冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)研究

邵正宇

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司 江蘇 常州 213000

引言

當(dāng)前隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，我國同國際之間的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)交流也愈發(fā)頻繁，鋼鐵工業(yè)作為我國工業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在這一過程中也不可避免地受到了國際鋼鐵行業(yè)的影響，特別是國際上高質(zhì)量低成本的鋼鐵生產(chǎn)模式，為國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)指明了方向，促使其向著低能耗、高質(zhì)量的生產(chǎn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這就對(duì)煉鋼技術(shù)提出了更高的要求，利用自動(dòng)化控制技術(shù)改變傳統(tǒng)的控制模式，已經(jīng)是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)提高效率和質(zhì)量的必然選擇。

1 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)

1.1 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)簡介

對(duì)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)而言，低維護(hù)量煙氣分析系統(tǒng)是其中不可缺少的重要組成部分，又可以細(xì)分為氣體處理系統(tǒng)、氣體采樣系統(tǒng)等，其中采樣系統(tǒng)主要利用采集探頭負(fù)責(zé)氣體的采集工作，氣體處理系統(tǒng)則用于對(duì)氣體進(jìn)行分析處理，促使其溫度、含塵量等參數(shù)能夠滿足煉鋼生產(chǎn)要求[1]。在這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的部分就是系統(tǒng)模型部分，就鋼鐵生產(chǎn)而言，循環(huán)在線計(jì)算模型、預(yù)計(jì)算模型等模型均屬于不可缺少的重要模型，能夠?yàn)橄嚓P(guān)操作的控制以及參數(shù)的調(diào)整提供可靠的參考，進(jìn)而促使鋼鐵冶煉達(dá)到最佳的成效。

1.2 一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)

一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心在于將鋼鐵生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)事先存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，建立生產(chǎn)模型并維護(hù)模型參數(shù)，進(jìn)而通過對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)制度的控制，促使系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需要執(zhí)行不同的操作和生產(chǎn)工序，并對(duì)這一過程進(jìn)行監(jiān)督。

2 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼是將廢鋼、鐵合金以及鐵水冶煉為鋼鐵的一個(gè)過程，這個(gè)過程必須要將轉(zhuǎn)爐溫度升高至一定程度，促使廢鋼與鐵合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生熱量，而鐵水本身就會(huì)產(chǎn)生大量熱量，兩種不同熱量相互融合就意味著轉(zhuǎn)爐煉鋼的完成。當(dāng)前隨著時(shí)代的不斷發(fā)展與進(jìn)步，這種煉鋼技術(shù)存在一定的落后性，已經(jīng)無法滿足實(shí)際煉鋼需要，特別是隨著計(jì)算機(jī)信息化、自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，純機(jī)械化的生產(chǎn)模式的弊端暴露無遺，將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)進(jìn)行融合，應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煉鋼過程的精細(xì)化控制，提高煉鋼質(zhì)量和效率。

2.1 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化技術(shù)研究

2.1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制技術(shù)模型。反饋計(jì)算模型和動(dòng)態(tài)控制模型是轉(zhuǎn)爐煉鋼的兩個(gè)重要控制技術(shù)模型，其對(duì)含碳量以及吹煉終點(diǎn)的控制主要是通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。就動(dòng)態(tài)控制模型而言，其在煉鋼的過程當(dāng)中主要被用于氧氣量以及冷卻劑量的檢測(cè)，并且還能夠基于檢測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算鋼水的含碳量和與溫度，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的合理調(diào)整[2]。反饋計(jì)算模型則常被用于計(jì)算動(dòng)態(tài)模型所測(cè)量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行反饋，根據(jù)所反饋的誤差大小就可以科學(xué)調(diào)整計(jì)劃、補(bǔ)充原料。

2.1.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼中人工智能技術(shù)的應(yīng)用。人工智能技術(shù)是控制系統(tǒng)智能化的關(guān)鍵所在，對(duì)于系統(tǒng)中對(duì)于控制對(duì)象不確定、非線性特征較高，模型結(jié)構(gòu)與參數(shù)變化范圍過大，任務(wù)要求復(fù)雜等模糊且柔性、隨機(jī)且復(fù)雜的問題均可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行解決。

轉(zhuǎn)爐煉鋼控制過程與上面所描述的問題契合度較高，其表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性、滯后性，并且在煉鋼過程中牽扯到傳熱、傳質(zhì)等化學(xué)反應(yīng)，控制難度較大，傳統(tǒng)控制模式無法實(shí)現(xiàn)精確控制。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在鋼鐵冶煉過程控制方面的智能化程度也越來越高，在國內(nèi)一些大型煉鋼企業(yè)中，對(duì)冶煉過程進(jìn)行智能化控制已經(jīng)成為其降低成本、提高產(chǎn)品競爭力的重要方式。

2.1.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼中的模型研究。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程當(dāng)中，不論是控制技術(shù)還是人工技術(shù)均離不開模型的支持，就目前而言，計(jì)算機(jī)技術(shù)作為人工智能的核心技術(shù)，在此基礎(chǔ)上借助人為模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一些工況進(jìn)行模擬。不僅如此，動(dòng)態(tài)控制模型作為重要控制模型，也必須要充分掌握熱平衡原理和化學(xué)反應(yīng)的前提下，才能夠進(jìn)行應(yīng)用。由此可見，對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼中的模型進(jìn)行研究是非常有必要的，這對(duì)提高煉鋼效率，乃至解決企業(yè)生產(chǎn)過程中的一些問題而言，有著非常重要的幫助作用[3]。

