基于激光烟气分析转炉智能炼钢控制系统查看源代码讨论查看历史
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主要技术内容
1. 技术背景和意义
转炉炼钢是长流程钢铁企业生产过程中的一个重要环节，发挥着重要的承上启下作用。转炉炼钢的状态控制在很大程度上决定了最后钢材成品的质量。转炉吹炼过程实质上是一个伴随高流速碰撞、多相位交融、高温度和高氧化性的剧烈物理化学[1]反应且非稳态的耗散过程。转炉冶炼过程追求平稳冶炼、终点精准控制，但我国转炉冶炼短期不可摆脱的处于一个条件多变、目标宽泛、数据可靠性低的工艺粗放但生产高效的炼钢水平这一现实。对转炉炼钢状态实行在线监测、冶炼过程稳定操作、终点目标精准控制和数据挖掘与分析利用一都是冶金行业待解决的难题。
2. 技术要点和优势
转炉炼钢状态在线监测较为成熟的手段有音频化渣控制、炉口火焰分析、炉口测温、烟气流量监测、激光或质谱仪炉气分析和近终点分析法（副枪检测、投弹测温、倒炉取样测温等）。转炉炼钢状态控制方法在实际生产中主要的有人工经验控制、静态控制和动态控制。绝大部分的钢厂仍然靠人工经验控制，依靠观察炉口火焰、取样观察并检测碳成分，动态调整枪位和配加炉料控制炉渣泡沫化。纯静态控制使用的较少，具备副枪控制技术的模型一般带静态控制模型。通过转炉智能控制系统开发，使得冶炼流程具备运行行为自感知、自决策、自执行、自适应能力，最终实现窄窗口稳定运行。
转炉智能化炼钢技术目前正在中国各钢厂推广使用，以副枪系统为检测手段的自动化炼钢技术在大转炉（＞120吨）上已普遍采用，但该系统投资大，占用空间大，运行成本较高。上世纪60年代开始，日本住友金属、德国EKO钢厂、荷兰霍戈文钢厂等开始研究并应用烟气分析动态控制技术，现如今国外钢厂基本单独采用烟气分析或采用“副枪+炉气分析”来实现智能化炼钢[2]。基于激光烟气分析技术首先从认识层面上由点修正提升为全时间域修正，如果配合副枪直接测量手段可使得转炉冶炼过程全阶段识别、过程稳定控制、终点准确命中。
技术应用情况
钢铁研究总院从1995年开始承接国家自然基金课题开始从事转炉自动化炼钢技术的研究。于2006年和济南钢铁合作开发采用基于激光气体分析技术的转炉的动态控制系统，为高效经济控制转炉生产实现自动化炼钢打下了基础。2016年，钢铁研究总院开发了一套从设备到系统软件完整的激光炉气分析智能炼钢系统。首先在山钢股份莱芜分公司炼钢厂上线运行，运行一年多，已实现单独应用激光炉气分析技术进行全过程无干预智能炼钢，并在降低生产成本、提高生产效率和改善钢水质量方面取得了较好的应用效果。2019年，我院陆续与济源钢铁、广东韶关、攀钢、宁夏申银签订基于激光烟气分析的转炉智能炼钢系统技术研发攻关项目。运用智能炼钢控制系统可以实现：转炉炼钢冶炼自动吹炼、自动底吹搅拌及自动加料；实现用大数据的方法准确计算造渣料加入量；利用终点控制模型，精准控制终点碳、终点温度；利用终点成分精准计算合金配比，实现窄范围出钢；对炼钢过程进行计算仿真，实时监控转炉冶炼状况；仿真模拟并监控、指导溅渣护炉工艺。