智能化助力炼钢高效转型———冶金模型与现代测控技术在炼钢流程的应用

如今，钢铁行业面临着节能减排等诸多挑战，同时也迎来了产业升级的新机遇。如何应对挑战，提高效率，完成钢铁行业转型？工业过程控制与自动化是一个高效的途径。置身于当前竞争日益激烈的全球化环境中，市场对于生产线的要求越来越高。生产现场需要完全智能化的、将工艺过程先进原理与现代测控技术集于一身，并具有高可靠性、高速、高扩展性的流水线，以满足用户对不同产品的特殊需求。基于先进的现代冶金原理，将现代测控技术与计算机过程控制技术集成于炼钢流程，为冶金工作者开辟了验证先进冶金原理的新平台，可以实现工艺流程的精确控制，提高产品的竞争力。 　　

副枪实时数据采集分析监控炉内状态 　　

转炉炼钢采用副枪技术后，可以不倒炉出钢，大大缩短了冶炼时间，提高了一次吹炼合格率，降低了冶炼成本。副枪的数据采集和分析系统实时采集数据，利用FPGA芯片强大的处理能力，将热电偶的电势实时、高速地转化为钢液温度等转炉炼钢过程的关键冶金参数，为监控炉内状态和过程控制提供依据，为冶炼终点判定的准确性奠定基础。 　　

氧枪振动检测智能防喷溅　 　　

在转炉吹炼过程中炉渣高度的控制至关重要，如果控制不当有可能引发喷溅，尤其在吹炼中前期。喷溅的发生与熔池温度、氧枪枪位和炉渣物性等息息相关。在吹炼末期，碳氧反应趋于平缓，炉渣泡沫化程度有所减轻，喷溅发生概率降低，除非人为操作不当而导致喷溅。相反，在吹炼末期，泡沫渣高度过低容易导致钢水增氮，不利于冶炼低氮钢，因此有必要在吹炼末期适当提高泡沫渣的高度，以防止钢水增氮。 　　

智能防喷溅系统利用氧气射流、钢渣冲刷扰动引起的氧枪机械振动在时域和频域上的差异，来监测转炉内钢渣的融化状态、气体逸出情况，从而间接检测跑渣。智能防喷溅系统运用氧枪振动分析技术，实时警示、检测喷溅发生和喷溅的严重程度，并向操作员提前预警。该系统可对氧枪位置和氧气流量进行反馈调节，迅速缓和甚至消除喷溅的发生。 　　

烟气分析系统用于RH精炼过程控制 　　

随着汽车、家电和机械等制造业的发展，对超低碳钢的需求越来越大，RH真空精炼工艺以其良好的脱碳能力成为国内外生产超低碳钢普遍采用的手段之一。但至今尚无精炼过程实时测量钢水中碳含量的方法。在RH脱碳过程中，多是根据操作经验来控制脱碳过程，其结果只能在取样化验后获得。这延长了精炼时间，而产品的质量也受到工艺条件波动的影响。 　　

RH精炼工艺过程控制系统，以废气分析为基础，包含废气取样、快速分析、数据采集和远程控制4个子系统，通过连续分析RH精炼过程废气的流量和组成，使得钢水中碳含量的变化得到实时准确监控，提高了终点碳含量的命中率。在模型计算过程中，根据实测的提升气体流量和真空室压力的变化可以计算出钢水循环流量Q，由废气流量和其中CO的含量可以计算出Wco、Wco2，用这些参数可以得到关于钢包内钢水碳含量Cl、真空室内钢水碳含量Cv 的二元微分方程组。采用龙格一库塔法(Runge-Kutta)，将冶金数学模型程序化，借助计算机进行计算，预测Cl和Cv的连续变化数值。 　　

钢包下渣检测提高钢液纯净度 　　严格控制连铸钢包到中间包的下渣量是控制钢中夹杂物数量、提高钢液纯净度的有效方法，下渣检测技术成为目前研究的重点。连铸过程中要生产高质量的铸坯，最根本的要素是严格控制钢包进入中间包的钢渣量，使之达到合理的最小值。依据钢渣和钢水的比重相差较大，在流经钢包长水口时其流动性也不同，导致两者对长水口的冲刷作用有很大差别的特性，通过检测与钢包长水口相连的操纵杆振动，利用钢水冲刷与钢渣冲刷引起的振动在时域和频域上的差异，来监测长水口内钢水的流动状态，从而间接检测下渣。 　　

钢包下渣系统可以实现灵活、稳定的闭环控制，具有比传统PLC更短的响应时间，同时新系统还具有成本低、精度高、人机界面友好、易于操作、扩展性好等特点。整个系统由测量传感器、信号隔离调理、数据采集、数据分析处理、控制输出组成，通信采用标准的工业以太网模式，而且模块化的设计理念大大缩短了开发周期，降低了控制系统的成本。 　　

连铸结晶器专家系统避免漏钢 　　

漏钢是连铸的恶性事故，连铸机漏钢会造成维修费用增加和生产的延误。对于连铸机而言，漏钢必须尽力避免。连铸结晶器专家系统可以对结晶器热电偶电势进行实时采集，利用虚拟仪器自身的函数嵌套M脚本编程建立相关算法，预测出漏钢的发生，启动报警并输出中断信号，使连铸机自动进入“爬行”状态，避免漏钢的发生。