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摘要：本文首先简要概述了转炉炼钢的终点控制，基于此，详细论述了转炉炼钢终点的静态控制、转炉炼钢终点的人工经验控制、转炉炼钢终点的动态控制以及转炉炼钢终点的自动控制，分析了其中的关键环节，仅供大家参考。
关键词: 炼钢、转炉、终点控制
中图分类号： TF7 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
现阶段，转炉炼钢终点人工经验控制碳温命中率一般为60％~80％。转炉炼钢终点动态控制终点碳温命中率一般可达70％~85％。自动化炼钢终点碳温命中率一般可达 85％以上。本文将深入分析这几种转炉炼钢终点控制技术。
二、转炉炼钢终点静态控制
炼钢静态模型是转炉炼钢终点静态控制的基础,根据原材料条件以及吹炼钢种的温度和目标成分,利用物料平衡和热平衡,通过由操作经验和统计分析等所得到公式,计算出废钢、铁水、渣料、冷却剂、铁合金的加入量及供氧量,并根据计算结果进行装料和吹炼操作,对转炉炼钢终点进行控制。
建立准确的静态模型是终点静态控制的关键。静态控制借助吹炼过程的初始条件进行定量计算,从而免受人工经验控制时随机性的影响,然而静态控制无法针对冶炼状况修正吹炼过程,所以提高终点命中率较难的提高。转炉炼钢静态控制常用的模型主要有: 经验模型、机理模型、统计模型以及人工神经网络模型。
增量模型是利用本次初始数据及历史数据和目标状态增量来进行本次的操作变量计算和确定,又称为静态经验控制模型或静态增量控制模型。
机理模型是分析假设冶炼过程中各种参数,计算热平衡、物料平衡,得到关于铁水、废钢以及石灰的装料模型,在生产中的转炉炼钢过程复杂程度很大,有很多因素的影响,部分热平衡、物料平衡数据的确定，必须要根据假设(经验)条件进行,所以常规的机理模型,大部分是半机理半经验模型,参数较多难以控制。
统计模型是以黑箱原理为依据,对过程中物理化学规律不予以考虑,仅仅对系统输入量与输出量的实际关系加以考虑,以收集大量试验数据为基础,利用数学统计,对各主要变量变化以及数值进行统计计算。该类模型具有比较简单的结构,鉴于仅需考虑输出量与输入量间的统计关系,能够分析随机偏差,还能够克服随机因素的影响,所以可以确保一定的精度。但是该类模型条件依赖性较强,需要以大量实际生产数据为依据,建模前期具有较大工作量。
人工神经网络模型发展较为迅速,现阶段，国际国内己有许多从业人员在控制转炉炼钢的终点过程中运用人工神经网络。相较于传统控制模型,人工神经网络具有自组织、自学习、强鲁棒性以及可以以任意精度逼近非线性函数的能力,所以以此为基础建立的控制模型能够更准确的指导生产,具有越来越广泛的应用。
在实际生产中,采取转炉炼钢静态控制,在吹炼后期,通常还需利用人工经验适当调整终点,该方法一般有60%~80%的终点碳温命中率。
三、转炉炼钢终点的人工经验控制
1、拉碳补吹法
目前，转炉炼钢终點控制最常用的人工经验控制方法是拉碳补吹法。这个方法是在吹炼后期由人工判定钢中碳含量已达终点目标而停止吹氧的终点控制方法。在生产中、高碳钢时,受目标具有较高碳含量的影响,具有较高的碳氧化速度,难以准确判定终点目标碳含量,因此一般操作方法为“高拉碳+补吹调整”,即拉碳补吹法。通常针对吹炼时特征,根据供氧时间及耗氧量, 终点按稍高于所炼钢种含碳量的上限来确定,在测温、取样后,进行适当补吹及调温处理。拉碳补吹法具有以下特点: 终渣FeO较低、终点钢水氧含量低、金属收得率高、终点钢中含锰量高、终点钢水中气体含量低、氧气消耗少、脱氧剂消耗少等,所以在中、高碳钢的生产中较为有效(见表1),然而这个方法终点一次命中率不高,通常在50%~70%。
