【背景与需求】

炼钢是在高温下进行的复杂的物理化学反应过程，涉及复杂的冶金模型计算及生产设备控制，手动控制存在误差率高、劳动强度高的问题。手动控制造成不同人员、不同班组间控制过程及结果的不一致性，容易造成产品质量差异、稳定性差。以一键炼钢、自动出钢为代表的传统自动控制方法普遍采用“静态模式表”的方式控制整个冶炼过程，无法根据实际炉况调整控制参数。国家推进智能制造发展的大背景下，国内各钢铁企业大力投入智能化系统研发工作，智能化水平高低成为衡量企业竞争力的重要指标。

【产品介绍】

产品简介：

转炉智慧炼钢系统，以转炉工艺技术为基础，综合应用计算机技术、图像识别技术、副枪测量技术、声呐、烟气分析等技术，建立全方位智能感知及决策体系，实现转炉吹炼、终点控制、出钢、溅渣、出渣全过程智能化控制。

系统包括冶金机理模型、实时炉况识别模型、氧枪动态控制模型、自动出钢控制模型、自动出渣控制模型等核心模型以及人机交互界面、数据库、通讯等功能模块。

系统适用于常规、双渣、全三脱等转炉冶炼工艺，支持转炉直接出钢。能够取得降低物料消耗、提高产品质量稳定性等效果；极大提高转炉生产标准化、智能化水平，降低现场生产劳动强度。

产品效果：

转炉智慧炼钢系统的应用可以达到如下效果：

（1）将吹炼单过程自动化控制转变为多过程智能化控制：以往“一键炼钢”多只注重于主吹炼过程，现在可以实现主吹炼、出钢、溅渣、出渣全冶炼过程的智能化控制集成。

（2）将静态控制转变为动态控制：以往“一键炼钢”采用吹炼前设定静态控制步骤，无法根据炉况实时调整控制参数，系统应用实现了动态控制：

①吹炼过程根据返干、溢渣炉况实时调整枪位和加料

②出钢过程根据钢液液位线及其他安全判定实时调整出钢角度和钢包车位置

③溅渣过程根据实际溅渣效果实时调整枪位及溅渣料

④ 出渣过程根据渣流动态跟踪实时调整出渣角度及渣车位置

（3）吹炼单目标控制变为过程多目标控制

① 将以吹炼终点为单一控制目标转变为TSC目标控制+终点控制，进一步提升终点控制稳定性：

②实现全控制过程实时安全连锁控制

（4）智慧炼钢各模块使用比例均超过90%，过程无干预率在95%以上；直出钢比例80%；吹炼终点双命中率超90%。

【产品主要功能】

产品核心功能包括：

（1）生产管理及信息化

实现生产调度；生产过程铁水、废钢、原辅料信息管理，生产设备管理，铁钢包管理；上下游工序管理，化验样管理；评判模型、产销系统系统支撑等。

（2）生产过程跟踪

通过工业互联网数据平台实现生产数据实时通讯、采集及治理，实时跟踪转炉吹炼过程，对吹氧、加料、底吹、出钢、溅渣等各个环节进行监控；提供定制化数据展示界面，形成完整的生产过程操作记录；提供在线历史数据查询界面及定制化统计报表。

（3）冶炼参数计算

以热平衡、物料平衡为基础建立静态冶金计算模型，实现了转炉铁水、废钢、吹氧量、冷却剂加入量的计算；以终点钢渣成分、重量为目标，计算石灰、白云石等副原料加入量；通过冶炼后期在线测温取样，实现冶炼后期吹氧量、冷却剂加入量的动态调整；实现动态吹炼阶段钢水温度、碳含量的在线预报及吹炼终点的自动控制。

（4）吹炼智能控制

采用图像识别技术对出钢口火焰及炉口火焰进行识别，综合烟气、声呐信息判断转炉生产炉况并依此进行氧枪控制，使转炉吹炼全程处于理想的平稳冶炼状态，解决吹炼喷溅及返干发生几率高的问题。

