目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)是鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重中之重，占據(jù)著重要的生產(chǎn)地位，而且在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)不斷發(fā)展的影響之下，正在被廣泛地應(yīng)用和推廣。轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)是轉(zhuǎn)爐后期操作工序中的重要環(huán)節(jié)，可以明顯地提升鋼鐵的冶煉效率。但是，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)仍然存在著較多的不足之處，因此，要不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)，不斷增強(qiáng)轉(zhuǎn)爐煉鋼的使用性能和安全性能。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)研究

1. 1 人工經(jīng)驗(yàn)控制

1. 1. 1 拉碳補(bǔ)吹法

拉碳補(bǔ)吹法是人工經(jīng)驗(yàn)控制中最為常見的一種方法，主要是指在吹煉后期中由一定的人工來進(jìn)行判定和參與，當(dāng)碳含量達(dá)到固定目標(biāo)時(shí)就可以停止吹氧。在中、高碳鋼的生產(chǎn)中，大多數(shù)會(huì)采用拉碳補(bǔ)吹的操作方法，主要由于目標(biāo)碳含量比較高、氧化速度比較快所導(dǎo)致的。結(jié)合吹煉特征可以看出，供氧時(shí)間和供氧含量的終點(diǎn)設(shè)置要高于冶煉鋼種的含碳量，在進(jìn)行必要的取樣以后，進(jìn)行適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)吹、調(diào)溫工作。此外，拉碳補(bǔ)吹法具有操作簡單，原料消耗較低等優(yōu)勢(shì)，適用于高碳鋼種，既而在中、高碳鋼生產(chǎn)中得到了廣泛地應(yīng)用，然而終點(diǎn)的命中最高比率在 70% 左右。

1. 1. 2 直吹增碳法

直吹增碳法在吹煉過程中可以免受額外限度因素的影響，實(shí)現(xiàn)一吹到底的操作目標(biāo)。而且通過人工經(jīng)驗(yàn)可以將終點(diǎn)鋼中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度控制在合理的范圍中，提升了出鋼過程中的冶煉效率。直吹增碳法節(jié)省了大量的補(bǔ)吹時(shí)間，具有時(shí)間短、效率高、迅速化渣以及終渣 FeO 較高等特征，終點(diǎn)命中率大都高于 80% ，因此比較適用于低碳鋼的生產(chǎn)中。

1. 2 靜態(tài)控制

轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)的靜態(tài)控制要求要根據(jù)原材料條件和吹煉鋼種的目標(biāo)，通過對(duì)鐵水、廢鋼、鐵合金等加入量、供氧量的計(jì)算，再開始進(jìn)行裝料和吹煉的操作。但是，靜態(tài)控制很難對(duì)吹煉過程發(fā)生更改，在一定程度上終點(diǎn)命中率會(huì)受到極大地影響。在實(shí)際的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)爐煉鋼靜態(tài)控制需要運(yùn)用一定的人工經(jīng)驗(yàn)來將終點(diǎn)控制在合理的范圍。一般來說，終點(diǎn)碳溫命中率最高可達(dá)到 80% 。此外，轉(zhuǎn)爐煉鋼靜態(tài)控制主要包括機(jī)理模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约叭斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。其中，機(jī)理模型是通過對(duì)冶煉過程中各種參數(shù)的分析，并且提出一些假設(shè)性的方案，通過計(jì)算物料平衡和熱平衡，進(jìn)而獲得相應(yīng)的裝料模型。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程非常復(fù)雜繁瑣，有多種影響因素，特別對(duì)于某些物料平衡和熱平衡數(shù)據(jù)來說，需要設(shè)置相關(guān)的假設(shè)條件來予以確定。因此，一般的機(jī)理模型多數(shù)為半機(jī)理經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，而且涉及的參?shù)比較多，很難進(jìn)行操控。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型發(fā)展的速度比較快，在轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制中也得到了廣泛地應(yīng)用。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與以往傳統(tǒng)的控制模型相對(duì)比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)，也能夠利用隨意精度逼近非線性函數(shù)的能力，因此建立起來的模型可以進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確地指導(dǎo)生產(chǎn)，應(yīng)用前景也比較廣闊。例如: 日本一座氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐應(yīng)用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，所預(yù)測(cè)鋼水溫度和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)動(dòng)態(tài)變化與實(shí)際工藝數(shù)據(jù)非常接近。而且 CSN 工廠的轉(zhuǎn)爐也廣泛地應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，借助于反演模擬算法來進(jìn)行接近終點(diǎn)時(shí)吹氧量的計(jì)算工作，最終完成轉(zhuǎn)爐吹煉過程的自動(dòng)化控制目標(biāo)。CSN 工廠的 40 爐工業(yè)試驗(yàn)圖乳下如示:

1. 3 動(dòng)態(tài)控制

1. 3. 1 副槍動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)

