人机交互转炉终点控制技术探讨_郝建文.pdf

人机交互转炉终点控制技术探讨郝建文（河钢集团宣钢公司技术中心，河北宣化075100）摘要：转炉炼钢终点控制是保证炼钢能够顺利完成的一项重要操作，已成为衡量炼钢综合技术水平的一项重要指标。鉴于此，围绕转炉终点控制，重点分析人工经验炼钢及智能自动化控制技术，并将其结合形成有效的人机交互炼钢控制技术，从而利用终点控制实现不补吹倒炉出钢，一倒出钢率可达 78.5%，最终实现钢水质量的提升。关键词：转炉炼钢；终点控制；智能自动化控制；一倒出钢率中图分类号：TF713文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0204-030引言近年来，钢铁行业步入适度规模、减量发展的新常态，企业经营转向依靠技术进步、科学管理的集约化模式。转炉炼钢终点控制是把终点碳含量和终点温度作为主要控制对象，使钢水温度和成分达标的控制过程。转炉炼钢终点控制的好坏直接关系到炼钢的生产率、金属收得率、生产成本、能耗、资源利用率和钢的品质等一系列指标。随着计算机和自动化技术不断发展，转炉炼钢逐渐从人工经验控制、静态控制向着智能自动化控制1-5的方向发展。由于转炉炼钢过程存在很多难以定量的因素，难以获得准确实时的检测信息，这使得转炉炼钢终点控制6-8问题一直是转炉控制的焦点和难点，因此对转炉炼钢终点控制技术进行进一步优化具有一定的研究意义与实践价值。1人工经验炼钢控制人工经验炼钢控制9-10是指在转炉冶炼过程中，利用操作者的生产经验对炼钢过程进行判断并实施相应的处理，确定冶炼终点，以此完成一炉钢水的冶炼操作。转炉冶炼过程的经验控制包括出钢前对钢水中碳含量和温度的判断。1.1终点碳的控制终点碳控制的方法有：一次拉碳法、增碳法和高拉补吹法。一次拉碳根据终点碳含量和温度的要求进行吹炼，终点碳含量和温度同时达到目标时抬枪。这种操作能够使钢水的纯净度提高、钢铁料消耗降低、炉衬的侵蚀程度降低、炉衬的使用寿命提高。一次拉碳要求操作技术水平高，其优点是可以消除后吹的危害。增碳法主要利用低碳状况下炉渣才更有利于充分脱磷这一条件进行终点控制，一般适用于对终点钢中硫、磷含量要求较高的钢种。高拉补吹法的优点是终渣氧化铁含量低、金属收得率高，氧气消耗低、合金收得率高，钢水气体含量少，但高拉碳终渣氧化铁含量低致使脱磷困难。高拉碳终点的命中率也较低，通常需等成分确定后再看是否补吹。目前普遍采用高拉补吹法进行终点控制，该方法可使转炉各项技经指标有较大提升，但同时也制约了转炉终点控制，影响一倒出钢效率。因此要积极发挥操作技能专家带头作用，通过传帮带提升操枪工操作水平，提高操枪工看火焰（见图 1）、看碳花（见图 2）水平。1.2终点温度的控制吹炼前根据物料平衡及热平衡计算确定用料，分批次加入造渣料及冷却剂，根据冶炼过程适时调整氧枪枪位及氧气流量。吹炼过程中，可以通过观察炉口火焰来判断炉内的熔池温度，并指导操作，保证终点的碳温命中。除了通过观察炉口火焰和钢样判断钢水温度外，还可以根据炉膛的亮度、炉渣的亮度（见图3）、样勺中钢水的亮度来判断钢水的温度。这一系列的判定需要对平时生产情况有足够的掌握度。2智能自动化控制智能自动化控制是以信息化数据的形式对钢水温度及钢水数据进行细化的分析，并且展示在工作人员面前，可以对温度及其他方面进行控制。其核心“钢收稿日期：2023-02-01作者简介：郝建文（1985），男，河北崇礼人，毕业于河北理工大学测控技术与仪器专业，本科，工程师，现为河钢集团宣钢公司技术中心钢后技术研究室责工，主要从事炼钢、连铸工艺新产品开发及质量管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.077图 1炉口火焰终点判定图 2大样碳花终点判定图 3终点温度判定技术应用2023 年第 5 期水炉渣炉气”的热力学模型系统（见图 4）能够实时监测“钢水炉渣炉气”的实际状态，在吹炼操作期间，对钢水中碳实际质量分数及温度予以合理化地控制及调整，确保其处于标准范围之内。2.1智能自动化控制系统智能自动化控制拥有一、二级系统，一级系统指的是整个冶炼过程中的各种设备，主要完成冶炼过程中数据和设备状况信息的收集，同时在工艺过程中执行系统指令。二级系统主要包括冶炼模型、静态计算、动态计算仿真模型和自学习模型等。模型的计算机原理主要基于熔池内各种元素的化学反应和由此带来的物料平衡和热平衡。将铁水的重量、温度和成分（C、Si、Mn、P、S）、废钢量、钢水量、终点温度、散料的加入量、渣量和供氧量等作为物料平衡和热平衡的主要项。此外，还有根据冶炼的不同进程实现氧枪枪位自动控制模型，以及根据熔池的情况（温度及 C、P 含量）在停吹后未达到目标限定值而计算补吹时间、吹氧量、冷却剂等的加入量的停吹后补吹修正模型。2.2智能自动化炼钢技术运行保障1）智能自动化炼钢要求生产稳定连续，设备可准确地执行系统发出的工作指令，准确控制设备运行，确保生产能连续正常地进行。要求对炼钢本体 PLC 系统、氧枪枪位自动控制系统、转炉辅原料加入系统、风机数据采集系统、铁水供应信息系统、天车称重定位信息系统、成分检验分析系统等加强日常维护点检，确保为一级自动化系统提供的数据信息真实、准确、可靠。2）智能自动化炼钢需要吹炼前初始条件（如铁水、废钢、渣料成分和铁水温度等）的参数稳定，计算值修正变化量较少，吹炼状态平稳。要求从入炉铁水着手，保证铁水扒渣效果，扒渣后铁水亮面达 80%以上。安排专人对入炉铁水取样测温，给智能炼钢系统提供准确可靠的数据支撑。同时入炉废钢要求按钢中残余元素和成品硫含量分类堆放，按比例搭配使用，并且定期进行取样分析。3人机交互作用下的终点控制技术智能自动化控制系统增量模型主要依据二级数据库积累的丰富的冶炼原始数据，一旦出现诸如某些原始数据没有采集上、原料条件变化大（废钢分类杂等）的情况，需手动输入这些变动信息，计算机就会从数据库中查找相类似的生产炉次，再结合计算机进行模拟计算，进而实现合理的吹炼过程控制。