YBT《钢包精炼（LF）智能控制系统技术要求》

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钢包精炼（LF）智能控制系统技术要求

1范围

本文件规定了钢包精炼（LF）智能控制系统的系统架构、基本要求、设备要求、数据层、模型层、

功能层。

本文件适用于钢铁冶金行业钢包精炼（LF）智能控制系统的技术要求，用于指导设计单位、生产企

业等对钢包精炼（LF）（以下简称“钢包精炼”）生产工序的智能化设计或改造。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T5271.1信息技术词汇第1部分:基本术语

GB/T32818冶炼设备术语

GB/T37393数字化车间通用技术要求

GB/T37413数字化车间术语和定义

GB/T38637.2-2020物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求

GB50439炼钢工艺设计规范

JB/T8594钢包精炼炉

GB/T38637.2物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求

3术语和定义

GB/T5271.1、GB/T32818、GB/T37393、GB/T37413界定的术语和定义适用于本文件。

3.1

钢包精炼智能控制系统IntelligentControlSystemforLadleRefining

钢铁冶金钢包精炼生产过程中，以执行和感知设备为基础，经数据管理和模型构建，实现钢包精炼

系统的高效集成，完成从钢水进站到钢水出站的过程智能化控制系统。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

CAS:封闭式吹氩成分微调（CompositionAdjustmentbySealedArgonBubbing）

CCM:连铸机（ContinuousCastingMachine）

DCS：分布式控制系统（DistributedControlSystem）

ERP：企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning）

LF：钢包精炼（LadleRefining）

LIMS：实验室信息管理系统（LaboratoryInformationManagementSystem）

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MES：制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)

PLC：可编程逻辑控制（ProgrammableLogicController）

5基本要求

5.1钢包精炼智能控制系统应具备与企业内部其他系统进行数据通讯的能力。其他系统包括但不限于

PLC系统、DCS系统、LIMS系统、MES系统和ERP系统。

5.2钢包精炼工序的工程设计、建设及其基础自动化、过程控制、信息化等应满足GB50439的有关规

定。

5.3钢包精炼智能控制系统执行设备及其检测、监视设施应定期进行检查，并及时进行维护。

5.4钢包精炼智能控制系统应具备可扩展性，并应根据生产需要实时进行维护、升级。

6系统架构

钢包精炼智能控制系统架构见图1，按照五层结构设计分别为设备层、数据层、模型层、功能层、

应用层，其中设备层包括执行设备（钢包、钢包车、炉盖、底吹装置、加热装置、加料装置、喂线设备

等）和感知设备（液面高度检测、测温装置、取样装置、渣样检测、液面检测装置等），数据层主要包

括数据采集、数据处理、数据存储等三个方面，模型层主要有加热控制、造渣料控制、合金化、底吹控

制、喂线等模型，功能层主要包括一键式智能精炼、钢水温度预测控制、钢水成分精准控制以及洁净钢

的冶炼，应用层通常包括设备管理、质量管理、能源管理、成本管理、人员管理、环境管理等。

注：虚线框的内容不在本文件规定范围内。

图1钢包精炼（LF）智能控制系统架构图

7设备层

7.1钢包精炼主体设备应具备钢包车定位识别、底吹供气、烟气除尘、合金称量加入、炉盖升降、炉

门开关、钢包车运行、喂线等采用PLC自动控制和电极升降加热自主控制功能，满足全面感知、自适应

工况及协同执行等功能。

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7.2钢包精炼工序的主要监视测量和生产控制设施应具备智能检测和信息感知能力，各智能控制模型