在快到達(dá)吹煉終點(diǎn)時(shí)，將副槍插入到熔池中，獲取熔池溫度和碳含量的檢測(cè)值[1]。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果不斷改正靜態(tài)模型的計(jì)算結(jié)果，在滿足吹煉終點(diǎn)的供氧量和副原料的加入量時(shí)，保證轉(zhuǎn)爐冶煉的穩(wěn)定、合理的終點(diǎn)命中率，借助于計(jì)算機(jī)操作不斷完成轉(zhuǎn)爐冶煉的動(dòng)態(tài)控制目標(biāo)。此外，由于受到設(shè)備上的影響，副槍和爐口尺寸的大小有很大的關(guān)聯(lián)，通常情況下應(yīng)用在 100 t 左右的轉(zhuǎn)爐中。而且在鋼中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低的情況下，利用結(jié)晶定碳技術(shù)來測(cè)定鋼水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以獲取較強(qiáng)的測(cè)量精度; 反之，在鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高的情況中，測(cè)量精度也會(huì)隨之降低，準(zhǔn)確率很難得以保障，因此，副槍動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)大多數(shù)都是應(yīng)用在中低型碳鋼生產(chǎn)中。

1. 3. 2 爐氣分析動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)

主要是指在吹煉后期，根據(jù)檢測(cè)爐口表的爐氣成分來進(jìn)一步獲取鋼鐵熔池的脫碳速率，通過對(duì)鋼水成分和溫度的確定，不斷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)的動(dòng)態(tài)控制目標(biāo)。爐氣分析動(dòng)態(tài)終點(diǎn)控制技術(shù)可以對(duì)鋼水碳含量和溫度做出連續(xù)提示，并且對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化校正，還可以提示鋼水 S、P 的變化情況。在終點(diǎn)鋼水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低的情況下，測(cè)量精度和命中率都會(huì)保持在較高的水平中，最低在 90% ?？偠灾?，采用轉(zhuǎn)爐煉鋼動(dòng)態(tài)控制，終點(diǎn)碳溫命中率最低在 70% 左右。首先，對(duì)于光學(xué)方法來說，主要是由于轉(zhuǎn)爐口火焰的光譜在吹煉過程中會(huì)發(fā)生一些變化，在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)中已經(jīng)得到了取得了較為理想的嘗試。其次，模式識(shí)別法主要是將圖像進(jìn)行分解，劃分成不同的區(qū)域范圍，通過特定區(qū)域內(nèi)特征像素點(diǎn)的發(fā)生頻率來作為主要的表現(xiàn)特征，也是識(shí)別煉鋼終點(diǎn)的重要方法; 最后，紋理分析法主要是要通過圖像處理中的紋理分析法，在爐口火焰圖像的紋理結(jié)構(gòu)特征的深入分析中，來對(duì)吹煉終點(diǎn)加以判別。

1. 4 自動(dòng)控制

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制技術(shù)主要是指爐渣在線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)爐渣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與查看，在整個(gè)吹煉過程中，可以很好地控制和調(diào)整好鋼水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度，將其控制在適度的范圍中。同時(shí)，并不需要補(bǔ)吹和倒?fàn)t[2]，終點(diǎn)命中率通常在 85% 左右。但是，由于我國受到資金、人才等方面的制約，并沒有完全進(jìn)入到全自動(dòng)化的控制階段中，轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備水平仍然比較低下。在轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)中，終點(diǎn)溫度和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響因素比較多，但是各個(gè)因素之間一般都是屬于非線性關(guān)系。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在處理非線性關(guān)系上得到了較多的應(yīng)用，是一種先進(jìn)的技術(shù)方法。例如: 本鋼煉鋼工藝也開始實(shí)施了自動(dòng)化控制技術(shù)，在施工現(xiàn)場較為惡劣的情況之下，質(zhì)量檢查人員嚴(yán)格按照自動(dòng)化的控制標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。其中，軸線誤差最高不得超過 0. 1 mm，在專業(yè)人士經(jīng)過系統(tǒng)嚴(yán)苛的上道工序進(jìn)行時(shí)，在達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行下道工序。進(jìn)而在不斷的重修改造中，第一爐鋼水順利煉制成功，由此展開了本鋼煉爐轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，特別對(duì)于引進(jìn)的副槍系統(tǒng)和爐器分析技術(shù)。

各種轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表 1所示。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的應(yīng)用分析及發(fā)展趨勢(shì)

