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摘要：文章针对邯宝公司炼钢厂副枪技术的具体应用过程，详细介绍了邯钢邯宝公司在引进的副枪技术上不断完善优化，对存在的问题逐一拿方案，逐一解决、消化和吸收，并在后续生产中正常运行，取得了满意的效果。
关键词：自动化炼钢；SDM模型；冶炼模式
中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0062-02
1 项目概况
根据邯钢集团公司总体规划，邯宝炼钢厂主体装备包括：2套铁水预处理设施、2座公称容量为250吨的顶底复合吹炼转炉、2座炉后在线吹氩喂丝站、1座LF钢包精炼炉、1座RH真空脱气装置、2台双机双流厚板坯连铸机，整体定位为世界先进、国内领先，作为邯宝公司炼钢厂重要中间环节，炼钢厂的装备水平和新技术应用显得格外的重要。为了满足整体的设计定位，提高产品档次以及市场竞争力，炼钢厂在规划之初确定了部分关键技术和设备国外引进的整体思路，其中与达涅利公司签定引进的转炉动静态模型自动炼钢技术就是其中之一。
2 转炉自动化炼钢系统发展阶段
1960～1965年主要采用计算机对生产过程进行数据采集、记录和指导而不进行控制。
1965～1970年，采用计算机进行监控和设定计算，而闭环回路的控制大多采用硬逻辑系统。
1970～1975年，过程计算机一般采用两级计算机
系统。
1975～1980年，随着微型计算机的出现以及小型计算机性能的提高、数据库技术和网络技术的发展，控制向分散型系统发展，原来属于在线生产管理的功能，大部分分散到过程计算机中完成。
1980年以后计算机应用进入第二个时期，主要特点是：在功能上从过程最佳化控制进一步向生产工序的操作管理方向延伸，控制模型由经验公式向严密公式或理论公式发展，硬件的处理速度大大提高。
3 转炉自动化炼钢技术概况
自动化炼钢技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对炼钢生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括炼钢模型软件、硬件和系统三大部分。自动化炼钢技术作为20世纪现代炼钢生产领域中最重要的技术之一，主要解决炼钢生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。
现代化的转炉自动化炼钢控制系统在世界钢铁工业领域普遍应用，它采用先进的计算机应用技术，仪控、自控、电控组成一个完整的控制系统，取代常规的仪表盘、操作台、模拟屏的传统操作控制方式，全部监控手段均在计算机人机接口上完成。计算机网络技术的发展使得炼钢控制系统功能更加全面、完善。转炉炼钢自动控制系统控制的工艺范围主要包括：（1）废钢，废钢配比和称量，直到装入转炉为止；（2）钢铁料与合金料等散料加入量的控制；（3）转炉冶炼过程控制：主要包括氧枪枪位、副枪操作、转炉倾动、烟气除尘和煤气回收利用等。
4 转炉自动化炼钢开发过程
4.1 自動化炼钢的工作原理
静态模型依据转炉生产的初始条件（铁水温度、重量、成分、废钢质量、分类等）、要求的终点目标（钢水的终点温度、成分）以及以往炉次生产的参考数据作为依据，计算出本炉次的耗氧量，确定各种熔剂的加入量。模型根据铁水条件确定氧枪枪位模式、加料模式、底吹模式、副枪模式。炉前工点击“开始吹炼”按键后，氧枪枪位控制和氧气流量、辅料的加入、转炉底吹的控制、副枪的测量都在计算机的指挥下自动完成。当转炉吹氧达到氧耗量的85%时，副枪开始自动测温、定碳，并把测到的结果送入计算机，动态模型根据副枪测到的实际值作为初值，计算出达到转炉吹炼目标温度和碳含量所需补吹的氧量和冷却剂量。当温度和碳含量都进入目标范围时，发出停吹命令，氧枪自动提枪。
4.2 实现转炉自动化炼钢的意义
（1）提高终点温度控制精度；（2）提高终点碳含量控制精度；（3）减少补吹次数；（4）减少渣中的铁含量，降低钢铁料消耗；（5）提高出钢过程合金收得率；（6）延长炉衬寿命；（7）提高转炉生产效率。
4.3 工艺参数的优化
4.3.1 完成冶炼模式优化完善。
