转炉炼钢操作平台的开发与应用.pdf

8【摘要】为了一次性得到与目标钢种成分相近的合格钢水，消除二次冶炼（炉外精炼）带来的炼钢成本。本文基于转炉炼钢过程中物料平衡与热平衡计算原理、炼钢反应的热力学与动力学机理，搭建 MySQL 转炉炼钢数据库，应用 Python+PyQT5+MySQL 开发转炉炼钢工序智能化操作平台，合理布局炼钢原料输入界面与产物输出界面。该平台开发后与现有仿真模拟平台结合炼钢，吨钢成本下降 14 元。该操作平台同样可应用于冶金教学使用、冶金仿真模拟大赛、冶金技工操作训练、钢铁企业参考等。【关键词】智能炼钢；热平衡及物料平衡；操作平台开发；静态控制About the Development and Application of Converter Steelmaking Operation PlatformLuYuanyuan,LuoGuoping,HaoShuai,ChaiYifan,ZhangBokang（Schoolofmaterialsandmetallurgy,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou014100,NeiMongol）【Abstract】Inordertoobtainqualifiedmoltensteelwithsimilarcompositiontothetargetsteelatonetime,thecostofmakingsteelcausedbysecondarysmelting(refiningoutsidethefurnace)iseliminated.Inthispaper,basedonthecalculationprincipleofmaterialbalanceandheatbalanceintheprocessofconvertersteelmakingandthethermodynamicsanddynamicsmechanismofsteelmakingreaction,aMySQLdatabaseofconvertersteelmakingwasbuilt.Python+PyQT5+MySQLwasappliedtodevelopanintelligentoperationplatformofconvertersteelmakingprocess,andtheinputinterfaceofsteelmakingrawmaterialsandoutputinterfaceofproductswerereasonablylaidout.Afterthedevelopmentoftheplatform,combinedwiththeexistingsimulationplatformtomakesteel,thecostpertonofsteeldecreasedby14yuan.Theoperatingplatformcanalsobeusedinmetallurgicateaching,metallurgicalsimulationcompetition,metallurgicaltechnicianoperationtraining,ironandsteelenterprisereference.【Key words】intelligentsteelmaking;heatbalanceandmassbalance;operationplatformdevelopment;staticcontrol作者简介：卢元元（1997），男，汉，内蒙古包头人，研究生，内蒙古科技大学材料与冶金学院；研究方向：转炉钢渣综合利用。通讯作者：罗果萍（1964），女，汉，内蒙古呼和浩特人，教授，博士，内蒙古科技大学材料与冶金学院，研究方向：钢铁冶金新工艺新技术。收稿日期：2022 年 8 月基金项目：国家重点研发计划资助项目（项目编号：2020YFC1909105）引言转炉炼钢是我国炼钢生产的主要方式，该技术对我国钢铁发展起了巨大的推动作用。转炉炼钢吹炼时间短，但出钢温度、钢水含碳量及钢中其他成分需达到目标钢种要求1。炼钢过程原料种类多，吹炼过程温度高、相变化多、钢水量大，是一个非线性的高温复杂系统，增大了转炉炼钢原料的控制难度2。过去，我国钢铁行业终点控制技术主要依靠工人经验来判别是否符合出钢要求，这种终点控制手段干扰因素多，对钢种影响大。目前，部分钢铁企业为提高终钢命中率，采用动态控制技术3，该技术采用先进检测设备，结合计算机分析，时刻检测转炉熔池内部吹炼情况4-6，建立 RBF转炉炼钢操作平台的开发与应用卢元元，罗果萍*，郝帅，柴轶凡，张博康(内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010）福 建 冶 金 2 0 2 3 年第 4 期 9神经网络预测模拟对转炉炼钢终点含碳量与出钢温度进行预测7，建立 BP 网络神经算法的转炉耗氧智能模型和石灰加入量智能模型，提高转炉静态模型的误差精度与命中率8。