自动化炼钢控制技术分析
冶金过程检测与控制
冶金过程检测与控制冶金过程检测与控制是现代冶金行业中非常重要的一部分，它对生产效率、产品质量、能源消耗等方面都有很大的影响。
冶金过程检测与控制是指通过实时检测和控制技术，对冶金过程中各个环节进行监控和控制，从而实现冶金过程的自动化、智能化和高效化运行。
冶金过程包括了炼焦、炼铁、炼钢、有色金属冶炼等多个环节，每个环节都有不同的特点和需要被检测和控制的因素。
下面我们逐一介绍一下。
炼焦是指通过加热煤炭排出气体和液体的化学过程，这个过程对钢铁生产过程来说非常重要。
在炼焦过程中，煤炭的变化和热量释放都会影响到炼焦炉的运行。
为了能够更好的控制炼焦过程，需要对炉内煤炭的温度、压力、含量等因素进行实时监测和控制，从而确保炼焦炉的稳定运行和产出的炼焦炭的质量。
炼铁是指将炼焦炭和铁矿石混合在高温下进行还原反应，从而得到熔融的铁和钢渣的过程。
在炼铁过程中，需要对炉内温度、气体成分、熔体成分等因素进行监测和控制。
通过实时监测炉子和原材料的参数，可以动态调整冶炼的参数，从而保证炉子的稳定运行和产出的铁水质量的稳定性。
炼钢是将熔融的铁水与其他合金元素进行混合，然后进行钢水的浇铸过程。
在炼钢过程中，需要对钢水熔体的成分、温度、流速等因素进行监测和控制。
在钢水浇铸的过程中，还需要实时监测钢渣的形成和分离，以及预防冷却现象对铸件质量的影响。
有色金属冶炼是利用电解或高温途径将金属从废料中提取和分离的过程，其过程与传统的冶炼不同。
在有色金属冶炼过程中，需要对电解槽温度、电压、电流、电解液浓度、PH值等因素进行实时监测和控制，从而确保冶炼产出的金属的质量和产量。
总之，冶金过程检测与控制能够实时监测和控制冶金生产环节中关键参数的变化，保证生产过程的质量和安全。
同时，应用现代化的冶炼技术，提高了生产效率和质量水平，减少了人力和能源消耗，实现了冶金生产的自动化化、智能化和高效化运行。
转炉模型炼钢简介
计算机控制炼钢的优点
较精确地计算吹炼参数 计算机控制炼钢计算模型是半机理半经验的模型,且可不 断优化,比经验炼钢的粗略计算精确得多,因此其吹炼所需 的氧量和造渣剂用量控制在最佳范围;
无倒炉出钢 计算机控制炼钢后吹率一般<8%,比经验炼钢少一半以上, 其炼钢时间缩短5~10min,合金和耐材消耗明显降低;
副枪动态模型
1. 副枪动态模型的任务： 在获得SL1副枪测定数据后，计算冶炼过程 后期应补吹的氧气量和冷却剂投入量。 在转炉冶炼后期开始补吹氧气之后，动态模 型实时计算当前补吹氧气量和冷却剂量条件 下，熔池的含碳量和温度。当补吹氧量和冷 却剂量等于整个动态过程的氧气量和冷却剂 量时，模型的计算结果就是其对转炉冶炼终 点成份和温度的估算值。
Hale Waihona Puke 静态模型静态模型是依据初始条件(如铁水的质量、成分和温度； 废钢的质量和分类)，要求的终点目标(如终点温度和终 点成分)，计算出本炉次的氧耗量，确定各种副原料的 加入量和吹炼过程中氧枪的高度 ；
静态模型的建模方法有很多种，包括基于物料平衡和 热平衡的理论模型、统计模型和经验型等；
目前应用较为广泛的是静态增量模型，即：辅以参考 炉次的参考数据，计算出本炉次的氧耗量，确定各种 副原料的加入量和吹炼过程中氧枪的高度。
转炉吹炼模型概述
转炉炼钢数学模型是用数学式来定量表达吹炼 过程所关心的主要参数,如化学元素和熔池温度 在吹炼过程中的变化规律,以及各种操作因素对 这些参数的影响;按建立数学模型所采用的方法, 数学模型可分为理论模型(机理模型)、统计模 型和经验模型等;按数学模型所描述的变量在过 程中的状态不同,数学模型又可分为静态模型和 动态模型,而静态模型和动态模型是目前在计算 机控制炼钢中普遍采用的较成熟的数学模型。