2. 1 應(yīng)用案例分析

我國轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)技術(shù)始終處于起步發(fā)展階段，以武鋼三煉鋼為例，取得了較為理想的應(yīng)用效果。2014 年，轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制雙命中率最高可高達(dá) 85% 以上( 控制偏差: Δw( C) ± 0. 01% 、Δt ± 12℃ ) ，補(bǔ)吹率 7% 左右。2015 年時(shí)終點(diǎn)碳溫雙命中率已達(dá)到 95. 23% ，當(dāng)目標(biāo) w( C) 小于 0. 05% 時(shí)，控 制 偏 差 為 ± 0. 01% ，當(dāng) 目 標(biāo) w ( C) 大 于 0. 05% 時(shí)，控制偏差為 ± 0. 015% ，吹煉終點(diǎn)溫度控制為 ± 12℃，平均補(bǔ)吹率僅為 2. 8% 。到 2016 年時(shí)，已經(jīng)全面采用了全自動(dòng)控制煉鋼技術(shù)，，Δw ( C) 為 ± 0. 02% 、Δt 為 ± 15℃ 的碳、溫雙命中率最低可達(dá)到 90% 。寶鋼第二煉鋼廠在 2016 年采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和專家知識(shí)庫相結(jié)合的轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)模型，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制偏差為 ± 0. 015% 、溫度控制偏差為 ± 13℃，雙命中率均在 90% 以上。

2. 2 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的水平與產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量有著緊密的聯(lián)系，也就是轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)水平較高，產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)隨之提升上來。而且大多數(shù)只關(guān)乎到鋼水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和冶煉溫度的控制，碳含量如果過高就會(huì)導(dǎo)致含鐵礦物質(zhì)脫硫，溫度的高低變化是原料的消耗量和冶煉時(shí)間的重要影響因素，從而影響到鋼鐵質(zhì)量的好壞。針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來進(jìn)行分析，要從而有所領(lǐng)悟，要積極展望未來，使轉(zhuǎn)爐煉鋼 終 點(diǎn) 控 制 技 術(shù) 得 以 更 加 全 面 的 改 善 和優(yōu)化。

2. 3 發(fā)展趨勢(shì)

2. 3. 1 適度提高小型轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化應(yīng)用水平

目前，轉(zhuǎn)爐的發(fā)展趨勢(shì)更加偏向于大型轉(zhuǎn)爐控制技術(shù)，大中型轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化水平顯著提升。我國攀鋼和武鋼等都將爐氣分析設(shè)備應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制中，應(yīng)用效果比較明顯。但是，對(duì)于一些小型轉(zhuǎn)爐來說，終點(diǎn)命中率比較低，而且控制技術(shù)較為局限，仍然采用經(jīng)驗(yàn)控制。因此，要加大小型轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用力度，提高其自動(dòng)化控制水平。

2. 3. 2 加強(qiáng)先進(jìn)科學(xué)機(jī)械設(shè)備的使用冶煉工藝大多數(shù)都由人工操作進(jìn)行，技術(shù)人員的管理經(jīng)驗(yàn)也比較匱乏，很難得到精準(zhǔn)化的要求。比如拉碳補(bǔ)吹法，通過冶煉過程中爐內(nèi)材料特點(diǎn)來預(yù)測(cè)耗氧量和碳化率的變化情況，既而存在著較大的誤差性，在應(yīng)用程度上會(huì)受到一定的局限。因此，要開發(fā)出更為先進(jìn)、科學(xué)以及完善的機(jī)械設(shè)備，減少人工經(jīng)驗(yàn)操作方法的使用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、效率化的技術(shù)目標(biāo)。

2. 3. 3 靜態(tài)控制技術(shù)與人工經(jīng)驗(yàn)控制技術(shù)相比

具有較為精確的靜態(tài)控制模型，使實(shí)驗(yàn)效果的精確性更強(qiáng)。靜態(tài)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以將相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)理論轉(zhuǎn)換為精密性極強(qiáng)的操作公式，并且可以迅速計(jì)算出冶煉過程中的相關(guān)指標(biāo)、數(shù)值，但是，終點(diǎn)控制效率仍然保持在較低的水平中。因此，要加強(qiáng)靜態(tài)控制后期技術(shù)的創(chuàng)新工作，控制好相應(yīng) 的 參 數(shù) 值，增強(qiáng)試驗(yàn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力。

3 結(jié)語

綜上所述，提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)勢(shì)在必行，可以不斷實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制目標(biāo)，為鋼鐵企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，不斷向煉鋼領(lǐng)域地發(fā)展目標(biāo)邁進(jìn)。

( 1) 充分掌握人工經(jīng)驗(yàn)控制、靜態(tài)控制、動(dòng)態(tài)控制以及自動(dòng)化控制等，不斷提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)，并且要做到具體問題具體分析，提升轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)控制效率，確保轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)技術(shù)的功能發(fā)揮。

( 2) 不斷提升小型轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)化應(yīng)用水平，正確使用科學(xué)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，技術(shù)人員也要以較高的行為規(guī)范來約束自己，避免風(fēng)險(xiǎn)性因素的發(fā)生，轉(zhuǎn)爐煉鋼的終點(diǎn)控制技術(shù)中注入一定的創(chuàng)新因素，使之更好地適應(yīng)煉鋼領(lǐng)域的發(fā)展需求，從而實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性目標(biāo)。