LF精煉智能控制技術(shù)現(xiàn)今應(yīng)用和未來發(fā)展情況研究

LF精煉智能控制技術(shù)現(xiàn)今應(yīng)用和未來發(fā)展情況研究摘要：LF精煉爐是日本大同鋼鐵公司首次研制成功，該工藝加熱效率高，溫度控制精確，使用成本低，適應(yīng)范圍寬，除雜質(zhì)能力強(qiáng)，所以被廣泛應(yīng)用于目前的冶金工業(yè)。尤其是在轉(zhuǎn)爐冶煉上，它的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了極大地提高。在這個基礎(chǔ)上，可以打破二次提純的局限，讓轉(zhuǎn)爐和連鑄之間的聯(lián)系更加緊密。因此，如果采用這種技術(shù)，可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。而在此基礎(chǔ)上，結(jié)合智能控制技術(shù)，并加以大力開發(fā)，則成為技術(shù)革新和創(chuàng)新的主要推動力。關(guān)鍵詞：LF精煉；智能控制技術(shù)；應(yīng)用；未來發(fā)展引言近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)的鋼鐵冶煉技術(shù)也是突飛猛進(jìn)。LF精煉是一種非常有效的方法，可以大幅度提高冶煉的效率和品質(zhì)。文章對LF精煉的智能控制模式進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并簡要介紹了LF精煉在智能控制領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。最后，對LF精煉智能化控制技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了討論，并提出了一些新技術(shù)的成熟與應(yīng)用，并對如何有效地開發(fā)和利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行了展望。1、LF精煉爐智能控制概述LF包鋼精煉爐控制系統(tǒng)分為模擬控制、數(shù)字控制、智能控制三個階段。近幾年，隨著智能控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，LF的大規(guī)模應(yīng)用成為LF技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢。LF精煉工藝的控制，包括溫度預(yù)測、成分預(yù)測、底吹控制、電極自動控制等。這些模型的建立是以機(jī)械原理和模式識別建模為基礎(chǔ)的。多模式整合也是以時間序列演變?yōu)榛A(chǔ)的一個簡單的綜合，不能真正實(shí)現(xiàn)各要素的綜合。2、LF精煉智能控制技術(shù)相關(guān)探析2.1溫度預(yù)報模型該模型的研究系統(tǒng)主要是鋼液和熔覆層。結(jié)合能量守恒定律，對影響鋼液比溫度的主要因素進(jìn)行了討論。主要的原因之一是電弧的加熱，在箱體的換熱中，有兩種主要的傳熱形式：側(cè)壁換熱和箱底換熱。采用圓筒形和直角形的非穩(wěn)定導(dǎo)熱微分方程，對其進(jìn)行了詳細(xì)的計算。另外，吹氬熱損失、熔渣表面熱損失、合金氧化、合金溶解、合金熔化等也是影響熔渣熱損失的主要原因。可以看出，影響鋼液溫度的因素很多。由于不同的因素，LF中的溫度模型也有一定的差異。2.2LF精煉成分預(yù)測模型LF精煉時，要在鋼液中加入適當(dāng)?shù)暮辖穑@樣才能更好地調(diào)節(jié)成分，保證所生產(chǎn)的鋼材質(zhì)量達(dá)到所需的成分指標(biāo)。所謂的成分預(yù)測，就是根據(jù)當(dāng)前的鋼液組成和實(shí)際的合金含量，以及在加入完合金之后，會發(fā)生什么樣的變化。這種方法可以直接用公式進(jìn)行計算，最終得出合金的收獲率，而影響到這個數(shù)值的因素有鋼液溶解過程中的氧含量、合金顆粒度、爐渣的氧化性等。隨著時間的推移，這種模式會導(dǎo)致預(yù)報的結(jié)果持續(xù)上升。而模型本身則會一直保持在靜態(tài)狀態(tài)。2.3底吹氬控制模型氬氣作為一種惰性氣體，在生產(chǎn)過程中有很大的優(yōu)勢，主其主要特點(diǎn)是沒有發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。同時，由于在生產(chǎn)中需要的氧含量太高，也會產(chǎn)生大量的氬氣，所以，氬氣的成本也比較便宜，所以，在選擇底吹工藝時，通常都會使用氬氣作為氣體攪拌。