转炉炉气分析与“投弹”检测相结合在自动化炼钢技术中的应用
转炉炉气分析与“投弹”检测相结合在自动化炼钢技术中的应用转炉炼钢的目的是对兑入转炉的铁水和废钢等原料，采用通过氧枪连续吹氧和加入渣料造渣的方式，不断氧化[Si]、[Mn]和去除[P]、[S]等杂质，并降低熔池中的碳含量和提升熔池温度的过程。
能否实现直接出钢的主要条件为冶炼终点时钢水成分和温度是否满足目标要求；因此，冶炼终点钢水成分和温度命中率高的炼钢控制技术能减少补吹和倒炉取样的次数，可有效地缩短冶炼时间，提高转炉产量，降低生产成本，是转炉炼钢的关键技术。
目前，国内中小转炉占70％以上，大部分都是依靠人工经验来判断转炉终点的方法，即通过观看炼钢过程中火花的颜色来判断钢水成分和温度。
国内大转炉一般采用副枪矫正模型炼钢，在冶炼后期使用副枪探头检测反馈信号，进行终点动态矫正。
炉气分析是利用安装在转炉烟道上的气体分析仪实时分析转炉烟气成分，提高过程监控能力和预报钢水成分的一种自动化炼钢技术。
国外转炉一般使用质谱仪炉气分析模型系统进行终点预报和过程控制，主要目标为降低副枪探头消耗和判断炉况；国内有些中小转炉引进了国外的质谱仪炉气分析系统，在应用中存在设备昂贵、维护复杂和消耗高，以及国外模型与国内拉碳工艺差别较大的一些问题。
本文在邯钢120t转炉上使用自主开发的直插式气体分析仪、投弹检测技术和自动化炼钢模型，进行了中小转炉的全程过程控制自动化炼钢的尝试，并取得了较好的控制效果和经济效益。
一、自动化炼钢主要监控设备（一）直插式炉气分析系统本系统使用直插式炉气分析仪进行炉气成分监控，实现转炉炉况的全程动态监控，该系统与国外引进的质谱仪炉气分析系统不同，不需要取样系统和预处理系统，设备和安装方式简单，直接插入转炉烟道内，可以在室外工况下全天候运行，基本不需要维护。
此外，该系统比质谱仪（分析响应时间约3s)具有更快的分析速度，响应时间小于1s；并且，分析的数据基本没有漂移现象，不需要类似质谱仪的定期矫正和标气标定。
炼钢精炼炉钢包底吹控制系统改造分析
71C omputer automation计算机自动化炼钢精炼炉钢包底吹控制系统改造分析沈江珠（酒钢集团榆中钢铁有限公司，甘肃 兰州 730104）摘 要：随着当前炼钢行业的不断发展进步，其冶炼工艺技术基于创新手段，极大的提高了冶炼产品质量和生产效率。
而钢包底吹作为冶炼工艺中的重要环节，现有炼钢精炼炉钢包底吹控制系统已经不能完全满足现代化工艺生产需求，必须要对原有控制系统进行一定的优化和改造，保障钢包底吹控制系统具有良好的实施效果，提高氩气流量控制的合理性。
因此本文从硬件配置以及PLC 编程角度出发，在原有控制系统管理基础上，对其进行优化改造，旨在更好的促进炼钢精炼炉钢包底吹控制系统满足生产工艺要求，进一步提高生产效率和效益。
关键词：炼钢精炼炉；钢包底吹；控制系统；改造中图分类号：TF769 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）16-0071-2收稿日期：2020-08作者简介：沈江珠，男，生于1987年， 汉族， 甘肃临夏回族自治州人，本科，助工，研究方向：冶金工程。
钢包底吹是炼钢精炼炉在生产成品钢时，不可或缺的重要工艺手段。
其主要作用是通过搅拌和气洗钢水，以防止出现钢水氧化。
通常情况下，在开展钢包底吹工艺时，对精炼钢水质量影响最大的因素即是氩气流量的控制。
如氩气流量相对较大，则会导致穿液面发生严重的喷溅现象，从而致使钢水出现裸露氧化，致使夹杂物大量增加。