（1）完成加料模式初步设定。二级系统按照铁水Si含量和温度不同，设定了15种加料模式。按温度分五个区段：小于1200℃，1200℃～1250℃，1250℃～1300℃，1300℃～1350℃，大于1350℃；铁水Si分五个区段：小于0.3，0.3～0.5，0.5～0.7，0.7～0.9，0.9～1.0。规定对于铁水硅高于0.7的，不进行自动冶炼。统计显示，铁水Si含量平均为0.572%，最高到1.67%，最低为0.26%。如图1所示：
图1 铁水Si的I-MR控制图
15种依据铁水Si含量和温度不同的加料模式基本涵盖了目前炼钢厂的铁水情况，实际冶炼上这样的区分比较符合实际，可操作性强。
（2）完成氧枪模式设定。二级系统按照铁水Si含量和温度不同，同样设定了15种枪位模式。氧枪模式按温度也分五个区段：小于1200℃，1200℃～1250℃，1250℃～1300℃，1300℃～1350℃，大于1350℃；铁水Si分五个区段：小于0.3，0.3～0.5，0.5～0.7，0.7～0.9，0.9～1.0。
枪位模式上通过近几个月的摸索，由于铁水出现大规模的Mn高现象，自动冶炼过程中喷溅现象较严重。铁水Mn含量趋势图如图2所示：
图2 铁水Mn的I-MR控制图
铁水锰含量进入9月份波动很明显，绝大部分超过0.547%，对渣料消耗有影响，铁水Si高Mn高转炉冶炼不好控制，容易出现喷溅。针对铁水Mn高现象，自动冶炼的枪位模式进行了适当调整，新增高Mn枪位模式，对于铁水Mn高的炉次，采用IN BL HIGH MN模式；通过实际操作摸索，目前高Mn枪位模式满足冶炼要求，喷溅大大降低。 （3）完成副枪自动模式初步设定。通过实际操作显示，模式设定正确，满足工艺要求。
（4）完成底吹模式初步设定。根据目前钢种结构要求，公司250吨转炉底。
吹模式大致设定为以下四种方式：
模式一：BTS_AR_100，全程吹氩模式；
模式二：BTS_AR_50，50%氮氩切换模式；
模式三：BTS_AR_20，80%氮氩切换模式；
模式四：BTS_N2_100，全程吹氮模式。
目前底吹二级自动率达到90%，模式设定正确，满足工艺要求。
4.3.2 收集数据，统计分析，完成静、动态模型的参数调整。
系统收集约500炉冶炼数据较好的炉次，并对数据进行统计分析，通过与外方人员的讨论，最终完成静、动态模型的部分参数调整，模型热平衡和氧平衡计算的准确度得到提高，模型的终点碳温双命中率达到90%以上。
通过模型参数的调整，模型日趋完善，模型运算结果符合生产实际，现场操作工人对计算机模型的指导更加信赖，转炉吹炼终点控制精度高，转炉操作技术经济指标改善明显。
5 實施转炉自动化炼钢的效果
转炉计算机自动炼钢工作的开展，使新区250吨转炉炼钢生产稳定，各项指标稳步提升。主要表现为以下方面：
铁水、废钢和渣料配比合理，吹炼过程稳定，生产事故少；实现只需原材料条件稳定，转炉吹炼就稳定，使转炉吹炼过程模式化，转炉吹炼过程稳定。
终点命中率高，补吹炉数少。后吹率基本控制在0.8%，目前全部实现不倒炉直接出钢。
生产节奏快，钢水质量有保证。通过副枪实现转炉吹炼过程中不用停吹倒炉而进行自动取样测温，由模型进行动态控制终点，控制精度高，大大缩短了冶炼周期，使生产节奏加快，生产效率提高，目前冶炼周期缩短到40分钟以内。
延长炉衬寿命。自动化炼钢系统的投运使得转炉在吹炼终点命中率高，炉衬吃损少，延长了转炉寿命。炉役炉龄就达到了7000炉以上，达到了国内领先水平。
6 结语
邯钢邯宝公司炼钢厂实施转炉自动化炼钢工作以来，在改善吹炼稳定性、减少补吹炉数、延长炉衬寿命、缩短转炉冶炼周期、提高劳动生产率、改善炼钢工作环境等方面取得了令人满意的成果，目前系统运行稳定、可靠，形成了完整的、符合炼钢厂实际的数据体系和操作管理经验，对下一步提高转炉操作指标、降低生产成本、创造经济效益等方面将发挥更大的作用。
该系统的成功应用，稳定了转炉操作，减少了炼钢厂投产初期生产不稳定因素，为炼钢厂快速稳定生产提供了保障，并有力地促进了新区新品种的开发与生产，为生产高级别管线钢和汽车板提供了支撑。从工序成本考虑，节约了社会资源。
参考文献
[1] 冯聚和，艾立群.铁水预处理与钢水冶炼[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 王雅贞，李承祚，等.转炉炼钢问答[M].北京：冶金工业出版社，2005.
[3] 陈家祥.钢铁冶金学（炼钢部分）[M].北京：冶金工业出版社，1990.
[4] 魏寿彭.过程系统优化技术[M].北京：中国石油出版社，1995.
