轉(zhuǎn)爐爐氣分析與“投彈”檢測相結(jié)合在自動(dòng)化煉鋼技術(shù)中的應(yīng)用轉(zhuǎn)爐煉鋼的目的是對(duì)兌入轉(zhuǎn)爐的鐵水和廢鋼等原料，采用通過氧槍連續(xù)吹氧和加入渣料造渣的方式，不斷氧化［Si］、［Mn］和去除［P］、［S］等雜質(zhì)，并降低熔池中的碳含量和提升熔池溫度的過程。能否實(shí)現(xiàn)直接出鋼的主要條件為冶煉終點(diǎn)時(shí)鋼水成分和溫度是否滿足目標(biāo)要求；因此，冶煉終點(diǎn)鋼水成分和溫度命中率高的煉鋼控制技術(shù)能減少補(bǔ)吹和倒?fàn)t取樣的次數(shù)，可有效地縮短冶煉時(shí)間，提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)中小轉(zhuǎn)爐占70%以上，大部分都是依靠人工經(jīng)驗(yàn)來判斷轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的方法，即通過觀看煉鋼過程中火花的顏色來判斷鋼水成分和溫度。國內(nèi)大轉(zhuǎn)爐一般采用副槍矯正模型煉鋼，在冶煉后期使用副槍探頭檢測反饋信號(hào)，進(jìn)行終點(diǎn)動(dòng)態(tài)矯正。爐氣分析是利用安裝在轉(zhuǎn)爐煙道上的氣體分析儀實(shí)時(shí)分析轉(zhuǎn)爐煙氣成分，提高過程監(jiān)控能力和預(yù)報(bào)鋼水成分的一種自動(dòng)化煉鋼技術(shù)。國外轉(zhuǎn)爐一般使用質(zhì)譜儀爐氣分析模型系統(tǒng)進(jìn)行終點(diǎn)預(yù)報(bào)和過程控制，主要目標(biāo)為降低副槍探頭消耗和判斷爐況；國內(nèi)有些中小轉(zhuǎn)爐引進(jìn)了國外的質(zhì)譜儀爐氣分析系統(tǒng)，在應(yīng)用中存在設(shè)備昂貴、維護(hù)復(fù)雜和消耗高，以及國外模型與國內(nèi)拉碳工藝差別較大的一些問題。本文在邯鋼120t轉(zhuǎn)爐上使用自主開發(fā)的直插式氣體分析儀、投彈檢測技術(shù)和自動(dòng)化煉鋼模型，進(jìn)行了中小轉(zhuǎn)爐的全程過程控制自動(dòng)化煉鋼的嘗試，并取得了較好的控制效果和經(jīng)濟(jì)效益。一、自動(dòng)化煉鋼主要監(jiān)控設(shè)備（一）直插式爐氣分析系統(tǒng)本系統(tǒng)使用直插式爐氣分析儀進(jìn)行爐氣成分監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐況的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，該系統(tǒng)與國外引進(jìn)的質(zhì)譜儀爐氣分析系統(tǒng)不同，不需要取樣系統(tǒng)和預(yù)處理系統(tǒng)，設(shè)備和安裝方式簡單，直接插入轉(zhuǎn)爐煙道內(nèi)，可以在室外工況下全天候運(yùn)行，基本不需要維護(hù)。此外，該系統(tǒng)比質(zhì)譜儀（分析響應(yīng)時(shí)間約3s）具有更快的分析速度，響應(yīng)時(shí)間小于1s；并且，分析的數(shù)據(jù)基本沒有漂移現(xiàn)象，不需要類似質(zhì)譜儀的定期矯正和標(biāo)氣標(biāo)定。（二）投彈矯正系統(tǒng)在冶煉過程中或臨近終點(diǎn)，大轉(zhuǎn)爐一般使用副槍進(jìn)行溫度和成分的點(diǎn)測進(jìn)行模型的矯正，由于副槍體積龐大，一般中小轉(zhuǎn)爐無法安裝；此外，副槍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，副槍探頭價(jià)格昂貴，使用和維護(hù)成本較高。本系統(tǒng)針對(duì)中小轉(zhuǎn)爐的特點(diǎn)，使用料倉口投彈檢測系統(tǒng)，通過從料倉口投放多種彈頭，進(jìn)行鋼水成分和溫度的檢測，實(shí)現(xiàn)不倒?fàn)t條件下鋼水成分和溫度的矯正，彈頭種類按照所需功能的不同可以分為：測溫彈頭、高碳定碳測溫彈頭和低碳定氧測溫彈頭等類型。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，具有副槍的不倒?fàn)t直接檢測的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不受爐容大小的限制，并且由于料倉入口離轉(zhuǎn)爐很近，投彈檢測反應(yīng)速度很快。