而如果吹氩气的流量较小，则会造成流量不够稳定、无法开展快速搅拌，不能完全的去除气体和夹杂物，影响炼钢过程的质量。
1 钢包底吹控制系统的原理炼钢精炼炉的钢包底吹控制系统改造的前提是了解和掌握其具体的工作原理。
一般情况下，钢包底吹控制系统是由两套氩气控制阀而组成，分别控制两组钢包底吹工艺的开展。
同时配备流量调节电磁阀，当其打开时，会产生对应的流量值。
而电磁阀的动作则是根据氩气流量工艺的实际要求而决定的，即是在HMI 设定炼钢工艺所需输出的流量值，通过计算后，能够准确得到电磁阀的动作状态，打开相应的阀而关闭其他无关阀。
转炉吹氧自动控制在转炉炼钢中的研究和应用
４氧 气 压 力 调 节 阀后 压 力 ；一 气 流 量 调 节 阀 ；一 气 流 量 调 一 ５氧 ６氧
２ 转 炉 吹 氧 自动 控 制 系统 具 体 实 施 方 式
以 Ａ氧 枪 在 工 作 位 为 例 说 明 ， 冶 炼 过 程 中 ， 在 当 Ａ氧枪支 路 切 断 阀 ｌ 开 时 计 时 器 开 始 计 时 ， ０打
２ 氧气 流量 调节 阀后 手 阀 ６ Ａ氧 枪 支路 手 阀 ９， ， ， Ｂ 氧 枪支 路手 阀 １ ， 打 开状 态 ， ３是 氧气 调 节 阀旁 通 手
阀１ ２是关 闭 状态 。 当 Ａ氧枪 降 到开 氧点 以下后 ， Ｂ
Байду номын сангаас
氧 枪支 路切 断 阀 ｌ 持 关 闭状 态 ， ４维 打开 Ａ 氧枪 支 路 切断 阀 １ ， 过调节 氧气 压 力 调节 阀 ３的开 度 和 ０通 氧 气流量 调节 阀 ５的开 度使供 氧气 流量 符合转 炉炼
钢 的工 艺要求 。
１ ２ 符 号说 明 ．
制方 式不但 能 够提 高钢水 质量 而且 可 以缩短 冶炼 时 间 ， 而提 高生 产 效 率 。 随着 银 山 型钢 炼 钢 厂 转 炉 进
二级 系统 的引 入 ， 炉炼 钢 自动化 程度 的提 高 ， 来 转 越 越需 要一种 适应 性 强 、 定 性 高 、 应 时 间 短 、 态 稳 响 稳
制 器的特 点 ， 计 了一种 复合模 糊控 制 器 ， 用 于 莱钢 １０ ｔ 炉吹 氧控 制 ， 高 了控 制 精度 。 设 应 ２ 转 提
特 别是 采 用干 法除 尘工 艺时 ， 能够 防止 因为 开吹 时氧 气 压 力不 稳 定造 成 的 点 火失 败 和静 电除
钢铁行业智能化冶炼工艺优化方案
钢铁行业智能化冶炼工艺优化方案第1章智能化冶炼工艺概述 (4)1.1 传统冶炼工艺的局限性 (4)1.1.1 能源消耗高：传统冶炼工艺在高温、高压环境下进行，能源消耗较大，导致生产成本较高。
(4)1.1.2 环境污染严重：传统冶炼工艺在产生大量废气、废水和固体废物的同时还伴严重的噪声污染，对生态环境造成严重影响。
(4)1.1.3 生产效率低：受限于人工操作和设备功能，传统冶炼工艺在生产效率方面存在一定的局限性。
(4)1.1.4 产品质量不稳定：由于人工操作和设备磨损等因素，传统冶炼工艺生产出的产品质量波动较大，影响产品竞争力。
(4)1.2 智能化冶炼工艺的发展趋势 (4)1.2.1 绿色环保：智能化冶炼工艺通过优化能源利用和减少污染物排放，实现绿色生产。
(4)1.2.2 高效节能：智能化冶炼工艺采用先进设备和技术，提高生产效率，降低能源消耗。
(4)1.2.3 自动化生产：智能化冶炼工艺通过自动化控制系统，实现生产过程的精确控制，提高产品质量。
(4)1.2.4 网络化协同：智能化冶炼工艺利用大数据、云计算等技术，实现生产过程的实时监控和远程调度，提高行业竞争力。
(4)1.3 智能化冶炼的关键技术 (5)1.3.1 智能控制系统：采用先进的控制算法和设备，实现冶炼过程的自动控制，提高生产效率。