（5）在线检测分析模块

配套全套副枪机械，数据分析和控制技术，实现不倒炉冶炼和终点自动控制；采用烟气在线取样、预处理设备及气体分析仪表，实现转炉烟气在线检测。

（6）自动出钢

采用图像识别技术对出钢过程转炉包沿钢液位置识别并计算“出钢秒流量”，实时判断出钢安装状态，保证出钢过程处于“最大静压力”下最快出钢状态的同时，确保出钢过程安全。

（7）自动溅渣

以静态模型与动态智能控制相结合的方式实现溅渣自动控制。静态阶段执行溅渣模式表步骤，起渣后根据炉口摄像头识别渣粒参数，动态调整枪位及调渣料加入，完成溅渣操作。

（8）自动出渣

通过计算摇炉角度与渣罐车位置的对应关系，控制转炉倾动与渣罐车同步运行，保障炉渣倒入渣罐；同时利用摄像头视觉系统监控倒渣情况，倒渣渣流异常时及时提示切换控制，实现安全状态下的转炉自动出渣。

（9）钢包洁净度识别

对转炉使用的空包及出钢后重包情况进行质量跟踪预测，建立质量溯源数据并为钢包操作提供指导。实现钢包空包及重包照片拍摄及储存；利用摄像头视觉识别程序，进行在线空包温度包况测量及质量判级、重包液面净空及炉渣合金熔化状态判级，为操作提供指导。

（10）转炉专家系统

集成数据分析及模型参数维护功能，实现模型计算效果统计、历史炉次模型重算、模型参数验证功能，提高系统的整体易用性及应用效果。

（11）虚拟仿真系统

建立了转炉炼钢兑铁、吹炼、出钢、溅渣、出渣全全过程虚拟仿真模型，实现与PLC数据实时交互，能够利用控制室大屏实时检测生产状态。

【产品优势】

自主研发：系统由首自信公司自主研发，拥有完全知识产权。

技术全面：拥有转炉副枪、图像识别、烟气分析、声呐检测、转炉智能化系统软件整体技术，提供整套解决方案。

适用范围广：面向钢铁企业不同容量转炉，可以应对不同铁水条件的生产工艺，适用于国内各种转炉冶炼生产模式，支持主要基础自动化系统平台，能够广泛适用于新建、改建企业。

高度自动化闭环控制：以工艺模型为核心的过程控制技术同基础自动化系统相结合，实现转炉吹炼过程一键式的高度自动化闭环控制。

适应能力强：采用冶金机理及数值计算方法相结合的控制模型，具有参数自整定、自适应特点，适应工艺条件的波动。

【应用案例】

案例名称：首钢京唐钢轧作业部转炉智慧炼钢系统

实施内容：案例应用了转炉智慧炼钢系统全部模块，实现转炉炼钢全过程智能化控制。“转炉冶炼全过程智能化控制方案”入选国务院工信部”2023年度智能制造系统解决方案揭榜挂帅项目”。

建设效果：

（1）后吹率降低：

后吹率较其他炉座同期低约0.1-1.1%左右。

（2）直出钢比例提高

直出钢比例得到提高，从投用前54%左右，提高到80%左右，提高约26%。

（3）自动出钢稳定投用

自动出钢自动出钢投用后，使用比例稳定在90%以上。

（4）自动出渣稳定投用

自动出渣投用率达到90%左右，均能实现稳定倒渣。通过自动出渣控制投用，综合减少了炉渣洒出的炉下渣量，炉下渣量产出较投用前减少2.1t/天，降低了渣罐车及炉下渣的清理频次。自动溅渣单月使用比例达到95%，成功率达到96%以上。

（5）自动溅渣效果良好

通过使用自动溅渣，缩短了溅渣时间，使用自动溅渣后，缩短溅渣时间0.3-1.0min左右，溅渣护炉效果稳定。

（6）冶炼周期缩短

对比自动化投用前后，平均周期缩短2.47min。

（7）钢铁料消耗降低

相同铁耗条件下，自动化投用后，通过降低TFe减少喷溅，钢铁料消耗指标降低约2.9kg/t。  

【运行环境】