在煉鋼時，經(jīng)過工藝設(shè)置的氬氣經(jīng)排出板送入鋼包，在鋼包內(nèi)形成大量的氬氣泡。在液態(tài)金屬里面，H.O等物質(zhì)會形成一個真空腔，但是在真空腔里面，所有的物質(zhì)的分壓都是0，這時候，壓力比較大的物質(zhì)就會被轉(zhuǎn)移到壓力比較低的地方。在加熱的過程中，這些氣體會隨著溫度的升高而上升，同時也會將空氣中的各種有害物質(zhì)排出，達(dá)到凈化空氣的目的。2.4電極自動控制模型渠道的建立需要以節(jié)約能源為基礎(chǔ)。從這個角度看，在熔爐加熱過程中所產(chǎn)生的實(shí)際熱與所產(chǎn)生的具體損耗之間存在著一種相關(guān)的關(guān)系，即，在不同的熔爐溫度條件下，能夠更加高效地調(diào)整電極，從而能夠極大地優(yōu)化生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少能源消耗。在電極自動控制模式的實(shí)現(xiàn)中，由于不能準(zhǔn)確測量鋼液溫度、電極埋弧、溫度不確定、系統(tǒng)的諧波等因素，使電極不能按要求進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而影響到精煉溫度的準(zhǔn)確控制。3、LF精煉智能控制技術(shù)現(xiàn)今應(yīng)用現(xiàn)狀3.1國外研究運(yùn)用現(xiàn)狀20世紀(jì)七八十年代，由于在計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，從而極大地提高了工業(yè)的自動化程度。從80年代后期開始，由于世界范圍內(nèi)的電弧爐底部吹煉技術(shù)的不斷發(fā)展，二次提純技術(shù)也逐步實(shí)現(xiàn)了自動化。其中最具代表性的是奧地利的Radex公司的DPP，日本川崎耐材公司的EF、KGC等系統(tǒng)。韓國浦項制鐵自21世紀(jì)開始，對AOD精煉爐進(jìn)行了智能化控制，從而使其在人工控制方面取得了重大突破；日本JFE也建立了一個以準(zhǔn)時制為基礎(chǔ)的鋼材品質(zhì)保障系統(tǒng)，它主要是用來探討在目標(biāo)品質(zhì)范圍內(nèi)，通過局部權(quán)重確定最優(yōu)的生產(chǎn)環(huán)境，即純時間模型。3.2國內(nèi)研究運(yùn)用現(xiàn)狀目前，國內(nèi)對LF精煉的智能化控制進(jìn)行了較深的探索，主要是通過大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，以及與制造商一起進(jìn)行研發(fā)。但是從目前的情況來看，國內(nèi)還沒有一家公司能夠做到全面的智能化控制，只有少數(shù)廠家進(jìn)行了部分的開發(fā)和應(yīng)用，但是在系統(tǒng)性、集成化等方面，仍然存在著一些問題。2017年，有限公司應(yīng)用開發(fā)了精煉過程合金模型，有效優(yōu)化了降低合金成本的水平，提高了鋼液成分的精確控制。本研究亦為單一模式之控制，其終點(diǎn)之預(yù)測成功率在80%之上。3.3存在問題分析目前最大的問題是LF精煉爐不能在智能化的控制流程中進(jìn)行有效的協(xié)作。其中，LF精煉是一種具有多變量、強(qiáng)耦合、工作環(huán)境惡劣、非線性、時變、強(qiáng)擾動的中間工藝，因而很難對其進(jìn)行有效地控制。LF精煉爐由于各鋼鐵公司的生產(chǎn)組織、爐渣體系的多樣性以及對流程的直接檢驗手段的限制，使得LF精煉爐的統(tǒng)一控制模型失效。中國部分LF冶煉爐是從國外引進(jìn)的。目前，許多國外軟件和算法都采用了密碼機(jī)制，以增強(qiáng)技術(shù)的保密性。由于設(shè)備投入、維修費(fèi)用較高，不能與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，從而使LF精煉爐智能化控制的發(fā)展速度較慢。4展望分析4.1新技術(shù)的成熟應(yīng)用這些新技術(shù)主要包括連續(xù)爐氣溫度測量、泡沫渣檢測和控制、電極自動調(diào)整等，為模型二次開發(fā)和改進(jìn)提供了一種實(shí)時檢測和控制的依據(jù)。同時，LF精煉的各個模型逐漸朝著協(xié)同整合的方向發(fā)展，也為LF工藝的精確、高效的實(shí)施奠定了理論依據(jù)。