任根柱 劉志國  回士旭

（鹽城市聯鑫鋼鐵有限公司，江蘇省鹽城市，224145）

摘要：當今的智能化進程中，鋼鐵行業的智能化改造相對其他行業仍處于較低水平，數據利用率低等挑戰依然存在。本文主要介紹轉爐全自動煉鋼控制技術中轉爐底吹控制系統在智能控制方面的應用實踐，采用計算機控制底吹參數及先進的控制算法模型，結合煉鋼過程情況進行修正和優化。并在實際生產中通過實施鐵水、廢鋼等物料的精細配料及冶煉過程及終點的動態調整，有效降低了生產成本，為實現智能化煉鋼提供了穩定的基礎保障。

關鍵詞：鋼鐵智能化；底吹自動化控制；精細配料

前言：

進入十四五，距離中國制造2025僅有4年時間，鋼鐵行業智能化改造任重道遠。某鋼鐵公司煉鋼廠十分注重自身智能化發展，現有煉鋼裝備為120噸頂底復吹轉爐兩座，70噸超高功率水平加料電爐1座，已經推廣智自動化煉鋼和MES產供銷一體化系統。十四五期間公司將繼續進行設備改造升級，引入更多、更先進的智能控制系統，打造智能車間，智能工廠樣板。

其中轉爐底吹控制系統在智能控制方面應用了大量的計算機控制設備及先進的控制算法。通過對轉爐底吹控制系統的分析，建立并完善了轉爐底吹系統模型。投產以后，運行穩定，自動化程度極高，為實現全自動煉鋼控制提供了可靠依據和實踐基礎。并根據分析結果進行控制系統開發及建模，逐步完善智能煉鋼控制能力，實現節能降耗。

1 轉爐底吹工藝概述

1.1 底吹工藝的目的

根據不同的冶煉要求，通過底吹供氣管、透氣磚向轉爐底部供氣，以相應的模式對溶池進行攪拌，以達到改善冶金反應速度動力學條件，縮短吹煉時間，降低渣中 Fe 含量，抑制噴濺，減少物料損失合熱損失，均勻成分、均勻溫度的目的。從而提高鋼產量，獲得優質鋼，同時通過降低合金加入量、吹氧量及吹攪氣體的消耗^[1]。

1.2 底吹模式及供氣強度的優化

頂底復吹條件下的均勻混合時間隨頂吹氣體的穿透深度和底氣比的增大而減小。底吹流量增大，熔池的攪拌能增加，均勻混合時間隨之減小。所以適量增大底吹供氣強度有利于提高轉爐的底吹攪拌效果，但如果底吹供氣強度過高，也會縮短底吹供氣元件壽命^[2]。綜合考慮多方面因素，結合品種結構和爐體狀況，優化設計三種底吹供氣自動化控制模式，詳見表1 。

表1 轉爐底吹模式/（Nm³/（t·min））

2底吹智能控制系統介紹

底吹系統控制一般分為五種方式：SDM 方式、PLC方式和本機自動、手動方式、檢修方式。其中轉爐底吹PLC 為一獨立系統， CPU由施耐德公司的 QUANTUM 系列的 140CPU53414A，由 1 個機架構成。底吹及頂吹、氧槍傾動、除塵、氣化冷卻等所有的 L1 級控制系統都通過以太網組織在一個大的網絡里面，可以方便地進行數據交換。L2 級模型數據通過網關，同 L1 實現數據交換。Gateway 也采用了一套小型 PLC，作為 L2 與 L1 級 PLC 通訊的數據網關進行實時數據通訊，避免了因網絡病毒和計算機通訊延時帶來的數據延誤。保證了數據的實時性和準確性^[3]。

2.1 自動控制系統優化控制實踐

本系統參數設計原則依據所產鋼種氮含量的要求，按工藝要求輸入要求吹攪的總流量及氮氬切換點并進行確認，至此工作站即可將所選模型下發至底吹PLC，由PLC 程序實時跟蹤氧量，按照曲線中各切換信號的要求，判斷耗氧量及各種信號是否到達，控制氮氣或氬氣切斷閥的開閉，計算各支路的流量設定值。各支路的流量控制器調節流量控制閥的閥位直到實際值與設定值相同為止。