2.1.4 數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘也就是通過算法從源數(shù)據(jù)中獲取隱藏的信息，在鋼鐵冶煉過程中主要是指挖掘模式或者方法，屬于人工智能的一項(xiàng)重要功能技術(shù)。就轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化生產(chǎn)而言，大量的傳感器每天都記錄下數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)，囊括生產(chǎn)過程中的各種信息，每日數(shù)據(jù)累積已突破TB級(jí)別，人們通過這些信息能夠清楚地了解到轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)詳情，以及實(shí)際的生產(chǎn)控制水平和管理水平。由此可見數(shù)據(jù)挖掘作用重大，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于煉鋼過程當(dāng)中，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘出降低能源消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的方法。

2.1.5 軟計(jì)算。軟計(jì)算是相對(duì)應(yīng)計(jì)算而言的一種新型計(jì)算方法，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、模糊計(jì)算以及遺傳算法等幾部分。當(dāng)前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)冶煉規(guī)模都非常大，對(duì)冶煉過程中各種參數(shù)及其變化趨勢(shì)的掌握也提出了更高的要求，而實(shí)際上冶煉過程受到諸多因素的影響，充滿了不確定性，使得鋼鐵冶煉一直無法建立數(shù)學(xué)模型，與技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合進(jìn)行精確控制。而軟計(jì)算則針對(duì)這些模糊、不確定的非數(shù)字過程有著良好的計(jì)算效果，能夠計(jì)算出最低代價(jià)的解決方案，也正因?yàn)槿绱?，軟?jì)算技術(shù)也在鋼鐵冶煉中得到了普遍的應(yīng)用。

2.2 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測(cè)技術(shù)

冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測(cè)技術(shù)主要被用于進(jìn)行轉(zhuǎn)爐液面高度、內(nèi)部成分以及熔鋼溫度等內(nèi)容的檢測(cè)，這些檢測(cè)參數(shù)被檢測(cè)后通過儀表進(jìn)行顯示和記錄，技術(shù)人員再通過分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而就可以為高效煉鋼提供支持。轉(zhuǎn)爐煉鋼檢測(cè)技術(shù)主要分為廢氣分析檢測(cè)和副槍檢測(cè)兩個(gè)方面，其中廢氣分析以爐氣定碳法進(jìn)行檢測(cè)，主要是對(duì)廢氣中一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻錃庖约把鯕獾暮窟M(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)煉鋼過程中脫碳速度進(jìn)行計(jì)算，就可以以此為基礎(chǔ)對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鋼液殘留的時(shí)刻含量信息進(jìn)行確定，進(jìn)而為鋼鐵的智能化冶煉過程提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。副槍檢測(cè)技術(shù)是一種重要檢測(cè)技術(shù)，其通過探頭的使用，能夠?qū)︿撘旱脑敿?xì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，是自動(dòng)化煉鋼不可缺少的重要技術(shù)，副槍技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)具備先進(jìn)煉鋼科技的一個(gè)重要標(biāo)志。

3 冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

就冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼而言，傳統(tǒng)模式控制效果和效率都不理想，進(jìn)行自動(dòng)化控制的本質(zhì)就是為了改變這種局面，使得煉鋼效率得到提升，進(jìn)一步提高鋼鐵產(chǎn)能。特別是在當(dāng)前國家提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下，實(shí)行自動(dòng)化轉(zhuǎn)爐煉鋼有利于減少能源消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，這對(duì)增強(qiáng)我國鋼鐵產(chǎn)品的競爭力而言，有著非常重要的作用[4]。首先通過自動(dòng)化系統(tǒng)能對(duì)冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼過程所需要的廢鋼、鐵水等原料的添加進(jìn)行精確地控制，避免了原料的浪費(fèi)，使得其利用效率得到提升。其次，自動(dòng)化系統(tǒng)具備監(jiān)控功能，技術(shù)人員通過各種類型的檢測(cè)儀表以及監(jiān)視器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煉鋼過程情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同樣對(duì)于轉(zhuǎn)爐內(nèi)的氦氣、氧氣以及冷卻水的含量也可以進(jìn)行監(jiān)控，并借助于自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)其添加含量及比例進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而使得這些添加劑的含量得到控制，鋼水的質(zhì)量也就得以保證，成品鋼材也具備較高的純凈度。如此一來，因副槍吹補(bǔ)過多而導(dǎo)致的重點(diǎn)命中率過低情況就可以得到有效的改善，鋼材中的成分也就更加固定，減少了不穩(wěn)定因素的影響，真正實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的煉鋼[5]。

冶金轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)不僅具備上述應(yīng)用價(jià)值，其優(yōu)越性還體現(xiàn)在其具備一定的自動(dòng)化數(shù)據(jù)記錄分析和完善的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)方面，對(duì)于每一次的冶煉，自動(dòng)化儀表都能對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這一功能的存在為轉(zhuǎn)爐等設(shè)備的維護(hù)工作，以及煉鋼相關(guān)理論的研究提供了完善的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)自動(dòng)化子系統(tǒng)之間屬于獨(dú)立系統(tǒng)，能夠相互替換進(jìn)行作業(yè)，有效避免了系統(tǒng)維護(hù)而影響生產(chǎn)的情況出現(xiàn)，保證了整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)。

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)能夠能有效提高鋼鐵生產(chǎn)的效率，同時(shí)降低能源消耗，在節(jié)能環(huán)保的要求下實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品高質(zhì)量的生產(chǎn)。就轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)際來看，應(yīng)當(dāng)注重廢氣處理，使得終點(diǎn)命中率得到有效的提升，進(jìn)而使得鋼水保持較高的穩(wěn)定性，提升成品鋼材的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煉鋼企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。