該系統(tǒng)的測成率大于96%，檢測時(shí)間小于6s。二、自動(dòng)化控制流程（一）數(shù)據(jù)傳輸本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸基于轉(zhuǎn)爐一級(jí)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過建立工藝數(shù)據(jù)庫和二級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采集轉(zhuǎn)爐爐體、氣體閥門開關(guān)和流量、料倉電稱、氧槍槍位、爐氣成分等參數(shù)，并利用三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸生產(chǎn)指令、鋼種計(jì)劃和取樣化驗(yàn)信息。在冶煉中后期進(jìn)行料倉口投彈檢測鋼水成分和溫度等信息，以上信息均進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型基于以上數(shù)據(jù)庫

的實(shí)時(shí)更新進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算、界面監(jiān)控和顯示，在線全程預(yù)報(bào)鋼水成分和溫度等信息，并進(jìn)行爐況判斷。（二）轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化流程本項(xiàng)目按照常規(guī)中小轉(zhuǎn)爐的煉鋼工藝特點(diǎn)，把一個(gè)轉(zhuǎn)爐冶煉周期劃分為以下幾個(gè)流程:冶煉準(zhǔn)備與兌鐵、吹氧冶煉（投彈檢測、倒?fàn)t取樣、補(bǔ)吹）、合金化和出鋼。煉鋼自動(dòng)化控制模型按照以上流程設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)間、轉(zhuǎn)爐傾角、氧槍位置和氧氮開關(guān)等參數(shù)，能自動(dòng)判斷轉(zhuǎn)爐處于什么階段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程控制。當(dāng)模型判斷一個(gè)冶煉周期從“冶煉準(zhǔn)備”開始，至U“出鋼”狀態(tài)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)冶煉周期后，新的爐號(hào)、槍齡和爐齡等信息自動(dòng)生成。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼流程自動(dòng)化后，無需人工干擾，計(jì)算機(jī)能對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉過程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，當(dāng)一爐冶煉完畢進(jìn)入下一個(gè)冶煉周期后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)將本爐爐號(hào)、冶煉參數(shù)等相關(guān)信息存儲(chǔ)進(jìn)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)監(jiān)控下一爐的開始。三、自動(dòng)化煉鋼模型的主要功能（一）輔料配料和吹氧方案計(jì)算在冶煉準(zhǔn)備階段，自動(dòng)化煉鋼模型需要從生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)接受冶煉任務(wù)，當(dāng)明確本爐次的冶煉鋼種后，模型可檢索生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，確定本爐次的冶煉成分和溫度的目標(biāo)要求和上下限控制范圍。同時(shí)，通過監(jiān)控天車的運(yùn)行方式和天車稱的質(zhì)量變化，采集本爐次鐵水和廢鋼質(zhì)量，確定爐料結(jié)構(gòu)，并檢索鐵水成分和溫度等相關(guān)信息。當(dāng)冶煉準(zhǔn)備基本完成后，根據(jù)模型采集的生產(chǎn)信息，進(jìn)行本爐次的輔料配料計(jì)算和制定吹氧方案；制定吹氧方案時(shí)，按照冶煉鋼種的不同，冶煉模式共分為9類。