组合工艺控制模型为转炉的先进工艺优化制定了新标准.docx

组合工艺控制模型为转炉的先进工艺优化制定了新标准目录摘要2弓I言3?转炉工艺优化3?组合工艺模型32.1.概述3?反馈计算：4?炉号数据评价:5?精细化控制模型的建立5?基于生产实践的条件假设6?基于条件假设的标准参数设定6?基于标准参数的生产计划排产7?基于生产计划的生产实绩9?基于生产实绩的节能潜力评价9?数字李生94. 1.概述9?工艺预计算：9?转炉优化器95. 1.概述9?铁水和废钢物料计算首次加料计算(FCe)9?废钢铁水策略：9?标准熔炼操作和自动SMP选择9?二次加料计算97.1.概述9?热铁水碳饱和度计算：9?在线监管9?吹炼结束端控制99. 1.概述9?吹炼终点控制：9?动态终点控制910. 1.概述9?复吹控制9?合金控制9?AOD优化器911. 1.概述9?在线监管和标准熔炼操作9?加料计算：9?熔池高度模型：9?出钢模型：9?精练控制9?脱硅控制9?喂料控制9?合金控制：9?炉渣形成控制：9?切换点控制9?脱碳控制9?还原控制9?脱硫控制9?复吹控制9?最终调整控制9?结论9摘要转炉过程自动化的持续改进和优化对于满足转炉和氮氧脱碳炉操作人员的需要是至关重要的，例如最高的工艺控制精度、稳定性和均匀的灵活性、短的生产适应提升时间和最低的消耗数字。PrimetalsTechnologies不断扩展其主要的基于方程的过程模型，同时引入基于数据和规则的功能，从而为工艺控制和优化提供组合仿真工具。这种数据驱动的功能需要通过可靠的测量和数据选择来实现高质量和完整的输入数据集。本文介绍了这方面的最新发展和参考资料。引言目前我国转炉炼钢生产对于操作人员所具备的生产操作经验依赖较大，受操作人员思维惯性以及反应能力有限等一系列因素制约，转炉炼钢生产效率和污染物排放控制有待进一步改进。在采用渣料减量化冶炼、石灰石复合造渣、铁矿石熔融还原以及留碳作业后，进一步增加了生产人员依靠经验进行操作的难度，因此需要建立一种充分考虑各种工艺参数和原材料状况，解析炼钢过程控制要素的智能化炼钢控制模型，以摆脱操作人员思维限制，降低炼钢过程中的渣量、气体和粉尘排放，实现智能化、环境友好型炼钢。本文概述了冶炼车间控制和优化系统的基本功能，描述了基于主方程的转炉炼钢工艺模型的扩展，以及并行引入基于数据和规则的函数，从而实现混合仿真。本文介绍了转炉(BOFS)和氮氧脱碳(AoD)炉的优化系统。转炉工艺优化需要使用先进的转炉炼钢控制和工艺优化系统的主要目标是：高效率和高生产率：为了优化消耗数据，转炉必须以高效运行，从而通过减少特定材料和气体消耗来降低成本。同时，炼钢转炉必须在高生产率和高金属收得率下运行，以满足需求和保持竞争力： 质量一致性：炼钢转炉必须生产质量一致性的钢水，以满足客户要求和行业标准。这就需要使用先进的传感器和过程控制系统来实时监控和调整过程。 灵活性：炼钢转炉，特别是AOD,必须灵活地生产各种钢种，其炉料混合变化很大。 增加技术诀窍：必须通过监督生产过程和透明的工艺过程操作来产生和提供专有技术，并进行数据记录、评估、可视化和报告。 连通性：通过对各种生产路线的所有工厂单元实施先进的工艺模型和优化系统来改善钢铁生产。各优化系统互联互通，实现跨流程优化。为了满足日益增长的需求，优化系统必须不断改进和适应。新的方法和特性被开发和应用。组合工艺模型2.1.概述将基于主方程的流程模型扩展为数据驱动和基于规则的功能，形成了组合流程模型。转炉炼钢组合过程模型是将第一性原理模型和数据驱动模型等不同类型的过程模型结合起来，共同用于炼钢过程的分析、优化和控制。