2.2融合轉爐動態模型控制系統

轉爐動態控制模型是整個智能煉鋼系統的核心部分，它以物料及能量平衡、熱力學和動力學等理論為依據，在靜態控制模型的基礎上，利用激光爐氣分析儀檢測吹煉過程中產生的煙氣成分，并根據同步檢測的轉爐冶煉參數信息，計算熔池碳含量變化和升溫速度，實時預報轉爐冶煉過程熔池碳含量以及溫度數值。在動態模型控制下，融合底吹智能控制系統，更利于冶煉終點碳、溫度的高精準命中。同時，優良的融合數據為系統自學習功能的實現提供了海量數據參考，極大地改善了過程控制的有效性^［4］.

3精細配料優化

3.1轉爐精細配料優化

優化鐵水扒渣及溫度控制操作，對扒渣設備進行相應改造，對鐵水自動測溫取樣設備進行設計，確保鐵水帶渣量少，溫度準確；結合不同鋼種控制要求，將廢鋼按類別、冷卻效應及成分，分區域存放，便于天車系統運行中的正常定位及采集。應用鐵水“三穩一準”及廢鋼“三準一凈”控制技術，實現鐵水的溫度穩定、成分穩定、裝入穩定，實現廢鋼的精準計量、精準配比、精準分類、無雜無害。安裝天車定位及識別模塊、稱量裝置、無線傳輸設備，自動采集稱量數值，利用無線傳輸及工業以太網發送。

通過物料平衡和熱平衡，利用物料平衡計算初始石灰和白云石加入量，在初始石灰和白云石加入量的基礎上，利用熱平衡計算礦石加入量。在實際生產應用中，通過對原輔料成分的定期更新，確保基礎數據精度，從而提高配料計算模型的準確率。

3.2優化配料與底吹工藝優化控制

在轉爐生產過程中，精細配料后利用底吹系統控制入口的吹攪氣體類型和氣體流量來控制轉爐底部攪拌，并根據鋼種對成品氮含量 [N] 要求的不同，將其劃分為以下三種底吹控制模型：

（1）[N] ≤ 40ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹全程吹氬；

（2）40ppm ＜ [N] ≤ 70ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹進行氮氬切換；

（3）[N] ＞ 70ppm 的鋼種，吹煉過程中轉爐底吹進行全程吹氮。

精細配料可更接近于靜態模型的控制，根據煉鋼不同的時期，供氣的強度、供氣的種類都有不同（見圖1-2），根據上述曲線控制氮、氬切換的時機及供氣流量的大小（見圖3-4）。

4結語

鋼鐵行業是典型的流程工業。目前鋼鐵行業的自動化、信息化發展已具有良好的基礎，在行業綠色化轉型的過程中躍上智能化臺階，鋼鐵行業技術發展和進步將如虎添翼，目標是建立真正達到工業4.0水平。本文通過轉爐全自動煉鋼控制技術中轉爐底吹控制系統在智能控制方面的應用實踐，采用計算機控制底吹參數及先進的控制算法模型，結合煉鋼過程情況進行修正和優化。并在實際生產中通過實施鐵水、廢鋼等物料的精細配料及冶煉過程及終點的動態調整，碳溫雙命中率達到90%以上，有效降低了生產成本，為實現智能化煉鋼提供了穩定的基礎保障；

參考文獻

[1] 王德倉 . 鋼鐵生產中的新技術和替代工藝 [J]. 鋼鐵研究 ,1998(01):54-58+46.

[2] 高旭 , 于瑞波 , 王懷剛 .120t轉爐底吹系統的優化 [J]. 山東冶金 ,2019,41(05):76-77

[3] 苗青，李國柱，轉爐底吹計算機智能控制系統的優化控制 [J]. 電子元器件與信息技術，2020,4（02）：69-70

[4］郭偉達，李強篤，王忠剛，等.用于轉爐煙氣分析的防塵降溫箱：中國，201920163299.0［P］.2019-10-29.