漫談轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制

1、漫談轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制摘 要 :本文屬于綜述性文章, 主要談了加強(qiáng)自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼的必要性、 轉(zhuǎn)爐 煉鋼的自動化工藝及實行方法, 對從宏觀上了解自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼有一定的積極意 義。關(guān)鍵詞 :工藝流程、自動化技術(shù)、 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一、 引言我國屬于發(fā)展中國家, 在很多技術(shù)上相對落后, 這其中就包括鋼鐵行業(yè)。 而 鋼鐵屬于國家戰(zhàn)略性資源, 對一個國家的發(fā)展起著重要的制約作用。 我國目前的 鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的鋼板質(zhì)量偏低 , 而成本耗能還偏高 , 尤其缺乏高質(zhì)量, 低能耗的的 精品鋼和特種鋼兩種類型的產(chǎn)品。 因此, 我國的鋼鐵企業(yè)必須盡快加大煉鋼技術(shù) 的改造力度,通過現(xiàn)代化的自動控制技術(shù)來提高鋼鐵企業(yè)的生

2、產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì) 量, 以期盡可能適應(yīng)日益嚴(yán)峻的國際國內(nèi)煉鋼形勢的發(fā)展, 使得我國鋼鐵企業(yè)在 競爭激烈的市場環(huán)境下,求得生存和發(fā)展。二、 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化工藝流程及技術(shù)簡介自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是先對煉鐵廠提供的鐵水進(jìn)行預(yù)處理 , 然后再對鐵水 一定的冶煉加工 , 最后形成鋼。轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水成鋼 , 主要包含了這樣一個過程 , 首先進(jìn)行氧化 , 去除雜質(zhì); 然后加入一定的石灰等來制造氧化性的爐渣 , 在此過程 中 , 還需要一定的熱量來升溫 , 最后 , 還要加入脫氧劑和合金料來最終生成鋼材 料。具體來說 , 自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼包含了以下幾個方面的基本工藝流程 :煉鋼原材 料 , 即主要為鐵水 , 外加一

3、些增加劑; 合適的裝入制度 , 即爐容比 , 爐池深度和鐵水 比例; 供養(yǎng)制度 , 即供養(yǎng)壓力 , 強(qiáng)度 , 槍位和氧槍的噴頭等都有考究; 造渣制度 , 即爐渣要有一定的堿度 , 在造渣的過程中 , 最好應(yīng)用計算機(jī)自動加料的方法把石 灰分批次的進(jìn)入爐中; 溫度制度 , 即要確定出鋼的溫度和冷卻劑類型和數(shù)量; 終 點控制與出鋼合金化 , 即要注意采用計算機(jī)終點控制技術(shù) , 來取得爐碳溫度的雙 命中 , 此外 , 還要進(jìn)行沉淀脫氧和真空脫氧 , 并與合金化幾乎可以同時進(jìn)行 , 最 后 , 在出鋼的時候 , 一定要注意擋渣的工序 , 否則 , 將會嚴(yán)重影響煉鋼的質(zhì)量和效果。三、 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化技術(shù)

4、簡介轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化技術(shù) , 一般包含了以下幾種 : (1檢測技術(shù) :傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼 已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代社會的生產(chǎn)要求 , 尤其是隨著檢測技術(shù) , 計算機(jī)技術(shù)和自動化 技術(shù)的飛速發(fā)展 , 轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化技術(shù)也隨之改進(jìn)。目前 , 用于檢測技術(shù)的參 數(shù)主要包含了熔鋼溫度、 熔鋼成分和液面高度等 , 檢測技術(shù)主要有副槍檢測技 術(shù) , 廢氣分析檢測技術(shù)以及特殊檢測技術(shù); (2自動化技術(shù) :轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控 制 , 包含了靜態(tài)控制和動態(tài)控制 , 它們都是以控制模型為基礎(chǔ)的 , 其中最為廣泛 使用的還是動態(tài)控制。 控制系統(tǒng)還包括了動態(tài)控制模型和反饋計算模型的控制技 術(shù)。 轉(zhuǎn)爐煉鋼還是一個復(fù)雜的物化過程 ,

5、 通過應(yīng)用人工智能技術(shù) , 可以有效提高其 終點命中率; (3 控制系統(tǒng) : 美國鋼鐵公司采用的是直接控制和監(jiān)控級的兩極 控制系統(tǒng) , 日本鋼鐵公司采取了一體化的轉(zhuǎn)爐煉鋼自動控制系統(tǒng)之后 , 明顯減少 了人員使用 , 我國鋼鐵公司采用了計算機(jī)動態(tài)控制系統(tǒng) , 實現(xiàn)了直接控制計算 機(jī)與現(xiàn)場的信號進(jìn)行連接 , 另外還通過上位計算機(jī)來收集 , 顯示相關(guān)數(shù)據(jù) , 并對 數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和操作等。四、 利用自動化技術(shù) , 提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的質(zhì)量現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出新的特點 , 主要表現(xiàn)為 :實現(xiàn)了自學(xué)習(xí)和 自適應(yīng)狀態(tài); 模型有效利用了冶煉過程的信息; 實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐的自動噴吹等。 目前 , 在國際上最為普