第一性原理模型基于控制过程行为的基本物理和化学定律，比如质量和热平衡。它们通常用于模拟过程，控制过程并根据输入变量预测系统的行为。数据驱动的模型基于历史数据，并使用增强的算法来创建可以预测流程行为的模型。它们用于分析和理解工艺过程变量与最终产品质量之间的关系。混合工艺模型用于整合不同模型的优势，以提高预测的准确性，并获得对过程更全面的理解。它们可以通过提供更准确的过程行为预测和确定最佳过程条件来帮助优化工艺过程控制。因此，组合工艺模型的应用可以提高产品质量，降低成本。反馈计算：为了达到所需的精度，工艺模型的调优是必不可少的。反馈计算工具，目前正在进一步发展，使用测量和计算的数据从产生的每炉钢水产生，以改善用于计算的调谐参数。该工具提供了通过修改调谐参数重新计算完成炉号钢水的可能性。在沙盒模式下，可以手动选择和调整调谐参数，而在优化模式下，计算出一组最优的调谐参数。在选择完成的一炉钢和调整参数后，优化系统计算各自的结果，并将其与温度测量和钢的热量分析进行比较。在反馈计算的帮助下，通过选择更合适的调谐参数，可以逐步提高计算精度，从而减少计算值与实测值之间的偏差（图1）。N图1不同调谐参数下实测数据与模型计算结果的比较从优化模式中自动选择的调优参数在温度和碳的测量数据（y轴）和计算值（X轴）之间显示了更好的匹配。可以看到，与使用先前调优参数（红色）的计算值相比，使用优化参数（绿色）的计算值总体上更接近理想线（蓝色，测量二计算）。炉号数据评价：为了建立一个最优的基础来使用反馈计算的优化模式，它计算一组最优的调优参数，必须有一个合适的数据库。为了保证这一点，必须对产生的每炉钢水的数据进行评估。这种情况发生在炉号数据评估中，通过计算一个指标，该指标给出了过程操作质量、数据和计算精度的反馈。考虑各种信息：输入数据的质量，如热铁水重量，化学成分分析。 标准操作偏离值，例如，在测量前不久添加材料。 钢水和炉渣的测量和试样结果的可用性，例如完整的开吹和吹炼结束测量。 模型结果和测量的匹配。异常事件的发生，如吹炼中断、喷溅。此外，炉号数据评估支持工艺冶金学家和工程师进行该炉钢水的评估，以快速了解正确的关键性能指标（KPls）。?.精细化控制模型的建立以某钢厂生产钢种SPHCW的典型流程：BOFRHCC为例，对该流程中各个工序及工序间传搁过程的钢水温度和操作时间控制情况进行分析。由于实际生产过程事实上是对生产计划的执行情况，钢水温度和操作时间的控制情况无法在实际生产过程中直接得到体现，而在安排生产计划时，不但要考虑实际生产过程中相关统计数据的期望，而且要充分考虑方差的存在，即控制精度的存在，这样，钢水温度和操作时间的控制情况是蕴含在生产计划中，并通过实际生产过程得到间接的体现，从而体现出不同的节能潜力。笔者将依照此思路对精细化控制的节能潜力进行研究。?.l.基于生产实践的条件假设根据实际操作情况，基于“转炉设定高于液相线温度的出钢温度以满足转炉-连铸区段的过程温降，精炼工序实现温度微调，精炼-连铸传搁过程时间调节保证正常开浇时间”的操作要求,针对转炉连铸区段精细化控制模型设定以下前提假设：1）精炼工序可以精准控制钢水温度，能够准确达到设定温度，实现钢水温度上的控制和调节。2）在约束条件内，精炼工序的结束时间可以准确控制，且精炼一连铸传搁过程可以精准地控制过程时间，实现操作时间上的控制和调节。3）实际控制过程的目标是保证开吹-开浇的作业时间完全符合计划作业时间以保证铸机的拉速的稳定，同时尽可能保证中间包温度命中率，即转炉连铸区段的过程温降尽可能与计划过程温降相符合。