应具备自感知、自适应、自优化、自决策、自执行功能，并能实现人机交互功能。

7.3钢包智能精炼应具备钢水亮面监测、自动测温取样、在线渣样快速分析等检测系统，实现工艺联

锁功能，并优选设计钢包车液压抱闸机构，实现钢包车位置准确停位。

7.4钢包精炼炉盖应具有水冷系统、炉门自动开关控制系统、炉盖升降系统，配备有水温报警、炉盖

升降、上下限位控制装置。炉盖升降行程、升降速度均应满足相应工序生产及控制需求，炉盖循环冷却

水进口温度和出口最大温升均应在安全要求温度以内。

7.5钢包精炼底吹装置应在落包、吊包时可自动对接吹氩管线，氩气流量可自动调整，氩气流量、氩

气压力满足不同钢包精炼底吹工艺需求。

7.6钢包精炼加热装置应配备有短网系统、导电横臂（包含电极喷淋装置）、水冷电缆及附件、变压

器二次母线及附件、电极升降机构、电极旋转装置等。

7.7钢包精炼加料装置满足相应精炼炉公称容量的称量要求，下料精度为±0.2％（静态）。

7.8钢包精炼喂线设备满足铝线和各种包芯线，芯线规格为Φ9~Φ20mm，喂线速度为5~300m/min。

7.9钢包精炼钢液面高度检测装置应由控制器、激光测距仪组、保护风管和台架等组成，检测精度±

50mm。

7.10钢包精炼宜通过机械手臂完成加热位钢水的测温、取样、取渣作业。

7.11钢包精炼钢包液面监测装置红外成像等镜头应布置于水冷炉盖上，在非加热状态时对包内钢水液

面进行热成像分析，判定钢渣亮面比例，采用水冷、风冷双重保护。

8数据层

8.1数据采集

8.1.1数据采集通用要求应符合GB/T38637.2—2020中5.1的规定。

8.1.2数据源应包括生产、控制、工艺、能源介质、设备运行状态、质量参数数据及图像视频资料等

单值型和时序性数据。

8.1.3数据采集范围应包括钢包精炼（LF）基础自动化系统、PCS系统、MES系统、LIMS系统、物联

网设备等。

8.1.4数据采集应实现多时空尺度，包括分钟、秒、毫秒级数据采集需求。

8.1.5数据采集应保证各系统之间数据的唯一性，充分利用边缘计算设备和技术实现数据的时空匹配

和炉号匹配。

8.1.6采集数据包括工艺数据、设备数据、检测数据，采集数据应符合GB/T38637.2-2020中5.2的

要求。

8.1.6.1质量数据宜实时更新，采集对象应包括但不限于表1中的内容。

8.1.6.2检测数据、设备数据的采集间隔应为秒、毫秒级数据，采集对象宜包括但不限于表1中的内

容。

8.1.7控制数据的采集应符合GB/T38637.2-2020中5.3的要求，采集对象应包括但不限于表2中的

内容，输出数值在冶炼周期内以时间为序。

8.2数据处理

数据处理应符合GB/T38637.2-2020中6.1的要求。

8.3数据存储

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8.3.1数据存储应符合GB/T38637.2-2020中6.2的要求。

8.3.2对于采集间隔为秒级的数据，存储时间应不低于3个月。

8.3.3计算秒级数据的输出值，以及质量数据和检测数据的存储时间应不低于6个月。

8.3.4模型相关的数据应根据模型需求确定存储时间。

8.3.5视频数据以图片格式按照秒级进行计算和存储，存储时间应不低于3个月。

表1采集数据

数据类型采集对象

——炉次号，一般由三级MES调度指令下达；

——钢种代码，一般由三级MES调度指令下达；

——连铸机去向，一般由三级MES调度指令下达；

——班别，一般由三级MES调度指令下达；

——包龄，一般由二级系统生成；

——包况，一般由MES系统传输；

——转炉出钢后钢水成分，一般由MES系统传输；

工艺数据

——CAS站出站钢水成分，一般由MES系统传输；

——转炉出钢后钢水温度，一般由MES系统传输；

——CAS站出站钢水温度，一般由MES系统传输；

——转炉出钢过程加造渣料种类、重量，一般由MES系统传输；

——LF精炼出站温度，一般由MES系统传输；

——CCM拉速、中间包温度，由一级通讯传输；

——CCM等浇钢水重量，由一级通讯传输。

——瞬时氩气流量；

——累计氩气流量；

——累计吹氩时间；

——氩气压力；

——液面高度；

——加热开始/结束时间；

——加热档位；

设备数据

——耗电量；

——精炼渣料加入种类、重量；

——精炼渣料加入时间；

——合金加入种类、重量；

——合金加入时间；

——喂线种类、速度、数量；

——喂线时间。

——钢水液面高度，由一级信号采集；

——在线渣样成分，包括CaO、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3、MnO、F等，由一级信号采集；