作者简介：吴忠有（1979—），男，河北钢铁集团邯钢邯宝公司炼钢厂工程师，研究方向：炼钢工艺。
关键词：自动化炼钢；SDM模型；冶炼模式
中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0062-02
1 项目概况
根据邯钢集团公司总体规划，邯宝炼钢厂主体装备包括：2套铁水预处理设施、2座公称容量为250吨的顶底复合吹炼转炉、2座炉后在线吹氩喂丝站、1座LF钢包精炼炉、1座RH真空脱气装置、2台双机双流厚板坯连铸机，整体定位为世界先进、国内领先，作为邯宝公司炼钢厂重要中间环节，炼钢厂的装备水平和新技术应用显得格外的重要。为了满足整体的设计定位，提高产品档次以及市场竞争力，炼钢厂在规划之初确定了部分关键技术和设备国外引进的整体思路，其中与达涅利公司签定引进的转炉动静态模型自动炼钢技术就是其中之一。
2 转炉自动化炼钢系统发展阶段
1960～1965年主要采用计算机对生产过程进行数据采集、记录和指导而不进行控制。
1965～1970年，采用计算机进行监控和设定计算，而闭环回路的控制大多采用硬逻辑系统。
1970～1975年，过程计算机一般采用两级计算机
系统。
1975～1980年，随着微型计算机的出现以及小型计算机性能的提高、数据库技术和网络技术的发展，控制向分散型系统发展，原来属于在线生产管理的功能，大部分分散到过程计算机中完成。
1980年以后计算机应用进入第二个时期，主要特点是：在功能上从过程最佳化控制进一步向生产工序的操作管理方向延伸，控制模型由经验公式向严密公式或理论公式发展，硬件的处理速度大大提高。
3 转炉自动化炼钢技术概况
自动化炼钢技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对炼钢生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括炼钢模型软件、硬件和系统三大部分。自动化炼钢技术作为20世纪现代炼钢生产领域中最重要的技术之一，主要解决炼钢生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。
现代化的转炉自动化炼钢控制系统在世界钢铁工业领域普遍应用，它采用先进的计算机应用技术，仪控、自控、电控组成一个完整的控制系统，取代常规的仪表盘、操作台、模拟屏的传统操作控制方式，全部监控手段均在计算机人机接口上完成。计算机网络技术的发展使得炼钢控制系统功能更加全面、完善。转炉炼钢自动控制系统控制的工艺范围主要包括：（1）废钢，废钢配比和称量，直到装入转炉为止；（2）钢铁料与合金料等散料加入量的控制；（3）转炉冶炼过程控制：主要包括氧枪枪位、副枪操作、转炉倾动、烟气除尘和煤气回收利用等。
4 转炉自动化炼钢开发过程
4.1 自動化炼钢的工作原理
静态模型依据转炉生产的初始条件（铁水温度、重量、成分、废钢质量、分类等）、要求的终点目标（钢水的终点温度、成分）以及以往炉次生产的参考数据作为依据，计算出本炉次的耗氧量，确定各种熔剂的加入量。模型根据铁水条件确定氧枪枪位模式、加料模式、底吹模式、副枪模式。炉前工点击“开始吹炼”按键后，氧枪枪位控制和氧气流量、辅料的加入、转炉底吹的控制、副枪的测量都在计算机的指挥下自动完成。当转炉吹氧达到氧耗量的85%时，副枪开始自动测温、定碳，并把测到的结果送入计算机，动态模型根据副枪测到的实际值作为初值，计算出达到转炉吹炼目标温度和碳含量所需补吹的氧量和冷却剂量。当温度和碳含量都进入目标范围时，发出停吹命令，氧枪自动提枪。
4.2 实现转炉自动化炼钢的意义
（1）提高终点温度控制精度；（2）提高终点碳含量控制精度；（3）减少补吹次数；（4）减少渣中的铁含量，降低钢铁料消耗；（5）提高出钢过程合金收得率；（6）延长炉衬寿命；（7）提高转炉生产效率。
4.3 工艺参数的优化
4.3.1 完成冶炼模式优化完善。
（1）完成加料模式初步设定。二级系统按照铁水Si含量和温度不同，设定了15种加料模式。按温度分五个区段：小于1200℃，1200℃～1250℃，1250℃～1300℃，1300℃～1350℃，大于1350℃；铁水Si分五个区段：小于0.3，0.3～0.5，0.5～0.7，0.7～0.9，0.9～1.0。规定对于铁水硅高于0.7的，不进行自动冶炼。统计显示，铁水Si含量平均为0.572%，最高到1.67%，最低为0.26%。如图1所示：
