LF精炼智能控制技术现今应用和未来发展情况研究

LF精炼智能控制技术现今应用和未来发展情况研究

李拥军

宝钢湛江钢铁有限公司524000

摘要：LF精炼炉是日本大同钢铁公司首次研制成功，该工艺加热效率高，温度控制精确，使用成本低，适应范围宽，除杂质能力强，所以被广泛应用于目前的冶金工业。尤其是在转炉冶炼上，它的产量和质量都得到了极大地提高。在这个基础上，可以打破二次提纯的局限，让转炉和连铸之间的联系更加紧密。因此，如果采用这种技术，可以大大提高产品的生产效率和质量。而在此基础上，结合智能控制技术，并加以大力开发，则成为技术革新和创新的主要推动力。

关键词：LF精炼；智能控制技术；应用；未来发展

引言

近年来，随着我国科学技术的迅速发展，国内的钢铁冶炼技术也是突飞猛进。LF精炼是一种非常有效的方法，可以大幅度提高冶炼的效率和品质。文章对LF精炼的智能控制模式进行了详细的分析，并简要介绍了LF精炼在智能控制领域的研究与应用。最后，对LF精炼智能化控制技术的发展方向进行了讨论，并提出了一些新技术的成熟与应用，并对如何有效地开发和利用大数据进行了展望。

1、LF精炼炉智能控制概述

LF包钢精炼炉控制系统分为模拟控制、数字控制、智能控制三个阶段。近几年，随着智能控制技术和计算机技术的迅速发展，LF的大规模应用成为LF技术发展的一个主要趋势。LF精炼工艺的控制，包括温度预测、成分预测、底吹控制、电极自动控制等。这些模型的建立是以机械原理和模式识别建模为基础的。多模式整合也是以时间序列演变为基础的一个简单的综合，不能真正实现各要素的综合。

2、LF精炼智能控制技术相关探析

2.1温度预报模型

该模型的研究系统主要是钢液和熔覆层。结合能量守恒定律，对影响钢液比温度的主要因素进行了讨论。主要的原因之一是电弧的加热，在箱体的换热中，有两种主要的传热形式：侧壁换热和箱底换热。采用圆筒形和直角形的非稳定导热微分方程，对其进行了详细的计算。

另外，吹氩热损失、熔渣表面热损失、合金氧化、合金溶解、合金熔化等也是影响熔渣热损失的主要原因。可以看出，影响钢液温度的因素很多。由于不同的因素，LF中的温度模型也有一定的差异。

2.2LF精炼成分预测模型

LF精炼时，要在钢液中加入适当的合金，这样才能更好地调节成分，保证所生产的钢材质量达到所需的成分指标。所谓的成分预测，就是根据当前的钢液组成和实际的合金含量，以及在加入完合金之后，会发生什么样的变化。这种方法可以直接用公式进行计算，最终得出合金的收获率，而影响到这个数值的因素有钢液溶解过程中的氧含量、合金颗粒度、炉渣的氧化性等。随着时间的推移，这种模式会导致预报的结果持续上升。而模型本身则会一直保持在静态状态。

2.3底吹氩控制模型

氩气作为一种惰性气体，在生产过程中有很大的优势，主其主要特点是没有发生多种化学反应。同时，由于在生产中需要的氧含量太高，也会产生大量的氩气，所以，氩气的成本也比较便宜，所以，在选择底吹工艺时，通常都会使用氩气作为气体搅拌。在炼钢时，经过工艺设置的氩气经排出板送入钢包，在钢包内形成大量的氩气泡。在液态金属里面，H.O等物质会形成一个真空腔，但是在真空腔里面，所有的物质的分压都是0，这时候，压力比较大的物质就会被转移到压力比较低的地方。在加热的过程中，这些气体会随着温度的升高而上升，同时也会将空气中的各种有害物质排出，达到净化空气的目的。

2.4电极自动控制模型

渠道的建立需要以节约能源为基础。从这个角度看，在熔炉加热过程中所产生的实际热与所产生的具体损耗之间存在着一种相关的关系，即，在不同的熔炉温度条件下，能够更加高效地调整电极，从而能够极大地优化生产效率和质量，减少能源消耗。在电极自动控制模式的实现中，由于不能准确测量钢液温度、电极埋弧、温度不确定、系统的谐波等因素，使电极不能按要求进行自动调节，从而影响到精炼温度的准确控制。