系统主要分为 A/B/C 三个模式（见表 1）。当智能自动控制系统出现故障或预测偏差较大而发出错误指令时，操作工可以在任何时候根据现场情况转换氧枪控制模式：从自动控制到手动控制，或相反转换。在控制模式转换过程中，该系统计算和预测不停止，继续跟踪记录炼钢设备上发生的所有事件，并记录在冶炼报告中，以提供给管理人员进行生产和技术分析。入炉原料结构条件稳定、吹炼过程平稳时，人工终点可以借鉴智能炼钢系统预测进行判断，这样可有效提高转炉终点控制水平。通过人机交互系统进一步提升转炉终点控制水平，现选取 611月份转炉终点控制一倒出钢率、二倒出钢率、三倒出钢率进行对比（见表 2），应用人机交互技术初期，转炉一倒出钢率只有 3.3%，应用后期转炉一倒出钢率提高至 78.5%，成效显著。由于二级控制系统不能对返干和异常铁水喷溅现象作出监测，在进行相应调整时，对于异常炉次可以将相应料仓调成手动模式进行微调，所有料仓均具备在遇到异常炉次时转换为模式 B 或模式 C 的功能，料仓调整为手动模式进行手动干预，确保吹炼稳定。技术应用后转炉喷溅次数由 9 次/月降低至 1 次/月（见下页图 5）。图 4“钢水炉渣炉气”计算模型表 1智能自动化控制系统 A、B、C 三种模式下的功能项目功能描述“A”模式全自动“一键式”操作模式氧枪自动控制氧气流量自动控制自动配料加料按设定终点碳值可自动提枪“B”模式半自动“一键式”操作模式氧枪自动控制氧气流量自动控制手动配料加料，手动加料时二级系统可提供各种辅原料的加料量指令。按设定终点碳值可自动提枪“C”模式手动操作模式氧枪手动控制氧气流量手动控制手动配料加料手动操作模式下按现有一级自动化控制方式进行，但二级系统仍进行计算，提供参考枪位、流量及各种辅原料的各种指令及数据显示。在一级画面 3 种操作模式可随时进行无扰切换，每班测量液面修正值可在一级画面进行输入，一级画面可显示实际吹炼值。表 2人机交互技术应用前后转炉终点控制水平对比%月份67891011终点控制水平一倒出钢率3.329.746.664.173.078.5二倒出钢率92.267.951.435.126.221.3三倒出钢率4.52.42.00.80.80.2计算结果原始数据炉气炉渣钢水物料的数量和成分、温度和压力钢水的炉渣量、成分和温度郝建文：人机交互转炉终点控制技术探讨205山西冶金E-mail:第 46 卷Design of a Box Type Bar Material Warehouse with One Warehouse and Multiple UsesLi Mingtao（Qingdao City College,Qingdao Shandong 266106）Abstract:The original robot silo of a certain steel casting plant in Laiwu was not designed properly,resulting in insufficient precision inmaterial cutting,difficulty in material loading operation,and low efficiency in use.In response to this issue,the enterprise collaborated withQingdao City University to jointly develop new production processes and technologies,and designed a modern,universal,and efficientmaterial warehouse to cooperate with robots,achieving automatic loading and unloading during the production process,greatly improvingproduction efficiency.Key words:robots;silo;designAnalysis of Zero Discharge Treatment Technology for Wastewater from Alumina PlantsLi Yanjun（Liulin Branch of Lvliang Ecological Environment Bureau,Lvliang Shanxi 033300）Abstract:In order to further explore the effective application path of zero discharge treatment technology for wastewater from aluminumoxide plants,researchers took the actual situation of a certain aluminum oxide plant as an example to analyze some problems in the processof zero discharge of wastewater in the plant.Targeted measures were taken,such as adding wastewater treatment equipment,to promote theeffective application of zero discharge treatment technology for wastewater.From the perspective of practical application results,the zerodischarge treatment technology f