任根柱 刘志国  回士旭

（盐城市联鑫钢铁有限公司，江苏省盐城市，224145）

摘要：当今的智能化进程中，钢铁行业的智能化改造相对其他行业仍处于较低水平，数据利用率低等挑战依然存在。本文主要介绍转炉全自动炼钢控制技术中转炉底吹控制系统在智能控制方面的应用实践，采用计算机控制底吹参数及先进的控制算法模型，结合炼钢过程情况进行修正和优化。并在实际生产中通过实施铁水、废钢等物料的精细配料及冶炼过程及终点的动态调整，有效降低了生产成本，为实现智能化炼钢提供了稳定的基础保障。

关键词：钢铁智能化；底吹自动化控制；精细配料

前言：

进入十四五，距离中国制造2025仅有4年时间，钢铁行业智能化改造任重道远。某钢铁公司炼钢厂十分注重自身智能化发展，现有炼钢装备为120吨顶底复吹转炉两座，70吨超高功率水平加料电炉1座，已经推广智自动化炼钢和MES产供销一体化系统。十四五期间公司将继续进行设备改造升级，引入更多、更先进的智能控制系统，打造智能车间，智能工厂样板。

其中转炉底吹控制系统在智能控制方面应用了大量的计算机控制设备及先进的控制算法。通过对转炉底吹控制系统的分析，建立并完善了转炉底吹系统模型。投产以后，运行稳定，自动化程度极高，为实现全自动炼钢控制提供了可靠依据和实践基础。并根据分析结果进行控制系统开发及建模，逐步完善智能炼钢控制能力，实现节能降耗。

1 转炉底吹工艺概述

1.1 底吹工艺的目的

根据不同的冶炼要求，通过底吹供气管、透气砖向转炉底部供气，以相应的模式对溶池进行搅拌，以达到改善冶金反应速度动力学条件，缩短吹炼时间，降低渣中 Fe 含量，抑制喷溅，减少物料损失合热损失，均匀成分、均匀温度的目的。从而提高钢产量，获得优质钢，同时通过降低合金加入量、吹氧量及吹搅气体的消耗^[1]。

1.2 底吹模式及供气强度的优化

顶底复吹条件下的均匀混合时间随顶吹气体的穿透深度和底气比的增大而减小。底吹流量增大，熔池的搅拌能增加，均匀混合时间随之减小。所以适量增大底吹供气强度有利于提高转炉的底吹搅拌效果，但如果底吹供气强度过高，也会缩短底吹供气元件寿命^[2]。综合考虑多方面因素，结合品种结构和炉体状况，优化设计三种底吹供气自动化控制模式，详见表1 。

表1 转炉底吹模式/（Nm³/（t·min））

2底吹智能控制系统介绍

底吹系统控制一般分为五种方式：SDM 方式、PLC方式和本机自动、手动方式、检修方式。其中转炉底吹PLC 为一独立系统， CPU由施耐德公司的 QUANTUM 系列的 140CPU53414A，由 1 个机架构成。底吹及顶吹、氧枪倾动、除尘、气化冷却等所有的 L1 级控制系统都通过以太网组织在一个大的网络里面，可以方便地进行数据交换。L2 级模型数据通过网关，同 L1 实现数据交换。Gateway 也采用了一套小型 PLC，作为 L2 与 L1 级 PLC 通讯的数据网关进行实时数据通讯，避免了因网络病毒和计算机通讯延时带来的数据延误。保证了数据的实时性和准确性^[3]。

2.1 自动控制系统优化控制实践

本系统参数设计原则依据所产钢种氮含量的要求，按工艺要求输入要求吹搅的总流量及氮氩切换点并进行确认，至此工作站即可将所选模型下发至底吹PLC，由PLC 程序实时跟踪氧量，按照曲线中各切换信号的要求，判断耗氧量及各种信号是否到达，控制氮气或氩气切断阀的开闭，计算各支路的流量设定值。各支路的流量控制器调节流量控制阀的阀位直到实际值与设定值相同为止。