——在线温度检测，由一级信号采集；

检测数据

——钢水成分，包括C、Si、Mn、P、S、Als、Alt、B、Nb、V、Ti、Cr、Mo、Ni、Cu、N、H、O等，

由LIMS传输；

——钢水亮面比例，由一级信号采集。

表2控制数据采集

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数据类型采集对象

——钢包座包、起吊识别；

——钢包车行走限位；

——炉盖升降限位；

——炉门开关信号；

——电极旋转限位；

——电极升降信号；

控制数据

——电极加热信号；

——合金加入输出值；

——造渣料加入输出值；

——底吹流量输出值；

——钢包车运行输出值；

——喂线输出值。

9模型层

9.1通则

9.1.1钢包精炼智能控制应配备加热控制、造渣料控制模型、合金化模型、底吹控制模型、喂线模型

等模型。

9.1.2钢包精炼智能控制模型应具备自学习、自适应、自决策能力，满足低延时、高可靠、高精度的

钢包精炼生产工艺要求。

9.2温度控制模型

图2加热控制模型流程

9.2.1温度控制模型应包括过程实时温度预测和终点温度预测模型，采用实时温度预测模型及时获取

当前钢水温度并是否继续加热等操作做出判断；终点温度预测模型对本炉次钢水终点温度进行预测，并

与实时温度预测相结合，确定钢水是否达到目标温度要求或者是否需要加热，结合预测温度确认加热时

间和档位。加热控制模型流程如图2所示。

9.2.2温度控制模型以钢包进站到出站时钢水热平衡为基准，构建过程实时温度预测模型和终点温度

预测模型。

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9.2.2.1过程实时温度预测模型

过程实时温度预测模型的输入条件应包括钢水进站初始温度、钢水重量、钢包包况、钢水成分等;