3、LF精炼智能控制技术现今应用现状

3.1国外研究运用现状

20世纪七八十年代，由于在计算机技术的发展，PLC技术在各行各业中得到了广泛的应用，从而极大地提高了工业的自动化程度。从80年代后期开始，由于世界范围内的电弧炉底部吹炼技术的不断发展，二次提纯技术也逐步实现了自动化。其中最具代表性的是奥地利的Radex公司的DPP，日本川崎耐材公司的EF、KGC等系统。韩国浦项制铁自21世纪开始，对AOD精炼炉进行了智能化控制，从而使其在人工控制方面取得了重大突破；日本JFE也建立了一个以准时制为基础的钢材品质保障系统，它主要是用来探讨在目标品质范围内，通过局部权重确定最优的生产环境，即纯时间模型。

3.2国内研究运用现状

目前，国内对LF精炼的智能化控制进行了较深的探索，主要是通过大学和科研机构进行基础研究，以及与制造商一起进行研发。但是从目前的情况来看，国内还没有一家公司能够做到全面的智能化控制，只有少数厂家进行了部分的开发和应用，但是在系统性、集成化等方面，仍然存在着一些问题。2017年，有限公司应用开发了精炼过程合金模型，有效优化了降低合金成本的水平，提高了钢液成分的精确控制。本研究亦为单一模式之控制，其终点之预测成功率在80%之上。

3.3存在问题分析

目前最大的问题是LF精炼炉不能在智能化的控制流程中进行有效的协作。其中，LF精炼是一种具有多变量、强耦合、工作环境恶劣、非线性、时变、强扰动的中间工艺，因而很难对其进行有效地控制。LF精炼炉由于各钢铁公司的生产组织、炉渣体系的多样性以及对流程的直接检验手段的限制，使得LF精炼炉的统一控制模型失效。

中国部分LF冶炼炉是从国外引进的。目前，许多国外软件和算法都采用了密码机制，以增强技术的保密性。由于设备投入、维修费用较高，不能与生产实践相结合，从而使LF精炼炉智能化控制的发展速度较慢。

4展望分析

4.1新技术的成熟应用

这些新技术主要包括连续炉气温度测量、泡沫渣检测和控制、电极自动调整等，为模型二次开发和改进提供了一种实时检测和控制的依据。同时，LF精炼的各个模型逐渐朝着协同整合的方向发展，也为LF工艺的精确、高效的实施奠定了理论依据。

4.1.1非接触式测温技术

对钢液温度进行实时、精确的监控，对优化炼渣操作、优化供电等工艺具有一定的指导意义。由于冶炼温度高，冶炼环境恶劣，难以对其进行连续的监测。随着科学技术的发展，国内外各种炉温检测技术也在不断发展。在此基础上，利用多变量测温技术，利用非接触测温技术，获取了钢液温度的特性，建立了温度信号处理模型，实现了对熔池温度的实时监测。

4.1.2电极自动调整技术

供电操作是炼油过程中的主要环节之一。同时，对电源进行优化的关键在于对电极进行自动调节。为了改善精炼炉的调整反应速度，提高控制精度，确保三相电流均衡，电极的稳定调整，必须对精炼炉的电极进行调整，以达到节约能源、提高产品质量的目的。

4.1.3模型控制的协同集成

对进料模型、通电模型、底吹氩模型、组分控制模型进行了相关性分析，建立了温度、成分、炉渣特性的综合控制模型，以达到全过程的智能化控制。

图1LF模型集成控制示意图

4.2大数据技术

运用大数据技术可以达到以下目的：1）对生产过程的历史数据进行分类和分析，为当前的生产过程曲线的实施和控制提供依据；2）采用大数据修正方法，对因环境、时延等因素引起的系统数据畸变进行检测或控制；3）对各种类型的控制模式进行自学习，并对其进行修改，从而获得可靠的对比数据；4）利用大数据技术，对LF精炼过程进行成本和质量回归分析，并能产生流程最优曲线，为各种控制模式的控制提供依据，使单个或离散控制相互协调；5）利用大数据技术，通过对各种类型的钢种进行优化，以保证质量达标、成本最低为目标，对各种类型的钢种进行优化，通过对大量数据的积累和加工，使其在生产过程中得到最优的控制。

结束语

随着传统工业的转型和升级，LF精炼必然会根据不同的钢种特性，制订出最优的、规范化的生产流程，进行智能控制；向多用途发展，加入智能化的精炼功能，改善冶炼效果；环保精炼工艺，保证工艺精确，降低了对环境的污染，降低了废气的排放量。LF精炼炉实时监测技术的发展与应用、多种模式综合运用、大数据技术的成功运用，为达到以上目的，对各类模型进行了优化与整合，从而达到真正的智能提炼。

参考文献

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