2.2融合转炉动态模型控制系统

转炉动态控制模型是整个智能炼钢系统的核心部分，它以物料及能量平衡、热力学和动力学等理论为依据，在静态控制模型的基础上，利用激光炉气分析仪检测吹炼过程中产生的烟气成分，并根据同步检测的转炉冶炼参数信息，计算熔池碳含量变化和升温速度，实时预报转炉冶炼过程熔池碳含量以及温度数值。在动态模型控制下，融合底吹智能控制系统，更利于冶炼终点碳、温度的高精准命中。同时，优良的融合数据为系统自学习功能的实现提供了海量数据参考，极大地改善了过程控制的有效性^［4］.

3精细配料优化

3.1转炉精细配料优化

优化铁水扒渣及温度控制操作，对扒渣设备进行相应改造，对铁水自动测温取样设备进行设计，确保铁水带渣量少，温度准确；结合不同钢种控制要求，将废钢按类别、冷却效应及成分，分区域存放，便于天车系统运行中的正常定位及采集。应用铁水“三稳一准”及废钢“三准一净”控制技术，实现铁水的温度稳定、成分稳定、装入稳定，实现废钢的精准计量、精准配比、精准分类、无杂无害。安装天车定位及识别模块、称量装置、无线传输设备，自动采集称量数值，利用无线传输及工业以太网发送。

通过物料平衡和热平衡，利用物料平衡计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础上，利用热平衡计算矿石加入量。在实际生产应用中，通过对原辅料成分的定期更新，确保基础数据精度，从而提高配料计算模型的准确率。

3.2优化配料与底吹工艺优化控制

在转炉生产过程中，精细配料后利用底吹系统控制入口的吹搅气体类型和气体流量来控制转炉底部搅拌，并根据钢种对成品氮含量 [N] 要求的不同，将其划分为以下三种底吹控制模型：

（1）[N] ≤ 40ppm 的钢种，吹炼过程中转炉底吹全程吹氩；

（2）40ppm ＜ [N] ≤ 70ppm 的钢种，吹炼过程中转炉底吹进行氮氩切换；

（3）[N] ＞ 70ppm 的钢种，吹炼过程中转炉底吹进行全程吹氮。

精细配料可更接近于静态模型的控制，根据炼钢不同的时期，供气的强度、供气的种类都有不同（见图1-2），根据上述曲线控制氮、氩切换的时机及供气流量的大小（见图3-4）。

4结语

钢铁行业是典型的流程工业。目前钢铁行业的自动化、信息化发展已具有良好的基础，在行业绿色化转型的过程中跃上智能化台阶，钢铁行业技术发展和进步将如虎添翼，目标是建立真正达到工业4.0水平。本文通过转炉全自动炼钢控制技术中转炉底吹控制系统在智能控制方面的应用实践，采用计算机控制底吹参数及先进的控制算法模型，结合炼钢过程情况进行修正和优化。并在实际生产中通过实施铁水、废钢等物料的精细配料及冶炼过程及终点的动态调整，碳温双命中率达到90%以上，有效降低了生产成本，为实现智能化炼钢提供了稳定的基础保障；

参考文献

[1] 王德仓 . 钢铁生产中的新技术和替代工艺 [J]. 钢铁研究 ,1998(01):54-58+46.

[2] 高旭 , 于瑞波 , 王怀刚 .120t转炉底吹系统的优化 [J]. 山东冶金 ,2019,41(05):76-77

[3] 苗青，李国柱，转炉底吹计算机智能控制系统的优化控制 [J]. 电子元器件与信息技术，2020,4（02）：69-70

[4］郭伟达，李强笃，王忠刚，等.用于转炉烟气分析的防尘降温箱：中国，201920163299.0［P］.2019-10-29.