漫談轉爐煉鋼自動化控制

1、漫談轉爐煉鋼自動化控制摘 要 :本文屬于綜述性文章, 主要談了加強自動化轉爐煉鋼的必要性、 轉爐 煉鋼的自動化工藝及實行方法, 對從宏觀上了解自動化轉爐煉鋼有一定的積極意 義。關鍵詞 :工藝流程、自動化技術、 RBF 神經網(wǎng)絡一、 引言我國屬于發(fā)展中國家, 在很多技術上相對落后, 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)生產的鋼板質量偏低 , 而成本耗能還偏高 , 尤其缺乏高質量, 低能耗的的 精品鋼和特種鋼兩種類型的產品。 因此, 我國的鋼鐵企業(yè)必須盡快加大煉鋼技術 的改造力度,通過現(xiàn)代化的自動控制技術來提高鋼鐵企業(yè)的生

2、產能力和產品質 量, 以期盡可能適應日益嚴峻的國際國內煉鋼形勢的發(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、 轉爐煉鋼的自動化工藝流程及技術簡介自動化轉爐煉鋼主要是先對煉鐵廠提供的鐵水進行預處理 , 然后再對鐵水 一定的冶煉加工 , 最后形成鋼。轉爐冶煉鐵水成鋼 , 主要包含了這樣一個過程 , 首先進行氧化 , 去除雜質; 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 , 最好應用計算機自動加料的方法把石 灰分批次的進入爐中; 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終點控制技術 , 來取得爐碳溫度的雙 命中 , 此外 , 還要進行沉淀脫氧和真空脫氧 , 并與合金化幾乎可以同時進行 , 最 后 , 在出鋼的時候 , 一定要注意擋渣的工序 , 否則 , 將會嚴重影響煉鋼的質量和效果。三、 轉爐煉鋼的自動化技術

4、簡介轉爐煉鋼自動化技術 , 一般包含了以下幾種 : (1檢測技術 :傳統(tǒng)的轉爐煉鋼 已經很難適應現(xiàn)代社會的生產要求 , 尤其是隨著檢測技術 , 計算機技術和自動化 技術的飛速發(fā)展 , 轉爐煉鋼的自動化技術也隨之改進。目前 , 用于檢測技術的參 數(shù)主要包含了熔鋼溫度、 熔鋼成分和液面高度等 , 檢測技術主要有副槍檢測技 術 , 廢氣分析檢測技術以及特殊檢測技術; (2自動化技術 :轉爐煉鋼的自動化控 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。 轉爐煉鋼還是一個復雜的物化過程 ,

5、 通過應用人工智能技術 , 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動態(tài)控制系統(tǒng) , 實現(xiàn)了直接控制計算 機與現(xiàn)場的信號進行連接 , 另外還通過上位計算機來收集 , 顯示相關數(shù)據(jù) , 并對 數(shù)據(jù)進行交換和操作等。四、 利用自動化技術 , 提高轉爐煉鋼的質量現(xiàn)代化的轉爐煉鋼技術已經呈現(xiàn)出新的特點 , 主要表現(xiàn)為 :實現(xiàn)了自學習和 自適應狀態(tài); 模型有效利用了冶煉過程的信息; 實現(xiàn)了轉爐的自動噴吹等。 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 , 轉爐模型普遍采用了智能技術 , 使得控制水 平不斷提升。然而 , 我國目前的轉爐模型的開發(fā)與應用卻顯得十分不足 , 因此 , 我們要突破傳統(tǒng)轉爐模型的局限性 , 努力提高轉爐模型的自動化水平 , 規(guī)范冶 煉工藝流程 , 強化模型功能 , 實現(xiàn)轉爐自動吹煉和最佳冶煉效果 , 從而大大提升 我國轉爐煉鋼的自動化水平。具體來說 , 我們應該首先設計出一套自動化轉爐煉鋼的系統(tǒng)設計方案 , 本文 中采用了二級計算機控制方案 , 即 Ll 級基礎自動化控制和 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 , 主要負責動態(tài)顯示工序的工藝流程 , 控制設備啟動和 停止 , 實現(xiàn)簡單的人機交流與控制 , 設定并能夠及時調整某些工藝參數(shù)值 , 建立一個多層次的安全的控制權限體系 , 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)域的故障進行報警等。 這樣 , 我們可以通過組態(tài)軟件來 對現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和報警 , 從而使得轉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網(wǎng)絡技術的轉爐煉鋼技術自動化控制。其 中 , 我們主要研究了副原料量預報模型和終點動態(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 , 而具有在線學習能力 的神經網(wǎng)絡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 , 這種基于神經網(wǎng)絡技術的轉爐煉鋼技術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測的時候 , 應用 RBF 神經網(wǎng)絡 , 以提高冶煉過程中 碳、 溫的一次命中率。所謂的神經網(wǎng)絡系統(tǒng) , 是指一種高度復雜的非線性動力 學網(wǎng)絡系統(tǒng) , 由大量的基本神經元和不同的互聯(lián)方式連結而成。 迄今為止 , 人們已 經提出了多種神經網(wǎng)絡系統(tǒng) ,

9、本文主要探討 RBF 神經網(wǎng)絡系統(tǒng) , 即徑向基網(wǎng) 絡。這種網(wǎng)絡技術是在上個世紀八十年代末提出的 , 具有單隱層的三層前饋網(wǎng) 絡 , 它可以迅速的構建網(wǎng)絡拓撲圖而基本消除局部最小問題的產生。 RBF 網(wǎng)絡模 型的具體結構有三層 , 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)絡都是靜態(tài)的結構。此外 , RBF 神經網(wǎng)絡還有映射關系。具體 應用到副原料量靜態(tài)預報中去的話 , 我們要注意實現(xiàn)碳溫的雙命中。 我們要在轉 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)調整 過程。 靜態(tài)控制的過程很關鍵 , 因為 , 一旦該過程的目標不能趨近于目標值 , 那么 , 后期的動態(tài)調整就很難達到目標。 針對這種情況 , 我們構建了兩個 RBF 網(wǎng)絡模型 , 一個是吹氧量、 造渣劑加入量預測模型和合金加入量預測模型。 前一個模型主要 是準確控制吹氧量 , 有效去除鋼水中雜質。后一個模型主要是簡化了轉爐煉鋼過 程的難度。五、 結束語總之, 要生產出高質量的鋼材, 就必須提高自動化的應用程度。 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,提高認識。只