冶金转炉炼钢自动化控制技术研究

2021-11-30邵正宇

科学与信息化 2021年17期

邵正宇

中天钢铁集团有限公司江苏常州 213000

引言

当前随着经济全球化的不断深入，我国同国际之间的经济、技术交流也愈发频繁，钢铁工业作为我国工业结构的重要组成部分，在这一过程中也不可避免地受到了国际钢铁行业的影响，特别是国际上高质量低成本的钢铁生产模式，为国内钢铁生产指明了方向，促使其向着低能耗、高质量的生产模式进行转变，这就对炼钢技术提出了更高的要求，利用自动化控制技术改变传统的控制模式，已经是钢铁生产企业提高效率和质量的必然选择。

1 转炉自动化炼钢系统

1.1 转炉自动化炼钢系统简介

对转炉自动化炼钢系统而言，低维护量烟气分析系统是其中不可缺少的重要组成部分，又可以细分为气体处理系统、气体采样系统等，其中采样系统主要利用采集探头负责气体的采集工作，气体处理系统则用于对气体进行分析处理，促使其温度、含尘量等参数能够满足炼钢生产要求[1]。在这个自动化系统中，最为关键的部分就是系统模型部分，就钢铁生产而言，循环在线计算模型、预计算模型等模型均属于不可缺少的重要模型，能够为相关操作的控制以及参数的调整提供可靠的参考，进而促使钢铁冶炼达到最佳的成效。

1.2 一级自动化系统

一级自动化系统的核心在于将钢铁生产相关参数事先存储到计算机当中，建立生产模型并维护模型参数，进而通过对计算机内钢铁生产制度的控制，促使系统根据生产需要执行不同的操作和生产工序，并对这一过程进行监督。

2 冶金转炉炼钢自动化控制技术

转炉炼钢是将废钢、铁合金以及铁水冶炼为钢铁的一个过程，这个过程必须要将转炉温度升高至一定程度，促使废钢与铁合金发生化学反应，并产生热量，而铁水本身就会产生大量热量，两种不同热量相互融合就意味着转炉炼钢的完成。当前随着时代的不断发展与进步，这种炼钢技术存在一定的落后性，已经无法满足实际炼钢需要，特别是随着计算机信息化、自动化技术的不断发展，纯机械化的生产模式的弊端暴露无遗，将计算机信息技术、网络技术以及控制技术进行融合，应用到转炉炼钢过程中当中，能够实现对炼钢过程的精细化控制，提高炼钢质量和效率。

2.1 冶金转炉炼钢自动化技术研究

2.1.1 转炉炼钢的控制技术模型。反馈计算模型和动态控制模型是转炉炼钢的两个重要控制技术模型，其对含碳量以及吹炼终点的控制主要是通过控制系统来实现的。就动态控制模型而言，其在炼钢的过程当中主要被用于氧气量以及冷却剂量的检测，并且还能够基于检测数据来计算钢水的含碳量和与温度，进而在此基础上就能够实现对相关参数的合理调整[2]。反馈计算模型则常被用于计算动态模型所测量的数据并进行反馈，根据所反馈的误差大小就可以科学调整计划、补充原料。

2.1.2 转炉炼钢中人工智能技术的应用。人工智能技术是控制系统智能化的关键所在，对于系统中对于控制对象不确定、非线性特征较高，模型结构与参数变化范围过大，任务要求复杂等模糊且柔性、随机且复杂的问题均可以利用人工智能技术进行解决。

转炉炼钢控制过程与上面所描述的问题契合度较高，其表现出较强的非线性、滞后性，并且在炼钢过程中牵扯到传热、传质等化学反应，控制难度较大，传统控制模式无法实现精确控制。随着人工智能技术的不断发展，其在钢铁冶炼过程控制方面的智能化程度也越来越高，在国内一些大型炼钢企业中，对冶炼过程进行智能化控制已经成为其降低成本、提高产品竞争力的重要方式。

2.1.3 转炉炼钢中的模型研究。转炉炼钢过程当中，不论是控制技术还是人工技术均离不开模型的支持，就目前而言，计算机技术作为人工智能的核心技术，在此基础上借助人为模型能够实现对一些工况进行模拟。不仅如此，动态控制模型作为重要控制模型，也必须要充分掌握热平衡原理和化学反应的前提下，才能够进行应用。由此可见，对转炉炼钢中的模型进行研究是非常有必要的，这对提高炼钢效率，乃至解决企业生产过程中的一些问题而言，有着非常重要的帮助作用[3]。