(5)1.3.2 传感技术：利用高精度传感器实时监测冶炼过程中的各项参数，为智能控制系统提供数据支持。
(5)1.3.3 数据分析与处理技术：通过大数据分析技术，挖掘生产过程中的潜在规律，为优化冶炼工艺提供依据。
(5)1.3.4 机器学习与人工智能：利用机器学习和人工智能技术，实现冶炼工艺的智能优化，提高产品质量。
(5)1.3.5 网络通信技术：构建高效、稳定的网络通信系统，实现生产过程的数据传输和信息共享。
(5)1.3.6 技术：研发具有冶炼操作能力的，替代人工完成高危险、高强度的工作。
朱荣：电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展！收藏学习！
朱荣：电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展！收藏学习！1 引言电弧炉炼钢是世界主要炼钢方法之一，以废钢为主要原料，具有流程短、能耗低等特点。
近年来，随着废钢资源的逐步释放及节能环保的需要，电弧炉炼钢迅速发展。
我国“十三五”《钢铁工业调整升级规划（2016-2020 年）》指出：加快发展循环经济，按照绿色可循环理念，注重以废钢为原料的短流程电炉炼钢的发展。
纵观电弧炉炼钢技术的发展历程，围绕“高效、低耗、绿色化和智能化”的生产目标，电弧炉炼钢领域开发出一系列新技术、新工艺、新装备，电弧炉炼钢技术及装备水平不断提高。
近年来，电弧炉炼钢在原有高效节能冶炼技术的基础上，在绿色清洁生产、智能检测与控制等方面取得了长足进步，大大提高了电弧炉炼钢过程的绿色化和智能化水平，推动了钢铁工业技术的进步。
本文从电弧炉炼钢绿色化和智能化关键冶炼技术出发，介绍并分析了近年来电弧炉炼钢绿色及智能化技术的发展情况及本团队的最新研究成果。
2 电弧炉炼钢绿色化技术进展与转炉长流程炼钢相比，电弧炉短流程炼钢在节能环保方面具有显著技术优势。
尽管如此，随着人们对环境问题的日益关切以及国家节能环保政策的相继实施，未来电弧炉炼钢必然朝着绿色化生产方向发展。
2.1 废钢破碎分选技术废钢是钢铁循环利用的优势再生资源。
废钢的资源化利用在钢铁工业节能减排、转型升级方面扮演重要角色。
随着汽车、机电、家电等报废数量的不断增加，社会回收的废旧金属成分更加混杂，包含黑色金属、有色金属、非金属等。
废钢的高效破碎与分选是保证电弧炉炼钢原料质量的前提与关键，对电弧炉炼钢实现洁净化冶炼至关重要。
废钢铁破碎分选研究始于20 世纪60 年代，最具代表性的是美国的纽维尔公司和德国的林德曼公司、亨息尔公司和贝克公司，他们率先推行破碎钢片(Shred)入炉，在改善回收钢品质、提高经济效益方面都具有显著效果。
德国在80 年代末推出的废钢破碎机(Shredder)在某些方面已超过了美国。
LF精炼智能控制技术现今应用和未来发展情况研究
LF精炼智能控制技术现今应用和未来发展情况研究摘要：LF精炼炉最早是由日本的大同特钢企业研发成功，这种技术具有较高的加热效率、精准的温度控制、使用成本较低、适应范围较广以及较强的除夹杂能力等，因此在当前的冶金行业当中得到了广泛的运用。
特别是在转炉冶炼方面上，其生产效率一直在不断提升，同时也有着大幅提升的连铸比，在此基础之上还能够突破钢水进行二次精炼时的限制，进而更好的衔接转炉、连铸这两种工艺。
由此可见，这种工艺技术的合理运用，能够极大提升生产效率与质量，同时将智能控制技术融入其中并大力发展，更是推动技术革新与创新的重要动力。
关键词：LF精炼；智能控制技术；应用；未来发展1、LF精炼智能控制现状1.1国内研究应用情况近些年，国内在智能精炼方面做了一些积极的研究，主要是依托高校和科研院所进行基础研究，跟生产厂进行合作共同开发。