配料和吹氧方案計(jì)算模式見圖1。圖1中最上部分為轉(zhuǎn)爐冶煉狀態(tài)條，顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)爐冶煉處于什么狀態(tài)，該進(jìn)度條還具有菜單功能，圖1中a區(qū)為原料信息和冶煉標(biāo)準(zhǔn)區(qū)，為配料和吹氧計(jì)算提供相關(guān)參數(shù)；b區(qū)為模型計(jì)算的本爐次的總配料單和吹氧量；C區(qū)為依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃按吹氧時(shí)間分解的配料單和吹氧制度；d區(qū)為轉(zhuǎn)爐設(shè)備參數(shù)監(jiān)控畫面，能動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)爐各項(xiàng)參數(shù)。轉(zhuǎn)爐聊蛾咨條與雄材料侑息bELWW單汁算JK.轉(zhuǎn)爐耕信息監(jiān)挖日.AyJ.SI自劫化模型的配料計(jì)算和睨料單分解界面~?J|?■*■:d<.ii：^.：：與雄材料侑息bELWW單汁算JK.轉(zhuǎn)爐耕信息監(jiān)挖日.AyJ.SI自劫化模型的配料計(jì)算和睨料單分解界面（二）鋼水成分和溫度的動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)進(jìn)入吹氧冶煉狀態(tài)后，模型動(dòng)態(tài)監(jiān)控在冶煉過程中實(shí)時(shí)變化的爐氣成分、氧槍槍位和流量、輔料加入等參數(shù)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)熔池化學(xué)成分和溫度的變化規(guī)律，并對(duì)比目標(biāo)要求和實(shí)際冶煉情況的差異，確定最佳的停吹時(shí)間和調(diào)整加料方案。圖2為冶煉開始后的爐氣分析動(dòng)態(tài)監(jiān)

控界面，圖中上方的曲線為冶煉過程的脫碳速度、鋼水碳含量、鋼水溫度和氧槍槍位，圖中下方柱狀圖顯示的為冶煉過程中輔料的加入質(zhì)量和批次時(shí)間。在冶煉過程中，模型依據(jù)實(shí)時(shí)采集工藝參數(shù)的變化，不斷更新計(jì)算結(jié)果并與目標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)比，判斷最佳的停吹時(shí)間。轉(zhuǎn)爐濟(jì)蛔:態(tài)條T?ItIR圖2自助化模型的英時(shí)監(jiān)控融纏點(diǎn)判斷界面的1!肘加料監(jiān)控終點(diǎn)判斷警考依轉(zhuǎn)爐濟(jì)蛔:態(tài)條T?ItIR圖2自助化模型的英時(shí)監(jiān)控融纏點(diǎn)判斷界面的1!肘加料監(jiān)控終點(diǎn)判斷警考依訪況制斷r包括正常'啪撤加返F）爐氣丹析監(jiān)擰油蜷（三）爐況預(yù)判在冶煉過程中，模型根據(jù)冶煉過程中的反饋信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)控氧槍運(yùn)行參數(shù)，并計(jì)算熔池中吹氧的脫碳效率和爐渣的累計(jì)氧勢，對(duì)爐況進(jìn)行判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氧槍工作狀態(tài)（包括氧槍進(jìn)出水溫度、溫差等參數(shù)）、吹氧脫碳效率或爐渣氧勢偏離正常冶煉范圍，將會(huì)進(jìn)行預(yù)警并調(diào)整槍位或加料方式。（四）投彈檢測和動(dòng)態(tài)矯正投彈檢測可以在吹煉后期不停吹直接檢測，檢測后需使用動(dòng)態(tài)矯正模型調(diào)整后期的吹氧量，并調(diào)整鋼水的成分和溫度預(yù)報(bào)參數(shù)。投彈檢測也可以在一次停吹或者吹煉終點(diǎn)代替倒?fàn)t取樣檢測，一次停吹檢測后可使用補(bǔ)吹模型進(jìn)行點(diǎn)吹后進(jìn)入冶煉終點(diǎn)。在冶煉后期從投彈檢測開始時(shí)刻（t1）到停吹時(shí)刻（t2）內(nèi)，熔池碳含量的計(jì)算公式為:式中，為12時(shí)刻轉(zhuǎn)爐鋼水中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；為投彈檢測的鋼水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；e為脫碳利用系數(shù)；為脫碳速度，kg/s；Wsteel為鋼水質(zhì)量，kg。