转炉炼钢自动化技术的研究与发展

赵迎秋

【摘 要】我国钢铁企业的转炉炼钢技术能力相对较低，生产的产品质量不高，成本能耗偏高，这与国际市场对于低成本下的高质量产品要求背道而驰，显然不利于我国的钢铁企业融入国际社会。因此，我国钢铁企业必须尽快改革转炉炼钢的技术，不断提高生产能力，尽快生产出高质量，低能耗的产品来。这就需要我国钢铁企业重视转炉炼钢的自动化控制技术，深化此方面的研究与应用，才能促进我国钢铁企业的真正振兴和腾飞。

【关键词】转炉炼钢 自动化控制 一级系统

随着计算机技术、检测手段和冶金模型的不断发展，通过数学建模和微机运算相结合，根据冶炼的相关初始信息和过程数据，就可以推算出转炉中各主要反应的进行情况，从而进行相应PLC控制操作，使转炉冶炼做到了有理可依，大大地提高了效率，并节省了人力和物力，这就是目前国内各钢厂正广泛推广使用的自动化炼钢技术。

1 转炉自动化炼钢系统简介及其先进性

1.1 烟气分析系统（模型）

LOMAS烟气系统（Low Maintenance Gas Analyzing System ）即低维护量的烟气在线连续分析系统，是整个系统的硬件部分，由采样系统、气体处理系统和分析系统组成。采样系统是安装在烟道上的两个气体采集探头，一备一用。能够利用采集处理后的多余气体，对备用探头进行自动反吹清洁。烟气探头取样点初步定在27m～39m平台间的烟道上。气体处理系统和分析系统放置27m平台上特制的小屋内，小屋的温度和环境受到严格控制，以保证设备的使用寿命。探头采集的气体经过降温除尘处理后送入分析系统中分析成分。LOMAS的气体处理系统可以对温度高达1800℃、烟尘含量高达100mg/m3的气体进行处理，从而达到适合分析系统的条件。LOMAS的分析系统采用VG Prima型号的质谱仪，能够在2s内迅速分析出烟气中CO、CO2、O2、H2、N2、Ar等气体含量，并且能达到较高的精度。

模型部分是整个系统的关键部分，西门子奥钢联的这套系统包含了多个模型：预计算、一次加料计算、二次加料计算、熔池液面计算、循环在线计算、DYNACON动态计算、补吹校正计算、合金加料计算、反馈计算等等，其中比较重要的是预计算模型、循环在线模型和DYNACON动态模型。

预计算模型是整合了加料计算、熔池液面计算和合金化计算等模型的静态计算模型，它静态的模拟了转炉的整个冶炼过程。模型依据在程序中预先设定好的标准冶炼步骤SMP进行计算。标准冶炼步骤SMP是在模型中重要的一部分，它包含了冶炼时采用的加料制度和氧枪制度，并将冶炼过程划分成了几个阶段，每个阶段都有各自的目标值，便于过程的调整和控制。预计算模型根据实际加入的废钢和铁水量，按照SMP中定义的氧枪及加料制度，计算所需加入的辅料量、吹氧量，并预测各个阶段的终点值。当预计算结果显示冶炼某个阶段未能达到目标值时，会在界面上给操作工显示出相应信息或警告，操作工据此调整实际操作参数如碱度、温度等，以达到最好的冶炼效果。

1.2 一级系统

一级自动化系统的运用不但使得加料反应灵活迅速，并且使生产过程更加稳定。因此只需要一台工程师站（计算机）就可以用来预先进行生产实际数据存储、物料数据库和模型参数的维护。操作工将根据不同的生产步骤的指导进行持续的可再生的生产，在一个舒适的用户界面的帮助下开始一个炉次的生产和监督。一级过程控制电脑将会按照存储的每个钢种的生产制度（吹氧制度、底吹制度、加料制度等），执行操作工要求的操作。一级过程跟踪功能会记录所有必要的过程数据，方便过程工程师评估。这是生产高质量钢产品所必需的。

2 国内外应用情况

目前在日本、德国的许多大型转炉上都采用了副枪与烟气分析结合使用的技术，如日本住友金属公司、日本新日铁、德国Thessenkrupp炼钢厂等。这些钢厂在采用了这些技术后，实现了完全自动化控制，不仅节省了人力物力，还提高了效率、产量，减少了喷溅和后吹。

本钢引进的是美国达涅利的烟气系统，其质谱仪也是VG Prima型磁扇式质谱仪。配合开发的计算模型，对于含碳量低于0.12%的炉次，其控制精度可达±0.02%，命中率为90%。副枪技术在国内应用较早，据了解，宝钢在副枪技术控制下，终点一次命中率为80%～85%，补吹率在10%以下。最近几年，国内也开始探讨两者相结合使用的全自动炼钢技术，如本钢、攀钢的系统。

3 转炉自动化炼钢系统对自动化的要求

先进的自动化炼钢技术的正常运转，对我们各个环节都提出了更高的要求。

3.1 对信号质量的要求

对信号的质量的要求，主要体现在两个方面：人员管理效率和设备控制精度。

（1）人员管理效率；自动炼钢模式主要应用在吹炼过程中的自动控制，但前期准备和后续工作大多要人工来完成。前期计划的下发要到位，脱硫站测温取样送样要及时，样品化验要快速准确，等等。在吹炼过程中一助手不可以随意切换至一级状态，这会导致一级无法正确判断出步骤状态。加强管理和提高效率是我们用好这套系统的关键。为了保证可以及时获得铁水信息，加长了原有的测温取样枪，使得原来只能在天车吊包时进行的测温取样工作，能够提前到出完铁就进行，节省了时间，保证了铁水信息的及时性。（2）设备控制精度；设备控制精度是为自动炼钢计算准确向着更高的目标前进的前提和保障。自动炼钢在调试期间，为了保证能够获得铁水信息，大大提高了铁水取样的成功率，确保了铁水成分的可获得性。

3.2 对设计逻辑思路上合理性的要求

我们以前的很多设计思路，是按照要求、规定等人为主观的原则进行设计的，但有些情况并不是主观规定能够预计到的。从自动炼钢的工程中，我们可以学到抛开各种想象的可能性，转为更为实际的数据获取方式。

4 结语

转炉自动化炼钢是目前炼钢产业的发展趋势，是炼钢企业节能降耗、提高产能的良好手段。充分引进吸收这类技术，对提高我国钢产品质量，提高整体冶炼水平有着重要意义。学习先进技术的优点，我们可以从中收获很多经验，为我们以后工作水平的提供宝贵的参考和指导。

参考文献：

[1] 王永富，李小平，柴天佑，谢书明.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（8）.

[2] 谢书明，柴天佑，陶钧.一种转炉炼钢动态终点预报的新方法[J].自动化学报，2001（1）.