但国内还没一家企业能完全实现智能化精炼，有少数厂家进行了个别模型的开发应用，但都不系统、未集成，终点预报准确性不高。
1997—2003年，宝钢与东北大学合作开发LF终点成分及温度预报模型、LF脱氧合金化模型项目，开发的LF炉过程控制模型于2005年6月在宝钢300tLF炉上投入应用，但没有开发底吹氩模型，且各子模型离散化不集成；2012年东北大学以135tLF精炼炉为研究对象，研究了LF精炼渣硫容量计算模型，重点研究和开发了LF精炼过程钢水脱硫在线预报模型，进行了现场调试、验证；2017年梅钢在精炼工序开展合金模型的研究和应用，对降低合金总成本、提高钢水成分控制精度发挥了重要的作用，也是单一模型控制，终点预报成功率80%左右。
1.2存在问题在整个炼钢工艺系统，转炉及连铸工序控制高度自动化，甚至已实现“一键炼钢”或“一键浇注”，为工序降低成本、质量稳定控制等提供了有效支撑。
LF 精炼智能控制无法有效协同集成的原因有：1)LF精炼作为中间工序，因其是一个多变量、非线性、强耦合、时变、工作环境恶劣及随机干扰性强的更为开放的系统，模型控制难度增加;2)LF精炼渣系丰富多元、各钢企生产组织多变、过程直接检测手段有限等使得LF精炼控制模型很难达到统一；3）国内LF炉大多是引进设备，外方考虑到技术保密性，很多算法和程序都是“黑箱加密”的，这样就造成了投资较高，系统不开放，设备发生故障时不好维护，也无法根据实际实现二次优化开发，使得现LF精炼控制单系统或单项技术应用相对较多，多元系统优化集成后的智能化精炼控制很少见。
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民营科技
2011年第12期
55
MYKJ
科技论坛
我国钢铁企业存在精品钢、特种钢少，产品质量低、成本高等问题。钢铁企业面对入世后激烈竞争的局面，要求生存，求发展，就必须提高产品质量，降低生产成本，研发高精尖的产品。我国炼钢企业依靠自己的力量，不断改进和完善炼钢技术，随着自动化技术的发展，自动化控制技术已经广泛地应用于钢铁行业。近年来，在国家优化产品结构、提高产品质量的指导方针下，尤其是在2009年将钢铁列为国家重点发展的十大行业之一的推动下，钢铁行业正在进行着一场淘汰旧工艺、旧设备的变革。在这场变革中，大量采用了新工艺自动化技术，其中最主要的当属转炉炼钢自动化控制技术。１转炉炼钢自动控制关键技术转炉炼钢是炼钢过程中最重要且控制复杂的一个环节，其控制变量繁多而且精度要求高，转炉炼钢技术是伴随着计算机网络技术和计算机信息技术，以及工业控制技术和工业控制网络的发展而逐步发展起来的。随着当代工业的发展以及检测技术及自动化技术在炼钢行业的广泛应用，转炉炼钢自动控制技术也有了飞速的发展。自动炼钢控制技术在转炉炼钢中的应用不仅极大的减少了工作人员的工作量，而且具有传统人工控制炼钢过程中所达不到的精度。1.1检测技术检测技术要实现炼钢的自动化，检测仪表是一个重要的前提，只有对生产过程中所需的各个参数进行准确而又及时的测量，才能使各种控制技术和方法得以实施。在转炉炼钢中，需要检测的参数主要有：熔钢温度、液面高度、熔钢成分等。1.1.1废气分析检测技术炉气定碳法的实质是以转炉冶炼过程中从炉口排出的废气成分和流量来反算炉内瞬时钢液残碳的含量。这种方法是由法国钢铁研究院在20世纪60年代初发明的，但是由于受到装料称量、成分、废气成分分析以及流量测量等误差的影响，其精度比较低。将副枪技术和炉气定碳技术结合起来的炉气副枪法，通过炉气定碳提供信息，以副枪测定为主，结合废气分析连续计算脱碳速度，从而确定熔池中的含碳量，使测量精度大为提高。