2、一吹到底增碳法
采用一吹到底增碳法,在吹炼时不抬枪、不倒炉,一吹到底,根据人工经验将终点钢中碳含量控制在下限、温度控制在上限,通常在调整温度后出钢,出钢时利用增碳法调整钢中碳含量至合适范围。一吹到底增碳法节省了倒炉、取样和随后的补吹时间,其优点有：操作稳定、热收入较多、化渣良好、终渣FeO较高、以及脱磷和脱硫率较高等,该方法具有较高的终点一次命中率,通常在85%以上。适用于低铁水高废钢用量及低碳钢的生产。
四、转炉炼钢终点的动态控制
转炉炼钢终点的动态控制是以转炉炼钢静态控制技术为基础,在吹炼后期借助副枪、自动测温装置、炉气分析仪等设备,在吹炼时检测相关变量随时间变化的动态信息,以这些信息为基础在线修正吹炼参数。现阶段，运用较为广泛的动态控制是炉气分析动态终点控制技术和副枪动态终点控制技术。
以炉气分析为基础的转炉动态终点控制是在吹炼后期根据连续检测炉口逸出的炉气成分,来对钢水熔池的脱碳速率进行计算,间接得到钢水成分及温度,并及时调整系统,预测吹炼终点,进而达到动态控制转炉炼钢终点的目的。炉气分析动态终点控制技术可以连续预报钢水碳含量及温度,动态校正控制系统,还能够对钢水S、P和炉渣成分变化等进行预报,此外，还具有设备安装不受炉口尺寸限制的优点。当终点钢水碳含量较低时,具有较高的命中率和测量精度,通常在大于90%,然而炉气分析设备构造较为复杂,维修和保养难度较大,基础费用较高。
副枪动态终点控制技术是在吹炼接近终点时,将副枪插入熔池内,对熔池温度以及碳含量进行检测,并对钢水进行取样,以检测数据及化验结果为基础,对控制模型、计算命中终点所需的冷却剂加入量和供氧量(或供氧时间)进行在线修正,并借助线性函数或指数函数来对停吹时钢水的温度及碳含量进行实时推算,从而对吹炼终点加以确定。应用转炉炼钢动态控制,通常终点碳温命中率在70%~85%之间。
五、转炉炼钢终点的自动控制
现阶段,自动化炼钢是以以副枪监测信息为基础的动态控制结合静态控制的方法。准确预报转炉吹炼终点的温度和碳是动态控制的关键,对于加入的原材料、氧气以及辅助材料要及时进行调整,从而保证吹炼终点命中率。转炉生产记录数据真实、准确，还要确保具有较强实时性,在分析处理基础上，利用多个操作参数间的相互关系得到对目标函数具有较大影响的操作参数,建立数学模型,预测目标函数并及时反馈信息,这有助于转炉冶炼过程控制的改善有。
上世纪八十年代转炉全自动吹炼技术出现,基于转炉动态控制，利用以下技术能够使转炉吹炼的全自动控制得以实现:
1、模糊判断和神经网络系统,对控制模型进行调整；
2、炉渣在线检测技术, 对炉渣的状态进行检测和调整；
3、炉气在线分析技术或副枪动态控制技术,检测和预测熔池碳含量及温度；
4、其它控制技术,对钢水的碳含量、温度以及整个吹炼过程调整和控制。
实施转炉炼钢自动控制后,使不补吹倒炉出钢得以实现,终点碳温命中率通常在85%以上。
六、结语
现阶段,转炉未来的发展方向是大型化,科技的发展，大大提高了大中型转炉的自动化水平,很多钢铁企业大量应用了先进的、智能型的终点控制技术,例如马钢、攀钢都将炉气分析设备用于转炉炼钢终点控制,同时在中型转炉上大量应用了人工智能控制模型、副枪测温定碳技术。
参考文献：
张丙龙：《转炉炼钢自动控制系统的研究》，东北大学， 2008年
胡燕 何腊梅：《转炉炼钢终点控制模型的方法研究》，《钢铁技术》， 2009年06期