图1 铁水Si的I-MR控制图
15种依据铁水Si含量和温度不同的加料模式基本涵盖了目前炼钢厂的铁水情况，实际冶炼上这样的区分比较符合实际，可操作性强。
（2）完成氧枪模式设定。二级系统按照铁水Si含量和温度不同，同样设定了15种枪位模式。氧枪模式按温度也分五个区段：小于1200℃，1200℃～1250℃，1250℃～1300℃，1300℃～1350℃，大于1350℃；铁水Si分五个区段：小于0.3，0.3～0.5，0.5～0.7，0.7～0.9，0.9～1.0。
枪位模式上通过近几个月的摸索，由于铁水出现大规模的Mn高现象，自动冶炼过程中喷溅现象较严重。铁水Mn含量趋势图如图2所示：
图2 铁水Mn的I-MR控制图
铁水锰含量进入9月份波动很明显，绝大部分超过0.547%，对渣料消耗有影响，铁水Si高Mn高转炉冶炼不好控制，容易出现喷溅。针对铁水Mn高现象，自动冶炼的枪位模式进行了适当调整，新增高Mn枪位模式，对于铁水Mn高的炉次，采用IN BL HIGH MN模式；通过实际操作摸索，目前高Mn枪位模式满足冶炼要求，喷溅大大降低。 （3）完成副枪自动模式初步设定。通过实际操作显示，模式设定正确，满足工艺要求。
（4）完成底吹模式初步设定。根据目前钢种结构要求，公司250吨转炉底。
吹模式大致设定为以下四种方式：
模式一：BTS_AR_100，全程吹氩模式；
模式二：BTS_AR_50，50%氮氩切换模式；
模式三：BTS_AR_20，80%氮氩切换模式；
模式四：BTS_N2_100，全程吹氮模式。
目前底吹二级自动率达到90%，模式设定正确，满足工艺要求。
4.3.2 收集数据，统计分析，完成静、动态模型的参数调整。
系统收集约500炉冶炼数据较好的炉次，并对数据进行统计分析，通过与外方人员的讨论，最终完成静、动态模型的部分参数调整，模型热平衡和氧平衡计算的准确度得到提高，模型的终点碳温双命中率达到90%以上。
通过模型参数的调整，模型日趋完善，模型运算结果符合生产实际，现场操作工人对计算机模型的指导更加信赖，转炉吹炼终点控制精度高，转炉操作技术经济指标改善明显。
5 實施转炉自动化炼钢的效果
转炉计算机自动炼钢工作的开展，使新区250吨转炉炼钢生产稳定，各项指标稳步提升。主要表现为以下方面：
铁水、废钢和渣料配比合理，吹炼过程稳定，生产事故少；实现只需原材料条件稳定，转炉吹炼就稳定，使转炉吹炼过程模式化，转炉吹炼过程稳定。
终点命中率高，补吹炉数少。后吹率基本控制在0.8%，目前全部实现不倒炉直接出钢。
生产节奏快，钢水质量有保证。通过副枪实现转炉吹炼过程中不用停吹倒炉而进行自动取样测温，由模型进行动态控制终点，控制精度高，大大缩短了冶炼周期，使生产节奏加快，生产效率提高，目前冶炼周期缩短到40分钟以内。
延长炉衬寿命。自动化炼钢系统的投运使得转炉在吹炼终点命中率高，炉衬吃损少，延长了转炉寿命。炉役炉龄就达到了7000炉以上，达到了国内领先水平。
6 结语
邯钢邯宝公司炼钢厂实施转炉自动化炼钢工作以来，在改善吹炼稳定性、减少补吹炉数、延长炉衬寿命、缩短转炉冶炼周期、提高劳动生产率、改善炼钢工作环境等方面取得了令人满意的成果，目前系统运行稳定、可靠，形成了完整的、符合炼钢厂实际的数据体系和操作管理经验，对下一步提高转炉操作指标、降低生产成本、创造经济效益等方面将发挥更大的作用。
该系统的成功应用，稳定了转炉操作，减少了炼钢厂投产初期生产不稳定因素，为炼钢厂快速稳定生产提供了保障，并有力地促进了新区新品种的开发与生产，为生产高级别管线钢和汽车板提供了支撑。从工序成本考虑，节约了社会资源。
参考文献
[1] 冯聚和，艾立群.铁水预处理与钢水冶炼[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 王雅贞，李承祚，等.转炉炼钢问答[M].北京：冶金工业出版社，2005.
[3] 陈家祥.钢铁冶金学（炼钢部分）[M].北京：冶金工业出版社，1990.
[4] 魏寿彭.过程系统优化技术[M].北京：中国石油出版社，1995.
作者简介：吴忠有（1979—），男，河北钢铁集团邯钢邯宝公司炼钢厂工程师，研究方向：炼钢工艺。