2.1.4 数据挖掘。数据挖掘也就是通过算法从源数据中获取隐藏的信息，在钢铁冶炼过程中主要是指挖掘模式或者方法，属于人工智能的一项重要功能技术。就转炉炼钢自动化生产而言，大量的传感器每天都记录下数以万计的数据，囊括生产过程中的各种信息，每日数据累积已突破TB级别，人们通过这些信息能够清楚地了解到转炉炼钢的生产详情，以及实际的生产控制水平和管理水平。由此可见数据挖掘作用重大，将数据挖掘技术应用于炼钢过程当中，就可以根据数据挖掘出降低能源消耗、提高产品质量的方法。

2.1.5 软计算。软计算是相对应计算而言的一种新型计算方法，包括神经网络计算、模糊计算以及遗传算法等几部分。当前国内钢铁企业冶炼规模都非常大，对冶炼过程中各种参数及其变化趋势的掌握也提出了更高的要求，而实际上冶炼过程受到诸多因素的影响，充满了不确定性，使得钢铁冶炼一直无法建立数学模型，与技术进行有效的结合进行精确控制。而软计算则针对这些模糊、不确定的非数字过程有着良好的计算效果，能够计算出最低代价的解决方案，也正因为如此，软计算技术也在钢铁冶炼中得到了普遍的应用。

2.2 冶金转炉炼钢检测技术

冶金转炉炼钢检测技术主要被用于进行转炉液面高度、内部成分以及熔钢温度等内容的检测，这些检测参数被检测后通过仪表进行显示和记录，技术人员再通过分析软件对数据进行分析处理，进而就可以为高效炼钢提供支持。转炉炼钢检测技术主要分为废气分析检测和副枪检测两个方面，其中废气分析以炉气定碳法进行检测，主要是对废气中一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气以及氧气的含量进行检测，进而对炼钢过程中脱碳速度进行计算，就可以以此为基础对转炉内的钢液残留的时刻含量信息进行确定，进而为钢铁的智能化冶炼过程提供可靠、准确的数据支持。副枪检测技术是一种重要检测技术，其通过探头的使用，能够对钢液的详细情况进行准确的检测，是自动化炼钢不可缺少的重要技术，副枪技术的应用已经成为钢铁企业具备先进炼钢科技的一个重要标志。

3 冶金转炉炼钢自动化系统的应用价值

就冶金转炉炼钢而言，传统模式控制效果和效率都不理想，进行自动化控制的本质就是为了改变这种局面，使得炼钢效率得到提升，进一步提高钢铁产能。特别是在当前国家提倡节能减排的大环境下，实行自动化转炉炼钢有利于减少能源消耗，提高产品质量，这对增强我国钢铁产品的竞争力而言，有着非常重要的作用[4]。首先通过自动化系统能对冶金转炉炼钢过程所需要的废钢、铁水等原料的添加进行精确地控制，避免了原料的浪费，使得其利用效率得到提升。其次，自动化系统具备监控功能，技术人员通过各种类型的检测仪表以及监视器，能够实现对炼钢过程情况的实时监控，同样对于转炉内的氦气、氧气以及冷却水的含量也可以进行监控，并借助于自动化控制系统对其添加含量及比例进行调整，进而使得这些添加剂的含量得到控制，钢水的质量也就得以保证，成品钢材也具备较高的纯净度。如此一来，因副枪吹补过多而导致的重点命中率过低情况就可以得到有效的改善，钢材中的成分也就更加固定，减少了不稳定因素的影响，真正实现高质量的炼钢[5]。

冶金转炉炼钢自动化系统不仅具备上述应用价值，其优越性还体现在其具备一定的自动化数据记录分析和完善的网络服务系统方面，对于每一次的冶炼，自动化仪表都能对相关数据进行记录，这一功能的存在为转炉等设备的维护工作，以及炼钢相关理论的研究提供了完善的数据支持。同时自动化子系统之间属于独立系统，能够相互替换进行作业，有效避免了系统维护而影响生产的情况出现，保证了整个转炉炼钢系统的正常运转作业。