许刚 雷洪波 李惊鸿 叶印鹏 薛军：《转炉炼钢终点控制技术》，《炼钢》， 2011年01期
闫博：《转炉炼钢智能控制方法的研究》，东北大学， 2005年
关键词: 炼钢、转炉、终点控制
中图分类号： TF7 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
现阶段，转炉炼钢终点人工经验控制碳温命中率一般为60％~80％。转炉炼钢终点动态控制终点碳温命中率一般可达70％~85％。自动化炼钢终点碳温命中率一般可达 85％以上。本文将深入分析这几种转炉炼钢终点控制技术。
二、转炉炼钢终点静态控制
炼钢静态模型是转炉炼钢终点静态控制的基础,根据原材料条件以及吹炼钢种的温度和目标成分,利用物料平衡和热平衡,通过由操作经验和统计分析等所得到公式,计算出废钢、铁水、渣料、冷却剂、铁合金的加入量及供氧量,并根据计算结果进行装料和吹炼操作,对转炉炼钢终点进行控制。
建立准确的静态模型是终点静态控制的关键。静态控制借助吹炼过程的初始条件进行定量计算,从而免受人工经验控制时随机性的影响,然而静态控制无法针对冶炼状况修正吹炼过程,所以提高终点命中率较难的提高。转炉炼钢静态控制常用的模型主要有: 经验模型、机理模型、统计模型以及人工神经网络模型。
增量模型是利用本次初始数据及历史数据和目标状态增量来进行本次的操作变量计算和确定,又称为静态经验控制模型或静态增量控制模型。
机理模型是分析假设冶炼过程中各种参数,计算热平衡、物料平衡,得到关于铁水、废钢以及石灰的装料模型,在生产中的转炉炼钢过程复杂程度很大,有很多因素的影响,部分热平衡、物料平衡数据的确定，必须要根据假设(经验)条件进行,所以常规的机理模型,大部分是半机理半经验模型,参数较多难以控制。
统计模型是以黑箱原理为依据,对过程中物理化学规律不予以考虑,仅仅对系统输入量与输出量的实际关系加以考虑,以收集大量试验数据为基础,利用数学统计,对各主要变量变化以及数值进行统计计算。该类模型具有比较简单的结构,鉴于仅需考虑输出量与输入量间的统计关系,能够分析随机偏差,还能够克服随机因素的影响,所以可以确保一定的精度。但是该类模型条件依赖性较强,需要以大量实际生产数据为依据,建模前期具有较大工作量。
人工神经网络模型发展较为迅速,现阶段，国际国内己有许多从业人员在控制转炉炼钢的终点过程中运用人工神经网络。相较于传统控制模型,人工神经网络具有自组织、自学习、强鲁棒性以及可以以任意精度逼近非线性函数的能力,所以以此为基础建立的控制模型能够更准确的指导生产,具有越来越广泛的应用。
在实际生产中,采取转炉炼钢静态控制,在吹炼后期,通常还需利用人工经验适当调整终点,该方法一般有60%~80%的终点碳温命中率。
三、转炉炼钢终点的人工经验控制
1、拉碳补吹法
目前，转炉炼钢终點控制最常用的人工经验控制方法是拉碳补吹法。这个方法是在吹炼后期由人工判定钢中碳含量已达终点目标而停止吹氧的终点控制方法。在生产中、高碳钢时,受目标具有较高碳含量的影响,具有较高的碳氧化速度,难以准确判定终点目标碳含量,因此一般操作方法为“高拉碳+补吹调整”,即拉碳补吹法。通常针对吹炼时特征,根据供氧时间及耗氧量, 终点按稍高于所炼钢种含碳量的上限来确定,在测温、取样后,进行适当补吹及调温处理。拉碳补吹法具有以下特点: 终渣FeO较低、终点钢水氧含量低、金属收得率高、终点钢中含锰量高、终点钢水中气体含量低、氧气消耗少、脱氧剂消耗少等,所以在中、高碳钢的生产中较为有效(见表1),然而这个方法终点一次命中率不高,通常在50%~70%。