4）各个工序及工序间传搁过程的钢水温度和操作时间控制存在波动，该波动符合正态分布，且控制精度可以由波动的标准差来表示。?.2.基于条件假设的标准参数设定对于典型流程：BOF-RH-CC,工艺上各个工序及工序间传搁过程的标准控制参数如下：TBOF。为转炉标准出钢温度；T0为转炉精炼传搁过程标准过程温降；ATRH0为精炼过程标准钢水温降；TRH-CC0为精炼连铸传搁过程标准过程温降；tBOF0为转炉工序标准作业时间；tBOF-RH0为转炉-精炼标准传搁时间；tRH0为精炼工序标准作业时间；tRHCC0为精炼-连铸标准传搁时间；V为钢水镇静过程标准温降速率。工艺标准参数的确定主要来自历史实绩数据的期望统计。通过工艺标准参数可以得到：转炉连铸区段标准钢水温降为T0=T0BOF-RH+T0RH+T0RH-CC,T0=TBOF-RH0+TRH0+TRH-CC0,(I)JF吹一开浇标准作业时间为(1)开吹-开浇标准作业时间为t0=t0BOF+t0BOF-RH+t0RH+t0RH-CCot0=tBOF0+tBOF-RH0+tRH0+tRH-CC0o(2)(2)各个工艺标准参数的控制精度可以用标准差表示：BOF为转炉工序终点钢水温度控制精度标准差；BOF-RH为转炉-精炼区段钢水温降控制精度标准差；RH-CC为精炼连铸区段钢水温降控制精度标准差；BOF为转炉工序操作时间控制精度标准差；BOF-RH为转炉-精炼操作时间控制精度标准差；RH为精炼工序操作时间控制精度标准差。其中，传搁过程钢水温降控制精度主要受钢包状态稳定性及过程吹氧等因素影响，鉴于控制假设条件，精炼工序的钢水温度控制精度标准差为0,精炼连铸区段操作时间控制精度标准差为Oo?.3.基于标准参数的生产计划排产在实际生产排产中，主要考虑时间节奏的匹配以保证生产计划的顺利执行。为了保证实际生产过程中绝大多数炉次的开吹-开浇时间控制与计划安排一致，则在安排生产计划时就需要充分考虑各个工序及工序间传搁过程的时间波动，如转炉补吹、天车调度集中等问题，而这种很难预知的问题只能通过加入一定的冗余时间作为缓冲时间来解决，这样即使工序及区段的时间控制存在波动时，依然可以保证整体时间在计划的时间范围内，保证炉次的正常开浇。各个工序及区段的计划时间除了必要的标准时间外，还需要充分考虑各个工序及区段传搁过程时间的波动情况，并通过工序间传搁过程对相关工序的时间波动进行调节和控制，即以转炉精炼传搁过程加入时间冗余来调整转炉工序和转炉精炼传搁过程的时间波动，以精炼连铸传搁过程加入时间冗余来调整整个流程的时间波动。生产计划中各个工序及工序间传搁过程的时间如下：转炉计划工艺冶炼时间tBOF=tBOF0;转炉精炼传搁过程计划时间tBOF-RH=tBOF-RH0+f(BOF)+f(BOF-RH)×精炼计划工艺冶炼时间tRH=tRH0;精炼连铸传搁过程计划时间tRH-CC=tRH-CC0+fRH);为转炉工序与转炉精炼区段作为连动控制过程，二者时间控制精度的冗余叠加系数，根据生产条件和实绩水平设定，取值越大，表明转炉-精炼传搁过程的操作时间刚性越强，对操作时间的控制越严格，一般为0,1；f(E)为在考虑时间波动的情况下，为了保证W%以上的炉次都在计划要求范围内，所加入的冗余值，是标准差£的函数。即依据假设条件4,充分考虑所有炉次可能存在的时间波动分布比例的情况下，保证W%以上的炉次有充分的冗余时间使其能按计划继续生产，w%依据生产实绩的考核指标而设定，相应的f()则可以根据正态分布情况求得。在实际冶炼过程，钢水温度控制的