摘要:自动化炼钢静动态模型是目前世界上最先进的自动化炼钢技术。济钢第三炼钢厂120t转炉成功应用了从荷兰引进的自动化炼钢静动态模型。详细介绍了该模型的组成、主要功能以及在济钢生产中的应用。
关键词:转炉 自动化炼钢 静动态模型
1 前言
济钢第三炼钢厂从荷兰DANIELI Corus公司引进了代表世界先进水平的自动化炼钢技术—SDM 模型，即自动化炼钢静动态模型（static and dynamic model,简写为SDM）。自动化炼钢静动态模型的应用提高了济钢全自动化炼钢的技术水平，该模型分为静态模型和动态模型，包括SDM服务器、PWS站（冶金工程师站）和OWS站（操作站）。
2 SDM模型主要功能
SDM首先根据设定的冶炼工艺目标值（包括钢种和冶炼量）进行静态计算，得出主原料（铁水和废钢）、副原料加入量及初始冶炼（主吹炼阶段）的耗氧量；然后根据副枪（TSC探头）实时测量的炼钢过程中的工艺数据进行动态计算，得出二次吹炼阶段的耗氧量及冷却剂的加入量，以达到炼钢工艺目标值；根据动态计算结果吹炼完，再次用副枪（TSC探头）测量，如果测量工艺数据与目标值不符，即冶炼结果达不到目标值，可再通过模型计算，进行补吹，以达到目标值；否则结束吹炼，完成该炉次炼钢。
3 SDM模型建立基础
SDM模型是建立在冶金关系基础上的，并可加以适当调整应用到特定转炉上。SDM模型主要由状态平衡、热平衡、氧平衡、渣平衡、铁平衡组成。其中涉及到的热平衡、氧平衡、渣平衡及铁平衡如下：
热量输入+热量产生+热量损失=热量剩余
氧输入+氧修正=损耗的氧+转炉中的氧
氧化物输入+氧化物形成=渣中的氧化物
铁输入+铁损耗=炉中铁+渣中铁
4 SDM模型服务器
SDM服务器安装有模型程序和Oracle9i数据库，主要用来根据炼钢工艺参数进行模型的静动态计算和存储模型设定的工艺参数以及炼钢过程中的工艺数据。
5 PWS设计说明
PWS主要目的是维护和设定冶金工艺参数和生产数据，允许操作者对一些基本冶金数据和各种冶金模式进行设定，如钢种种类、冶炼模式及废钢配比等。其典型界面见图1所示。
图1 自动化炼钢静动态模型PWS典型界面
PWS主要由以下功能组成：
(1)冶金数据
转炉加料模式设定；
吹炼模式设定；
副枪模式设定；
出钢加料模式设定；
钢包搅拌模式设定；
转炉冶炼步骤：转炉加料、主吹、中间停吹、二次吹炼、重吹、结束；
冶炼模式，包括在冶炼过程中不停止吹氧，用副枪进行测量、中间停吹、一次吹炼完成；
设定各种原料（废钢、脱硫原料、转炉原料、钢包原料）的参数，包括成分构成和含量等；
书写操作说明；
设定钢种工艺参数，包括钢种成分和含量等数据；
设定废钢种类及各种废钢配比方案；
钢包管理；
设备管理，包括氧枪、副枪、出钢口等设备。
(2)辅助数据
设定模型中常量参数；
设定模型中一般变量参数；
设定模型中模型参数；
设定报表属性。
(3)生产计划管理；
跟踪计划执行情况；
计划管理，更改生产计划；
冶炼过程跟踪和设定。
(4)报表设置和打印
炉次报表；
统计报表；
(5)显示操作记录
修改记录；
操作信息。
(6)设定用户权限
设定用户名；
设定组，设定组的权限；
设定用户所属组；
设定班次及日历。
(7)冶炼趋势图配置
设定趋势图参数。
6 OWS设计说明
OWS主要是用于模型操作和过程监控。服务器中模型程序计算后，OWS将结果显示出来，指导炼钢。OWS典型界面见图2所示。
图2 OWS 典型界面
OWS主要有以下功能：