2、一吹到底增碳法
采用一吹到底增碳法,在吹炼时不抬枪、不倒炉,一吹到底,根据人工经验将终点钢中碳含量控制在下限、温度控制在上限,通常在调整温度后出钢,出钢时利用增碳法调整钢中碳含量至合适范围。一吹到底增碳法节省了倒炉、取样和随后的补吹时间,其优点有：操作稳定、热收入较多、化渣良好、终渣FeO较高、以及脱磷和脱硫率较高等,该方法具有较高的终点一次命中率,通常在85%以上。适用于低铁水高废钢用量及低碳钢的生产。
四、转炉炼钢终点的动态控制
转炉炼钢终点的动态控制是以转炉炼钢静态控制技术为基础,在吹炼后期借助副枪、自动测温装置、炉气分析仪等设备,在吹炼时检测相关变量随时间变化的动态信息,以这些信息为基础在线修正吹炼参数。现阶段，运用较为广泛的动态控制是炉气分析动态终点控制技术和副枪动态终点控制技术。
以炉气分析为基础的转炉动态终点控制是在吹炼后期根据连续检测炉口逸出的炉气成分,来对钢水熔池的脱碳速率进行计算,间接得到钢水成分及温度,并及时调整系统,预测吹炼终点,进而达到动态控制转炉炼钢终点的目的。炉气分析动态终点控制技术可以连续预报钢水碳含量及温度,动态校正控制系统,还能够对钢水S、P和炉渣成分变化等进行预报,此外，还具有设备安装不受炉口尺寸限制的优点。当终点钢水碳含量较低时,具有较高的命中率和测量精度,通常在大于90%,然而炉气分析设备构造较为复杂,维修和保养难度较大,基础费用较高。
副枪动态终点控制技术是在吹炼接近终点时,将副枪插入熔池内,对熔池温度以及碳含量进行检测,并对钢水进行取样,以检测数据及化验结果为基础,对控制模型、计算命中终点所需的冷却剂加入量和供氧量(或供氧时间)进行在线修正,并借助线性函数或指数函数来对停吹时钢水的温度及碳含量进行实时推算,从而对吹炼终点加以确定。应用转炉炼钢动态控制,通常终点碳温命中率在70%~85%之间。
五、转炉炼钢终点的自动控制
现阶段,自动化炼钢是以以副枪监测信息为基础的动态控制结合静态控制的方法。准确预报转炉吹炼终点的温度和碳是动态控制的关键,对于加入的原材料、氧气以及辅助材料要及时进行调整,从而保证吹炼终点命中率。转炉生产记录数据真实、准确，还要确保具有较强实时性,在分析处理基础上，利用多个操作参数间的相互关系得到对目标函数具有较大影响的操作参数,建立数学模型,预测目标函数并及时反馈信息,这有助于转炉冶炼过程控制的改善有。
上世纪八十年代转炉全自动吹炼技术出现,基于转炉动态控制，利用以下技术能够使转炉吹炼的全自动控制得以实现:
1、模糊判断和神经网络系统,对控制模型进行调整；
2、炉渣在线检测技术, 对炉渣的状态进行检测和调整；
3、炉气在线分析技术或副枪动态控制技术,检测和预测熔池碳含量及温度；
4、其它控制技术,对钢水的碳含量、温度以及整个吹炼过程调整和控制。
实施转炉炼钢自动控制后,使不补吹倒炉出钢得以实现,终点碳温命中率通常在85%以上。
六、结语
现阶段,转炉未来的发展方向是大型化,科技的发展，大大提高了大中型转炉的自动化水平,很多钢铁企业大量应用了先进的、智能型的终点控制技术,例如马钢、攀钢都将炉气分析设备用于转炉炼钢终点控制,同时在中型转炉上大量应用了人工智能控制模型、副枪测温定碳技术。
参考文献：
张丙龙：《转炉炼钢自动控制系统的研究》，东北大学， 2008年
胡燕 何腊梅：《转炉炼钢终点控制模型的方法研究》，《钢铁技术》， 2009年06期
许刚 雷洪波 李惊鸿 叶印鹏 薛军：《转炉炼钢终点控制技术》，《炼钢》， 2011年01期
闫博：《转炉炼钢智能控制方法的研究》，东北大学， 2005年