转炉炼钢终点控制技术探讨
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摘 要：作为当前世界上拥有最大需求量的一种材料-钢铁，其相应的冶炼技术也伴随建筑行业及时代需求而不断推陈出新，目前有着最广泛应用级最高炼制效率的技术为转炉炼钢技术。作为一项重要的转录锻造后期的操作工序，该技术的终点控制水平会使钢铁的质量安全性能及冶炼效率受到直接影响。
关键词：转炉炼钢;终点控制;技术;探讨
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.021
转炉炼钢技术作为有比较合格的钢材质量即最高炼制效率的世界前沿技术，其终点控制方法有一吹到底增碳法、成分测算法及拉碳补吹法等方法。由于高温条件下的物理化学反应过程极为复杂，转入炼钢会受到诸多甚至无法准确定量描述的因素影响，因此对转炉炼钢终点进行控制依据当前的技术水平建立动态、静态及自动控制模型依然很难达到十分理想的效果。本文针对转炉炼钢终点控制技术进行深入探究。
1 常见的转炉炼钢终点控制技术
（1）智能控制技术。目前国内外在智能控制领域中较为明显的进步，将转入炼钢终点控制技术的智能化发展也带动起来，该技术的智能化发展以神经网络和专家系统作为基础，其技术表现有：基于专家系统与传统的人工经验控制方法相比较可将冶炼钢铁的专家丰富的经验集知识有效融合，从而将转炉炼钢终点控制的目标实现。终点控制的科学性借助该过程的科学合理的分析、指导等一系列步骤得以极大提高，同时有效提升钢铁的生产质量及效率。转炉炼钢终点控制借助神经网络从炼钢期间深层机理的研究中脱离出来，借助输入的数据资料信息使终点控制水平得以不断优化[1]，例如在该技术中应用神经网络可将接近终点时所需要的吹氧量模拟实现，因此实现的宛如吹炼期间自动控制能够使钢铁的生产质量及效率极大提高。
（2）静态控制技术。该技术是指按照吹炼终点的含碳量和目标温度[2]，将已知的吹炼操作及原材料条件借助静态模型将所需的冷却剂量、其他原材料的加入量和吹入的氧量等进行计算，之后进行吹炼，且在吹炼期间没有任何新信息修正的吹炼控制方法。x1至xn为原料及操作参数，Y为含温度、碳量等控制目标函数，因作为控制对象的转炉内冶金反应，可达到目标值Y=（x1，x2，……，xn）的静态模型，从而将函数厂在冶炼期间的形式进行正确反映。静态模型的建立方法之一是对加入的石灰、废钢量等，接触计算热与物料平衡将若干平衡方程建立后进行计算，该模型为理论模型。另一种是对转炉中的变化不考虑，而将其作为一个黑箱，借助统计数学方法将输出与输入变量归纳出经验方程，该模型为经验模型。静态控制在转入装量前需经过一次计算，经过装料后还需要按照实际的装入情况再次调整计算，按照实际情况在出钢后反馈计算。
（3）动态控制技术。动态控制技术是将静态控制作为基础，借助炉气分析仪、副枪等对吹炼期间检测有关变量随时间变化的动态信息，可使转炉炼钢的重点控制水平借助吹炼参数的修正提高，从而使命中率提高并达到预定的吹炼目标。其中的代表方法为炉气分析法和副枪动态重点控制技术两种，其中副枪动态重点控制技术的能力将转入炼钢期间动态吹氧量进行精确控制[3]，借助该能力在使钢铁冶炼质量极大提高的同时，可将氧消耗量和补吹次数减少并将工作条件进行有效改善。副枪动态控制技术能够将在吹炼期间产生的各种随机误差和转炉初始条件波动的影响及系统误差基本消除，但因设备会受到炉口尺寸大小的限制，通常对超过100t的转炉适用。应用该技术时对钢水中的碳质量的确定工作通常与结晶定碳技术相配合，如日本的神户制钢所拥有的该技术比较先进，且能够将超过90%的终点命中率实现，因此其借鉴价值比较高，但对高碳钢生产时的命中率及精度测量比较差。炉气分析法则是对转炉炼钢终点控制借助质谱仪收集路口的逸出气体成分进行服务，因其能够将氧体积分数和炉内脱碳速率进行迅速分析，因此常常和副枪动态终点控制技术共同使用。
（4）光学图像控制技术。图像与光学控制技术是光学图像控制技术的两种细分类型，其中光学控制技术应用于高质量的转炉炼钢终点控制的目标实现，需借助吹炼期间炉口光强光谱所出现的改变进行系统分析，借此对转炉炼钢终点进行判断从而使钢铁生产质量提高。但应当注意该技术由于转炉与其设备工作时保持较近距离，往往会受到高温的影响且存在较高成本、使用寿命不长等情况。图像控制技术应用于转入炼钢终点控制中通常借助摄像机对火焰图像信息资料以非接触途径进行采集，但该技术由于准确性较差和采集時间较长，导致其无法将转入炼钢终点控制的需求单独满足，因此上述两种控制技术通常配合使用，通过在线判断提供给转炉炼钢终点控制充分的支持。
2 发展趋势
（1）对技术及管理人员的需求降低。不断引进的先进控制技术及设备使以往的管理经验不足和人工经验操作转炉炼钢终点控制导致的各种问题逐渐得以解决。如传统的控制对耗氧量及碳化率的预测准确率不高，钢铁生产质量常常会受到这些误差的直接影响，而炉气分析法等技术的应用不断减少了人工操作导致的各种问题。
（2）智能控制技术会成为主流。智能控制技术与精密公式和理论合理转化的终点控制相比较，能够融合转炉炼钢的参数变化将自身预测风险的能力不断提高，且这种控制的有效性将伴随其在智能控制领域的持续发展而进一步提高。
（3）不断提高的自动化水平。自动化转录控制技术伴随不断提升的大中型转入自动化水平而得到了广泛应用，显著提升了命中率和生产效率。但也应注意当前小型转炉在国内外依然有较低终点命中率及自动化水平的情况，因此未来依然需长期对中小型转炉的该情况高度重视。
3 结语
综上所述，转炉终点控制技术伴随当前炼钢技术的快速发展大体上经历了动态、静态及自动控制三个发展阶段，其技术在朝着更先进的方向不断发展，从人工经验到自动控制使用更简便的方法从而得到最大化的利益。虽然当前某些小型转入没有较高的自动化程度，甚至仍然有一部分还在第一发展阶段，但转型技术自动化终将成为代替人工经验控制技术的发展趋势。
参考文献：
[1]韩啸.转炉低成本炼钢相关技术研究及模型开发[D].北京科技大学，2017.
[2]杨凌志.EAF-LF炼钢工序终点成分控制研究[D].北京科技大学，2015.
[3]王文龙.顶吹转炉炼钢辅助决策系统研究[D].杭州电子科技大学，2011.
作者简介：何洋（1989-），男，河北定州人，本科，助理工程师，研究方向：钢铁冶金。
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