6、遍采用的自動化控制模型為 :靜態(tài)模型 + 副槍檢測 + 動態(tài)模型 , 且在該模型中 , 最為突出的特點是 , 轉(zhuǎn)爐模型普遍采用了智能技術(shù) , 使得控制水 平不斷提升。然而 , 我國目前的轉(zhuǎn)爐模型的開發(fā)與應(yīng)用卻顯得十分不足 , 因此 , 我們要突破傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐模型的局限性 , 努力提高轉(zhuǎn)爐模型的自動化水平 , 規(guī)范冶 煉工藝流程 , 強(qiáng)化模型功能 , 實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐自動吹煉和最佳冶煉效果 , 從而大大提升 我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化水平。具體來說 , 我們應(yīng)該首先設(shè)計出一套自動化轉(zhuǎn)爐煉鋼的系統(tǒng)設(shè)計方案 , 本文 中采用了二級計算機(jī)控制方案 , 即 Ll 級基礎(chǔ)自動化控制和 L2級過程自動化 控制 , 并且留有與

7、 L3 級 ( 生產(chǎn)管理 的硬件通訊和軟件接口。系統(tǒng)軟件由 PLC 控制軟件和組態(tài)畫面組成 , 主要負(fù)責(zé)動態(tài)顯示工序的工藝流程 , 控制設(shè)備啟動和 停止 , 實現(xiàn)簡單的人機(jī)交流與控制 , 設(shè)定并能夠及時調(diào)整某些工藝參數(shù)值 , 建立一個多層次的安全的控制權(quán)限體系 , 曲線顯示工藝參數(shù)的運行的趨勢 , 記錄下具 體的事件以及對于某些區(qū)域的故障進(jìn)行報警等。 這樣 , 我們可以通過組態(tài)軟件來 對現(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)控和報警 , 從而使得轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制顯得更易于操作和 控制。這里 , 我們主要研究下基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)自動化控制。其 中 , 我們主要研究了副原料量預(yù)報模型和終點動態(tài)控制模型。我

8、國目前的鋼鐵冶 煉過程中使用的兩種模型在精度方面都有一定的局限性 , 而具有在線學(xué)習(xí)能力 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在一定程度上解決以上提到的不足 , 以任意精度接近非線性系 統(tǒng)。 因而 , 這種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)能夠提高冶煉過程中的一次命 中率 , 縮短冶煉時間 , 減少成本消耗等。 我們目前更多的在控制鋼鐵冶煉過程中的 吹氧量和副原料加入量的預(yù)測的時候 , 應(yīng)用 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) , 以提高冶煉過程中 碳、 溫的一次命中率。所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) , 是指一種高度復(fù)雜的非線性動力 學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) , 由大量的基本神經(jīng)元和不同的互聯(lián)方式連結(jié)而成。 迄今為止 , 人們已 經(jīng)提出了多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,

9、本文主要探討 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) , 即徑向基網(wǎng) 絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在上個世紀(jì)八十年代末提出的 , 具有單隱層的三層前饋網(wǎng) 絡(luò) , 它可以迅速的構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D而基本消除局部最小問題的產(chǎn)生。 RBF 網(wǎng)絡(luò)模 型的具體結(jié)構(gòu)有三層 , 第一層為輸入層 , 第二層為隱含層 , 第三層為輸出層。這 三種層次的前饋網(wǎng)絡(luò)都是靜態(tài)的結(jié)構(gòu)。此外 , RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還有映射關(guān)系。具體 應(yīng)用到副原料量靜態(tài)預(yù)報中去的話 , 我們要注意實現(xiàn)碳溫的雙命中。 我們要在轉(zhuǎn) 爐煉鋼過程中 , 把副槍檢測以前的定位為靜態(tài)控制過程 , 之后的定位為動態(tài)調(diào)整 過程。 靜態(tài)控制的過程很關(guān)鍵 , 因為 , 一旦該過程的目標(biāo)不能趨近于目標(biāo)值 , 那么 , 后期的動態(tài)調(diào)整就很難達(dá)到目標(biāo)。 針對這種情況 , 我們構(gòu)建了兩個 RBF 網(wǎng)絡(luò)模型 , 一個是吹氧量、 造渣劑加入量預(yù)測模型和合金加入量預(yù)測模型。 前一個模型主要 是準(zhǔn)確控制吹氧量 , 有效去除鋼水中雜質(zhì)。后一個模型主要是簡化了轉(zhuǎn)爐煉鋼過 程的難度。五、 結(jié)束語總之, 要生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼材, 就必須提高自動化的應(yīng)用程度。 然而這個過 程并不是一蹴而就的,需要廣大鋼鐵從業(yè)人員解放思想,提高認(rèn)識。只