但检测动态变化对模型的要求极高，检测因数相对单一，检测开发系统良莠不齐，检测动态变化因素较多，很难做到集所有优势于一体应用于一座转炉上。本文利用 Python+PyQT5+MySQL 结合转炉炼钢过程中的热平衡与物料平衡计算9，转炉炼钢过程中热力学与动力学机理，开发转炉炼钢操作平台，设计人机界面操作，实现炼钢静态控制操作。在炼钢开始前就能快速、准确地计算炼钢过程中原材料的使用量、氧气的消耗量、合金的加入量以及炼钢结束后的钢水量与成渣量等等。搭建 MySQL 数据库不仅可以记录每次炼钢过程原料的使用情况，还可以预测在现有的冶炼条件下能否完成冶炼操作（能够直观展现在输出界面），避免了人为错误操作。该操作平台有望为钢铁企业转炉炼钢提供技术支持。1 操作平台搭建理论依据1.1 热平衡与物料平衡计算原理转炉炼钢过程中热平衡与物料平衡计算原理基于能量守恒与质量守恒定律，主要是为了比较转炉炼钢过程中物料和能量的收入项和支出项10。本操作平台主要设计物料与能量收支项如图 1 所示。1.2 冶炼开始准备数据与操作平台计算步骤转炉炼钢过程是将定量铁水和废钢加入转炉中进行吹氧冶炼，在冶炼过程中加入造渣材料除去钢水中有害元素以及出钢后脱氧合金化操作。在该操作平台初始准备界面设置了加入原材料的成分窗口，对于加入的铁水、废钢、钢种、终点钢种成分（C、Si、Mn、P、S）含量进行设置。在入炉物料及温度设置区域，主要是针对炼钢过程中入炉铁水、废钢、造渣材料的初始温度，出钢钢水温度，炉气温度，烟尘温度以及冶炼铁水质量与冶炼钢种名称。该操作平台在程序语言编写过程中主要依据热平衡与物料平衡计算公式与计算步骤11。首先计算炼钢过程中物料平衡项，然后计算热平衡收支情况。部分计算内容穿插式进行，比如废钢的加入量就需要根据热平衡来确定，这些计算结果都会在输出界面详细表现出来。2 操作平台界面布局及使用说明2.1 操作平台界面布局基于上述理论计算步骤，结合Python+PyQT5+MySQL 开发转炉炼钢操作平台（该操作平台能够快速、准确计算传统冶炼钢种情况），且为了冶炼情况一目了然，该平台将所需界面设置到主界面上，整个主界面大致可划分为三个区域：原料成分输入区域、物料平衡热平衡收支区域、操作按钮界面区域。使用者需根据提供的冶炼条件进行设置或点击“帮助”按钮进行学习。操作主界面如图 2 所示。该操作平台还需包括其他基本输入界面（详细见图 3 图 5）与操作平台使用说明书。同时搭建了 MySQL 数据库记录每次冶炼的相关数据（主要记录物料平衡计算内容），能够参与冶炼参数调控并能够判断冶炼操作是否可行，在不满足冶炼需求的情况下，MySQL 数据库不会记录冶炼数据，同时“开始冶炼”按钮将无法使用。对于建立人机交互界面，一键炼钢将无法实现，需要人为做出修改调整才能继续下一步操作。2.2 操作平台使用说明在使用该操作平台时图 1 转炉炼钢操作平台主要物料与热收支项转炉炼钢操作平台的开发与应用12据，同时“冶炼记录”按钮是在冶炼开始前对冶炼情况进行预测的。如果冶炼条件不满足，“冶炼开始”按钮将无法执行下步操作，可以避免人为错误操作造成经济损失。该操作平台设计人性化，使用 Python+PyQT5 来实现操作界面布局与计算程序的编写，可根据钢铁企业实际需求进行界面设计和成分更改，而且还可实现远程控制操作，针对钢铁企业使用该平台出现的问题可快速解决。4 结语（1）本操作平台的开发基于转炉炼钢过程中热平衡与物料平衡计算原理，炼钢反应热力学与动力学机理。（2）本操作平台涵盖转炉流程的操作与控制，包括炼钢炉次的跟踪、热平衡收支计算、物料平衡收支计算、熔剂用量计算、冷却剂用量计算、动态校正、成分预报等功能，并可将数据共享于平台，根据实际冶炼情况实现优化控制。（3）该操作平台在目前冶炼环境下能够满足冶炼需求，成功应用于转炉炼钢热平衡与物料平衡计算、网络仿真模拟计算、转炉炼钢技工培训。参考文献：1 刘浏.中国转炉炼钢技术的进步 J.钢铁,2004(10):68-73.2 黄金侠.金宁德.转炉冶炼终点静态控制预测模型 J.炼钢,2006(01):45-48.3 牛立科.转炉炼钢终点控制技术分析 J.住宅与房地产,2020,09(02):205-209.4 姚树鹤.转炉炼钢控制模型研究 D.杭州电子科技大学,2015.5 沈国振.炼钢转炉实时状态监测系统研究与开发 D.浙江大学,2010.6 谷茂强,徐安军等.基于数据驱动的转炉二吹阶段钢水温度动态预测模型 J.工程科学学报,2022(08):1-15.7 王希政.基于 RBF 神经网络的转炉炼钢终点碳温预测模型 D.东北大学,2015.8 高彦民.炼钢智能算法研究及其在 100T转炉中的应用 D.东北大学,2018.9 杨凯军.复吹转炉炼钢静态模型与动力学模型开发研究 D.东北大学,2017.10 季德静,李春阳.职业技能大赛对转炉炼钢生产课程内容设计的研究 J,科技资讯,2016,14(26):94-95.11 王令福.炼钢厂设计原理 M.北京:冶金工业出版社,2009:85-94,12 李德军,许孟春,李晓伟等.提高高碳钢高拉一次补吹成功率工艺优化 J.钢铁研究学报,2016,28(12):35-40.转炉炼钢操作平台的开发与应用