(1)生产计划：接受L3级下达的炼钢生产计划；
(2)废钢操作画面：用来录入废钢重量和废钢配方比的数据；
(3)铁水操作画面：用来录入铁水重量、温度和铁水成分的数据；
(4)显示该炉次选用的各种模式：显示冶炼炉次所采用的冶金模式，包括氧枪冶炼模式、副枪冶炼模式、加料模式等；
(5)冶炼过程数据显示：显示炼钢过程中详细的冶炼工艺参数，例如实时氧流量和总耗氧量、氧枪枪位等；
(6)CAS站钢水处理：钢包合金化处理过程，建议加入合金的种类和加入量；
(7)报表：冶炼报表处理和打印，可以用来统计冶炼数据，例如副原料使用量统计等；
(8)过程趋势：显示冶炼过程中实时和历史趋势图，包括枪位趋势图、氧流量趋势图、转炉角度趋势图；
(9)转炉数据设定：转炉冶金工艺参数的设置；
(10)转炉设备的管理：包括氧枪、副枪、出钢口等。
7 SDM模型在济钢的应用
SDM模型目前在国内炼钢企业处于探索阶段。据了解，济钢是最成功的引进者，济钢第三炼钢厂已经掌握该技术并成功应用于该厂120t转炉上。
济钢第三炼钢厂的炼钢控制过程由两部分组成：过程控制级（L2级）和基础自动化级（L1级）。
SDM模型属于过程控制级，模型通过MES（制造执行系统）接收总公司炼钢生产计划，然后组织生产。
通过PWS工作站，操作者设定好炼钢冶炼模式。在炼钢过程中，操作工通过l1级HMI上位操作画面触发冶炼开始信号，SDM模型接收到冶炼开始信号后，进行炼钢工艺计算。炼钢过程中根据工艺要求，主要完成以下模型计算：
(1)PRACAL模型计算，根据钢包中钢水的目标温度和目标成分计算出转炉中钢水的目标温度和目标碳含量。
(2)ORDCAL模型计算，根据每炉冶炼工艺目标值计算出所需铁水和废钢。
(3)DSHCAL模型计算，根据铁水罐中铁水的硫含量、温度和目标硫含量计算出脱硫剂的使用量。
(4)BLOCAL模型计算，根据冶炼工艺目标值计算出氧气耗量和各种副原料的加入量。
(5)DCPCAL模型计算，根据冶炼过程中副枪（TSC探头）测量数据计算出二次吹炼的用氧量和冷却剂加入量；也用于补吹冶炼的计算。
(6)LATCAL模型计算，根据钢包中钢水工艺目标值计算出钢包合金和冷却剂的加入量。
(7)APOVCAL模型计算，用于SDM模型收集炼钢过程中工艺数据，修正模型中设定参数，不断完善模型。
模型接收到冶炼开始信号后，根据设定好的冶炼模式，按炼钢工艺要求自动进行模型计算。
操作人员只需要在各个工作站录入相关的工艺数据（如铁水重量和废钢重量）即可。当完成BLOCAL模型计算后，SDM模型会将设定的冶炼模式下发到L1（基础自动化）级，L1级将按照SDM模型下发的控制指令，完成炼钢过程。从炼钢开始到出钢结束，整个炼钢过程无需人工参与操作，实现全自动化炼钢。
在炼钢过程中，模型通过Excel文件将冶炼过程和工艺数据存储起来，同时还可以实时显示氧枪枪位、转炉角度、氧气流量趋势图。冶炼结束后，模型会按炉次将趋势图存储起来。
如果炼钢过程中出现问题，可以随时将炼钢过程的记录和相关趋势图调出来，对冶炼过程和炼钢工艺数据进行分析，找出事故原因。因此，SDM模型可以有效地查找和分析炼钢事故原因。
8 结语
炼钢SDM模型技术在济钢成功应用，提高了济钢在自动化炼钢领域的技术水平，提升了济钢在冶金行业的知名度，为济钢创造了良好的经济效益和社会效益，为实现济钢“十一五”规划打下了坚实的基础。
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