1.1.2副枪检测技术全世界有100个以上的副枪系统在使用。1991年全世界转炉炼钢产量为4亿3千万吨，其中1亿5千万吨是使用副枪技术冶炼的。在国内，宝钢、鞍钢、首钢等大型钢铁公司也都采用了副枪检测技术，并取得了比较好的效果。1.1.3特殊检测技术热点辐射光谱分析的锰实时检测技术系统包括光纤、光谱仪、双色高温计和计算机对于转炉炉渣信息的检测，先后出现了多种方法，如氧枪振动法、直接观察法、吹炼噪声法、微波渣面高度检测法等。1.2自动化技术1.2.1控制技术控制系统能够准确地估计出吹炼终点的熔钢温度和含碳量，它包括动态控制模型和反馈计算模型。动态控制模型计算出从副枪测量到吹炼终点所需的氧气量和冷却剂量，并能根据副枪测得的含碳量、温度和氧气流量值实时估计出钢水温度和含碳量。而反馈模型计算出动态模型的估计误差并对动态控制模型中的误差进行调整，调整规则按误差趋势分成三种情况，并将专家系统引入该系统，进行静态控制模型补偿。1.2.2人工智能技术的应用转炉炼钢是一个非常复杂的物理化学过程，终点命中率的提高受到一定的限制。随着人工智能技术的发展，转炉炼钢也开始逐渐应用这项新技术，并成为世界主要产钢国家竞相研究的热点。1.2.3模型研究无论是静态控制还是动态控制，都是以控制模型为基础的。目前广泛使用的动态控制，实际上是根据以热平衡和化学平衡为基础得到的静态模型来计算初始的装料量、氧流量、氧枪高度等，然后在吹炼过程中，
根据副枪检测到的信息修改控制策略，达到对转炉炼钢过程的控制。
２自动化炼钢系统总体设计方案
根据转炉炼钢过程控制的复杂性和控制目标的具体要求，本文采
用了二级计算机控制方案，即L1级基础自动化控制和L2级过程自动化
控制，并且留有与L3级(生产管理)的硬件通讯和软件接口。系统采用以
太网将Ll级的电气控制站、仪表控制站、人机接口操作站和L2级的客
户机、服务器、打印机等设备连接起来，各设备之间通过交换机相连接。
L1级和L2级的数据管理均为客户机服务器模式。L1级负责工艺过程及
设备状态的实时数据采集处理，完成各工艺过程及设备状态的画面显示
及故障报警处理，并根据操作人员的操作指令、L2级下达的设定数据和
现场各检测器的信号，完成各个工艺设备或者工艺过程的顺序控制和
PID调节控制；同时L1级的过程状态数据传送到L2级供模型计算、学
习和其他功能使用，实现对冶炼过程的高级控制。系统具体体系结构如
图1所示。
图1自动化炼钢系统模型
其中基础自动化系统包括氧枪自动控制系统
、下料自动控制系统、
底吹控制系统、副枪自动控制系统、煤气回收自动控制系统、余热锅炉自
动控制系统、转炉自动化仪表系统。二级过程控制系统包括数据采集模
块、下料计算模块、补吹校正计算模块、过程监控和报表打印。
该自动化炼钢过程控制系统能够实现过程参数的集中显示和管
理，在现场的终端提供友好的人机界面，包括工艺流程模拟、趋势曲线、
参数报警等，实现了数据的集成，方便了人工的操作，使工作人员对现场
设备运行情况有了直观、准确的了解。
参考文献
[1]王永富，李小平.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，2003，24(8)：715-718.
[2]张弘，倪顺利.全新的自动化炼钢控制技术[J].冶金动力，2002.
自动化炼钢控制技术分析
王启均１２李仕雄
１
（1.中南大学，湖南长沙410000；2.江西萍钢实业股份有限公司,江西萍乡337000）
摘要：介绍了炼钢自动化控制的两项关键技术，即检测技术和自动化技术，并进行了自动化炼钢系统总体方案的设计。
关键词：转炉炼钢；自动控制技术；检测技术；总体方案