统计模型和经验型等；目前应用较为广泛的是静态增量模型，即：辅以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。静态增量模型静态增量控制模型，首先将冶炼过程的冷却剂投入量和氧气用量作为控制变量，
6、将钢水吹止[C]浓度和吹止温度作为被控量，而其它的成份和要求不直接列为被控内容，其次，建模的主要依据不是单纯依靠物理和化学方面的理论推导，而是依据人们通常所认可的再现性的经验考虑。考虑再现性原理的静态增量模型必须要有参考炉次作为冶炼过程的参考。静态增量模型计算方法转炉炼钢静态增量控制的计算过程可以归纳为：在参考炉次冶炼实绩的基础上，同时考虑本炉次与参考炉次之间各操作因素差异的影响，应用增量计算方法建立冶炼过程相应的热平衡和氧平衡关系式，从而最终确定本炉次整个冶炼过程的吹氧量和冷却剂用量。增量模型的
7、基本算法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=y0+(x-x0)y—本炉次计算的终点目标值;y0—参考炉次的实际目标值;x—本炉次确定目标值的因素;x0—参考炉次确定目标值的因素。增量模型的组成静态增量模型通常包括吹氧量模型、枪位模型和副原料模型；氧量模型的计算包括：按化学反应式计算吹炼一炉钢所需的氧量；计算由于加入矿石而带入的氧量；按一定吹炼比例计算一炉钢所需的氧量；按氧耗进程计算每个进
8、程的氧量；枪位模型的计算包括：按氧耗进程计算枪位；按液面高度计算枪位。副原料模型的计算包括：矿石加入量的计算；石灰加入量的计算；萤石加入量的计算和白云石加入量的计算。动态模型动态模型是指：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，并把测到的温度及碳含量值送入过程计算机。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3s的氧，启动一次动态计算，预测熔池内温度和目标碳含量，