熔池溫度的計(jì)算公式為：式中，為投彈檢測的鋼水溫度，。Gf為溫度計(jì)算函數(shù);t］到t2時(shí)間段的吹氧累計(jì)量，CO累計(jì)量和CO2累計(jì)量，kg；到七2時(shí)間段的石灰、輕燒、礦石和白云石累計(jì)量，kg。四、應(yīng)用效果（一）運(yùn)行情況。本系統(tǒng)采用的設(shè)備簡單可靠，基本不需要人工維護(hù)，軟件系統(tǒng)均為自主開發(fā)，實(shí)施爐氣分析自動(dòng)化煉鋼以后，煉鋼模式由原來的經(jīng)驗(yàn)煉鋼轉(zhuǎn)化為數(shù)字化計(jì)算機(jī)煉鋼，控制模型能自動(dòng)按照轉(zhuǎn)爐的冶煉周期進(jìn)行在線監(jiān)控、實(shí)時(shí)記錄和提供冶煉方案，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能自動(dòng)依據(jù)冶煉爐號(hào)儲(chǔ)存所有過程參數(shù)和運(yùn)行效果，并能在線自動(dòng)生成工作報(bào)表和評(píng)估報(bào)告。（二）遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫訪問。實(shí)施以上模型后，還可以實(shí)現(xiàn)煉鋼自動(dòng)化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)依據(jù)權(quán)限進(jìn)行界面監(jiān)控，同時(shí)可以利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫客戶端訪問模型在線和備份數(shù)據(jù)庫，完成現(xiàn)場監(jiān)控、歷史記錄查詢和報(bào)表打印等任務(wù)。（三）測試結(jié)果及分析。模型具有過程監(jiān)控、爐況判斷（主要包括噴濺和返干等不正常爐況的預(yù)判）和終點(diǎn)預(yù)報(bào)等功能，能實(shí)現(xiàn)不倒?fàn)t直接出鋼。在測試階段，主要對(duì)模型的終點(diǎn)預(yù)報(bào)功能進(jìn)行了比較和測試。結(jié)果測試方案為:冶煉進(jìn)程按照模型要求進(jìn)行操作，在冶煉過程中預(yù)報(bào)鋼水成分和溫度，并指導(dǎo)停吹時(shí)間，停吹后，進(jìn)行倒?fàn)t，倒?fàn)t后取雙樣和測雙溫與模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，測試了30爐數(shù)據(jù)。測試結(jié)果如下：1、在溫度預(yù)報(bào)方面，模型預(yù)報(bào)與倒?fàn)t測溫的誤差在10°C以內(nèi)，最大誤差為9.5C最小誤差為1.5C，平均誤差為4.8C；需要說明的是投彈檢測的溫度一般比倒?fàn)t測溫高5-8C，主要原因是倒?fàn)t過程會(huì)有一定的溫度損失。2、在碳含量預(yù)報(bào)方面，對(duì)于終點(diǎn)碳含量小于0.2%以下的鋼種，模型預(yù)報(bào)與倒?fàn)t取樣結(jié)果的誤差在±0.012%以內(nèi)，最大誤差為0.012%，最小誤差為0.001%，平均誤差為0.0058%；對(duì)低碳鋼（終點(diǎn)碳小于0.08%）系列，可不進(jìn)行投彈矯正，在±0.02%的誤差范圍內(nèi)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的命中率可以達(dá)到93%。五、結(jié)論（一）利用直插式氣體分析儀、投彈檢測和常規(guī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立了符合國內(nèi)中小轉(zhuǎn)爐工藝特點(diǎn)的爐氣分析自動(dòng)化煉鋼模型，該系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定可靠，軟件流程吻合實(shí)際工藝，能實(shí)現(xiàn)中小轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化煉鋼