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1、智能炼钢电弧炉技术摘要介绍3种智能电弧炉技术，分析了智能电弧炉的技术特点，讨论了我国发展智能电弧炉技术应注意的问题。关键词炼钢电弧炉智能近年来人工智能(AI，Artificial Intelligence)技术的发展，给现代电弧炉供电技术带来了新的动力。如利用神经网络(NN，Neural Networks)技术模拟电极调节器运动规律、学习动态变化的不平衡三相电气参数、预报电极在给定电气参数条件下的运动趋势等；利用专家系统(ES，Expert System)对神经网络控制进行监控、学习，保证控制的最佳化。国际上已有不少电炉采用了这项技术，取得了很好的效果。1几种智能电弧炉近年来，国际上较为活跃的
2、智能电弧炉技术有3种，即美国的IAFTM、SmartArcTM和德国的SimeltRNEC系统。表1是3种智能电弧炉的基本比较。表13种超高功率智能电弧炉Table 1Three kinds of intelligence UHP electric arc furnace项目IAFTM110SmartArcTM1113SimeltR NEC1417厂家 使用情况开发始时NAC(美国)工业生产(25台)1991SME(美国)工业生产1994SIMENS(德国)工业生产1994技术背景Mill Tech.HOH电炉监控系统DigitArc电极调节器ArcMeter电参数速测系统Simelt系列电极
3、调节器Simens系列控制电气设备技术特点三相意识无需考虑废钢条件变化稳定电弧连续预报快速测量识别废钢组成识别渣况产生规则指导生产冶炼不同阶段改变控制策略三相模型考虑电弧电抗控制功率分配控制目标最大功率最长稳定电弧最优供电曲线最大有功功率控制对象电极调节器电极调节器氧燃烧嘴电极调节器实验厂家North Star Steel Co.美国SMI Steel Inco.墨西哥Krupp Niroston德国采用智能技术人工神经网络专家系统人工智能人工神经网络效果产量提高12%吨钢电耗降低8%电极消耗降低25%产量提高13.1%有功功率提高3%吨钢电耗下降1.5%通电时间减少5.1%电极消耗减少7.3
4、%产量提高9.1%通电时间减少8%有功功率提高9.5%美国NAC的IAFTM系统开发较早，应用也比较广泛；我国的广州钢厂和天津无缝钢管公司先后引进了该系统。IAF智能电弧炉可提供全新神经电弧炉，也可加装于现有电极调节器上，其控制框图见图1(a)。美国SMI的SmartArcTM系统主要在北美应用，它基于该公司的ArcMeter快速测量系统，主要在该公司开发的DigitArc电极升降调节器上应用，其控制框图见图1(b)。德国西门子公司的SimeltR NEC系统主要应用在欧洲，该系统既可装在该公司开发的Simelt系列电极升降调节器上，又可加装在其它电极调节器上，其控制框图见图1(c)。1997
5、年3月，西门子曾专门在北京召开电炉技术研讨会，介绍并推广这套技术。图13种智能电弧炉控制框图Fig.1Control block diagrams of three kinds of intelligence electric arc furnace2技术分析智能电弧炉技术是一项综合技术，可以融合各种现代超高功率电弧炉及其配套技术，是超高功率电弧炉的主要发展方向之一。2.1三相意识IAF和Simelt-NEC的技术介绍中明确表示了其控制的“三相意识”：IAF用一个神经网络学习每一相与其它相的关系，进行1020 min的在线学习即可进行三相判断；Simelt-NEC建立的电气模型本身的每一相电阻
6、、电抗都由三相决定，模型的合理性保证了控制的有效性。2.2动态调整虽然一些智能电弧炉声称可装备在一般电极调节器上，但由于三相超高功率电弧炉的电参数变化很快，为了保证控制的稳定性，智能电弧炉一般都采用专用、快速准确的测量装备系统(电气参数、温度、流量、压力等)。以此为基础，进行阻抗设定点、变压器抽头、喷碳量、吹氧量等控制变量的动态调整。2.3工艺考虑智能电弧炉考虑了越来越多的工艺、设备(包括电气)方面的因素，如水冷炉壁的温度、废钢的组成、泡沫渣的厚度、钢种、炉壁及炉门氧燃烧嘴、碳枪等。由于神经网络技术有很好的扩展性(神经元的增加给计算带来的复杂度的增加，可通过计算机芯片升级来解决)，以上因素的综
7、合考虑并不存在技术上的困难。2.4多元智能由于每种智能技术都存在长处和短处，如神经网络学习复杂变量之间关系，但不了解其原因，对学习样本之外的预测容易出错；专家系统基于规则，可不断学习总结新知识和启发推理，但不胜任复杂未知关系的学习和推理；模糊逻辑比专家系统有更强的一般化能力，但牺牲了精确度，其限制范围与专家系统相似。因此，采用多种智能技术，保证控制的灵敏、快速、安全、稳定是智能电弧炉发展的方向。3讨论3.1超高功率电弧炉技术的基础长期以来，国际电炉炼钢界一直对电炉的电气运行十分重视。智能电弧炉技术就是从电炉的电气运行入手，结合冶炼工艺和自动化技术，将智能引入电炉控制和操作。电弧炉电气运行是电炉
8、冶炼生产最基本的保证，关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术经济指标。正常工作的超高功率电弧炉，必需有合理的电气运行制度与之相匹配，如果电气运行制度不合理，不仅电耗增高、电极损耗加大、耐火材料侵蚀严重、冶炼周期加长，甚至可能造成操作无法进行。智能电弧炉技术的出现，使电炉炼钢电气运行合理化、技术手段和控制方法最优化。3.2发展我国智能电弧炉近年来，我国陆续从国外引进多台炉型各异的现代超高功率电弧炉，虽然设备等硬件已达到国际水平或国际先进水平，但操作和使用还没有达到国际水平。也即引进的大电炉还存在合理使用的“软”问题。这个问题已逐渐被我国冶金界所认识，并逐
9、步得到解决。国内的一些电炉厂家引进智能电弧炉技术便是基于这种考虑。但要进一步消化、吸收、改进，形成自主产权的智能电弧炉技术还有很长一段路要走。NAC、SMI和Simens等3家公司都有较强的技术实力。NAC公司早先就开发出Mill Tech.HOH电炉监控系统，并在多台电炉上使用；SMI公司本身就具有生产电极调节器(DigitArc)和电参数速测系统(ArcMeter)等的技术实力；Simens是国际电气界的知名公司，Simens系列控制电气设备、Simelt系列电极调节器表明了在电炉控制领域的实力。4结论(1) 智能电弧炉技术是一项综合技术，融合了多种现代超高功率电弧炉及其配套技术，是超高功
10、率电弧炉的主要发展方向之一。(2) 我国要发展智能电弧炉技术，要考虑我国实际，走多方联合发展的道路。作者简介：李京社，男，40岁，副院长、副教授，1989年获北京科技大学钢铁冶金硕士。从事钢铁冶金生产过程、UHP-EAF合理供电技术、优化炉料结构，炼钢工艺模型等技术研究。作者单位：北京科技大学冶金学院，北京 参考文献1Staib W E. Steel Technology International 1993. 1032Staib W E， et al. Iron and Steel Engineer 1992,(6):293Staib W E, et al. Electric Furnace
11、 Conference Proceedings 1991.7494Bliss N G, et al. Steel Technology International 1995/1996.1215Staib W E, McNames J M. Iron and Steel Engineer. 1994,(5):386Staib W E, Bliss N G. MPT International. 1995,(2):587Intelligent Arc Furnace Operation at Birmingham Steel. Steel Times International. 1996,(1)
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