4.1.1非接觸式測溫技術(shù)對鋼液溫度進(jìn)行實(shí)時、精確的監(jiān)控，對優(yōu)化煉渣操作、優(yōu)化供電等工藝具有一定的指導(dǎo)意義。由于冶煉溫度高，冶煉環(huán)境惡劣，難以對其進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外各種爐溫檢測技術(shù)也在不斷發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，利用多變量測溫技術(shù)，利用非接觸測溫技術(shù)，獲取了鋼液溫度的特性，建立了溫度信號處理模型，實(shí)現(xiàn)了對熔池溫度的實(shí)時監(jiān)測。4.1.2電極自動調(diào)整技術(shù)供電操作是煉油過程中的主要環(huán)節(jié)之一。同時，對電源進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵在于對電極進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。為了改善精煉爐的調(diào)整反應(yīng)速度，提高控制精度，確保三相電流均衡，電極的穩(wěn)定調(diào)整，必須對精煉爐的電極進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到節(jié)約能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。4.1.3模型控制的協(xié)同集成對進(jìn)料模型、通電模型、底吹氬模型、組分控制模型進(jìn)行了相關(guān)性分析，建立了溫度、成分、爐渣特性的綜合控制模型，以達(dá)到全過程的智能化控制。圖1LF模型集成控制示意圖4.2大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以達(dá)到以下目的：1）對生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和分析，為當(dāng)前的生產(chǎn)過程曲線的實(shí)施和控制提供依據(jù)；2）采用大數(shù)據(jù)修正方法，對因環(huán)境、時延等因素引起的系統(tǒng)數(shù)據(jù)畸變進(jìn)行檢測或控制；3）對各種類型的控制模式進(jìn)行自學(xué)習(xí)，并對其進(jìn)行修改，從而獲得可靠的對比數(shù)據(jù)；4）利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對LF精煉過程進(jìn)行成本和質(zhì)量回歸分析，并能產(chǎn)生流程最優(yōu)曲線，為各種控制模式的控制提供依據(jù)，使單個或離散控制相互協(xié)調(diào)；5）利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對各種類型的鋼種進(jìn)行優(yōu)化，以保證質(zhì)量達(dá)標(biāo)、成本最低為目標(biāo)，對各種類型的鋼種進(jìn)行優(yōu)化，通過對大量數(shù)據(jù)的積累和加工，使其在生產(chǎn)過程中得到最優(yōu)的控制。結(jié)束語隨著傳統(tǒng)工業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級，LF精煉必然會根據(jù)不同的鋼種特性，制訂出最優(yōu)的、規(guī)范化的生產(chǎn)流程，進(jìn)行智能控制；向多用途發(fā)展，加入智能化的精煉功能，改善冶煉效果；環(huán)保精煉工藝，保證工藝精確，降低了對環(huán)境的污染，降低了廢氣的排放量。LF精煉爐實(shí)時監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用、多種模式綜合運(yùn)用、大數(shù)據(jù)技術(shù)的成功運(yùn)用，為達(dá)到以上目的，對各類模型進(jìn)行了優(yōu)化與整合，從而達(dá)到真正的智能提煉。參考文獻(xiàn)[1]馮夢龍，林路，趙舸，何賽，劉亞琴.LF精煉自動控制技術(shù)發(fā)展與展望[J].中國冶金，2022，32(11):32-40.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220395.[2]陳強(qiáng).LF精煉智能控制技術(shù)現(xiàn)今應(yīng)用和未來發(fā)展情況研究[J].冶金與材料，2022，42(02):141-142.