1、通過預測控制技術實現一鍵脫硫1 引言K時攪拌脫硫由日本新日鐵廣？x制鐵所于1965年應用于工業生產。目前國內少數鋼廠已經實現了鐵水預處理的全過程自動控制，大多數具有KR脫硫的鋼廠都因資金、技術等原因，沒有實現全過程自動控制，還處在經驗煉鋼階段1。本文論述的一鍵脫硫全自動控制系統，對提高脫硫效率和提高脫硫生產的自動化水平，降低脫硫劑浪費，具有重要的實際意義。2 基于表格模型的預測控制系統開發鐵水脫硫過程是一個非常復雜的多元非線性反應過程。要實現一鍵脫硫的目標，必須開發出一個能夠無限逼近于這一嚴重非線性多輸入多輸出系統的智能控制模型來替代操作工人的經驗。為降低開發難度，系統采用了模型預測控制方法。

2、在預測控制算法中，需要有一個描述對象動態行為的基礎模型，稱為預測模型。鐵水脫硫過程與脫硫劑消耗、攪拌槳速度、插入深度、鐵水溫度等參數有關，難以給出定量模型，故采用表格模型作為預測模型。2.1 石灰加入量、攪拌槳插入深度和攪拌速度的最優化確定深脫硫與鐵水條件、脫硫劑條件、攪拌條件、脫硫劑加入條件等因素有關，其中石灰加入量、攪拌槳插入深度和攪拌速度是3 個最重要的因素。石灰加入量越大，脫硫越多，但加入量很大時，脫硫到一定程度，硫難以再大幅降低，這就需要確定一個經濟的石灰加入量。KR鐵水脫硫時的攪拌速度是根據鐵水硫含量、鐵水溫度以及攪拌頭狀況確定的2，3。鐵水溫度與含硫量一定值時，在一定范圍內攪拌器

3、轉速越高脫硫效率越高。為提高脫硫率，在生產試運行過程中選擇鐵水溫度（1310-1390）、初始硫含量（0.015-0.028）%、鐵水噸數（110-130）t、凈空間高度（0.7-0.9）m等個條件做為必要條件進行正交試驗。脫硫程度采用脫硫率作為標準，加入量（A）選擇的范圍為約7kg/t、8kg/t、9kg/t,插入深度（B）選擇的范圍為1500mm1600mm1700mm攪拌速度（C）選擇的范圍為110r/min、120r/min、130r/min。共進行9組正交試驗，結果見表1。分別對A、B、C三個元素計算正交參數（K、k）值，并計算極值（R）得出正交因素主次表，見表2。其中，參數計算公式

4、如下：K1A=x1+x2+x3=20.00+68.75+80.00=168.75k1A=K1A/3=168.75/3=56.25K2A=x4+x5+x6=87.50+92.86+41.67=222.02k2A=K1A/3=222.02/3=74.01K3A=x7+x8+x9=88.75+55.99+85.19=229.93k3A=K1A/3=183/3=61同理，可以計算出K1BK1CK2AK2BR）將每列的k1、k2、k3中最大值與最小值之差稱為極值即:對于A因素，R=K3A-K1A=76.64-56.25=20.39對于B因素，R=K2B-K1B=72.53-65.42=3.58對于C因素

5、，R=K3C-K1C=87.20-39.22=47.98R值越大，標明該因素對實驗結果影響最大，為主要因素。本例中，因素主次依次為：C（R=47.98）、A（R=20.39）、B（R=3.58）。本例中，要求指標越大越好，故選取每個因素中k1、k2、k3最大的那個水平，即A3B2C3。在目前的生產條件下，試驗結果表明，選擇石灰加入量9kg/t、插入深度1600mm攪拌速度130r/min可使脫硫率最高。從降低脫硫劑消耗和延長攪拌槳壽命（即要求降低攪拌速度）的角度出發，可根據不同的終點硫要求選擇合適的脫硫劑消耗量和攪拌速度。2.2 加料方式優化（石灰螢石混合料加入取代石灰螢石分別加入）脫硫粉劑采

6、取采用預先將石灰和螢石按照9：1的比例預先混合好，加入大的噴吹罐內，直接噴吹混合料脫硫。混合噴吹加料試驗效果優于單獨噴吹加料順序。節約了一套噴吹系統；同時節約加料時間40%以上，整個處理周期縮短4min；便于控制，脫硫程度可以預測，脫硫率從85.03%提高到87.22%，見圖1。2.3 表格模型的建立在前期工作的基礎上，以C#吾言編寫了相應程序代碼，實現了KR脫硫的脫硫劑預測控制表格模型。2.3.1 樣本制作對實際生產中的樣本進行分析，選取工況穩定情況下的符合脫硫目標值的樣本做為有效樣本，有效樣本分類保存在數據庫中，系統能夠實現數據的時序化和歸一化處理，從而生成模型樣本集。2.3.2 模型計算

7、與系統學習通過冶金學脫硫理論計算、正交參數計算等方式計算出各種工況下，各種目標硫含量的脫硫劑最優參數（K）并形成模型表格。同時，系統可根據系統誤差曲線對參數進行再計算，及時調整表格模型的數據。表格模型的建立，把脫硫這一多元非線性反應過程簡化成為一個單輸入輸出的預測控制過程。以目標硫0.010%、鐵水溫度（1310-1390）、插入深度1700mm攪拌槳轉數（100-110）r/min為例，建立的脫硫劑表格模型如表3所示。在實際應用中，相同的工況條件下，每個班次脫硫效果最好的樣本其K值和處理周期將做為參考值列入表格模型用來指導下一段時間的生產，表格模型將根據原料的變化、工況的變化等對相應的參數進行學習修正，以確保更好的指導生產。3應用效果該一鍵脫硫控制技術，對提升管理水平和產品質量有重大意義。1）提高了鐵水的脫硫效率，脫硫效率提高到90%以上，處理周期縮短到23-27分鐘，其中月度脫硫處理周期23分鐘的指標達到國內先進