过程变量应包括包口热损失、钢包包衬吸热、底吹热损失、加料热损失、电极加热等。该模型应输出当

前炉次实时预测温度信息，其中温度预测精度为±3℃。

9.2.2.2终点温度预测模型

终点温度预测模型的输入条件应包括生产组织模式（是否中间包第一炉、炉机匹配等）、目标钢种

液相线温度、连铸机拉速、中间包温度、浇注时间、待浇钢水量等，应输出本炉次终点预测温度信息，

其中温度预测精度为±3℃。

9.2.3温度控制模型应利用实时温度预测模型对是否完成工艺操作功能进行判定，若已完成，并同步

与终点温度预测模型进行比较，若当前温度能满足终点温度要求，无需加热，若不能满足可进行二次加

热，并实时温度预测模型同步预测，最终钢水温度达到终点控制要求，即完成当前加热控制。

9.2.4温度控制模型自学习、自优化参数应包括不同流量时底吹热损失、不同包况时包衬热损失、不

同生产组织模式时温度影响权重等关键温度影响因素，并对不同条件下的变量利用历史数据进行拟合分

析，利用智能算法实现各变量的优化学习。

9.3造渣控制模型

图3造渣控制模型流程

9.3.1造渣控制模型应以早化渣、造白渣为经验判断，构建机理预测模型和专家经验模型，其中机理

预测模型应采用硫平衡原理，对加料类别、加料量进行统筹预测，专家经验模型应针对不同钢种的造渣

工艺要求，结合专家经验完成造渣料添加。造渣控制模型流程如图3所示。

9.3.1.1机理预测模型的输入条件应包括钢种信息、出钢加料情况、进站钢水成分、精炼渣成分、物

料成分等，并输出加料类别、加料重量。

9.3.1.2家经验模型的输入条件应包括钢种信息、出钢加料情况、进站钢水成分、精炼渣成分、物料

成分等，并参考优秀专家经验输出加料类别、加料重量、加料时机等。

9.3.2造渣过程控制应以专家经验模型为主导，在实际过程控制中通过钢水取样判断钢水硫含量，若

硫含量符合要求加料操作完成，若硫含量不符合要求，经与目标要求对比判断，按专家控制模型继续加

料作业；造渣脱硫过程应以机理预测模型为指导，为造渣料加入总量控制等提供参考。

9.3.3对同类钢种、同样输入条件下，造渣料消耗低、钢水洁净度控制优的历史炉次作为参考炉次，

对加料量和加料时机作为寻优对象，实现历史炉次大数据积累下的自学习、自优化功能。

9.4合金化模型

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图4合金化模型流程

9.4.1合金化模型应以有效合金元素质量平衡为基准，以钢水初始成分、有效合金含量、合金收得率、

进站钢水总量、目标钢种成分等作为输入条件，并按公式（1）建立。应获得多个不同合金类别相组合

的合金加入模式。合金化模型流程如图4所示。

......................（1）

式中，Walloy—某种元素i的合金加入量，kg；

Wm—钢水重量，kg；

[i]aim—分别为元素i的目标成分，%；

[i]old—分别为元素i的目标成分和初始成分，%；

αf—合金中i元素的含量，%；

f—i元素的平均收得率。

9.4.2对于不同合金组合的加入模式，将合金单价代入并计算该炉次合金化总计费用，应采用费用最

低合金加入模式为最终方案，进行合金化操作。

9.4.3合金化模型应将合金收得率作为关键变量系数，采用历史数据对同等工况条件的历史炉次合金

收得率进行修正计算，实现模型的自优化功能。

9.5底吹控制模型

图5底吹控制模型流程

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9.5.1底吹控制模型应采用抽引比、搅拌功率、体积流量等参数模拟计算钢水循环周期，结合现场经

验及钢水裸露面积比例定义强搅拌、中搅拌、弱搅拌、微搅拌等搅拌模式，针对不同的搅拌模式进行不

同的底吹流量赋值。底吹控制模型流程如图5所示。

9.5.2底吹控制模型应将不同的搅拌模式与钢包精炼流程中不同操作步骤进行匹配，形成底吹过程的

标准化控制。

9.5.3底吹控制模型应采用红外成像技术等监测钢包液面，利用智能算法分析，实现钢液亮面的定量

分析，按不同底吹模式对应钢水裸露面积比例为判断基准，调整底吹氩气流量调节阀，实现底吹动态在

线闭环联锁控制。

9.6喂线模型

9.6.1喂线模型应结合到站钢水成分、钢液重量、钢水目标成分以及脱氧合金收得率等参数构建，并

应将历史炉次数据对同等工况条件下脱氧合金收得率、钢水可浇性等参数作为评价规则进行回归分析，

输出脱氧合金的喂线时机、数量、速度。

9.6.2喂线模型应读取当前钙处理操作的条件，包括钢液成分、温度以及钢水量等信息，结合钢种的

质量控制目标，通过计算对当前钢液的需钙含量进行计算，然后计算得到应该精准加入的喂钙线长度，

实现喂钙线量自动控制。

10功能层

10.1逻辑架构图

钢包精炼主要操作要素有钢水吹氩、测温取样、加料造渣、加热控制、合金化、喂线等，针对不同

的工艺要求对前述操作要素进行时序关联，完成钢包精炼智能控制的逻辑架构（见图6），实现钢包精

炼智能控制的相关功能。

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图6钢包精炼智能控制系统的逻辑架构图

10.2钢包精炼智能控制系统应可实现一键式智能精炼、钢水温度预测控制、钢水成分精准控制、洁净

钢冶炼等功能。

10.2.1一键式智能精炼：宜具备自主完成钢包信息识别、匹配，钢包车启动、进站、停位，包盖升降、

炉门开关，电极升降、加热，底吹对接、供气，机械手臂测温、取样等关键操作功能；应实现钢水吹氩、

测温取样、加料造渣、加热控制、合金化、钢水喂线等工艺控制功能。

10.2.2钢水温度预测控制：宜根据钢包精炼控制逻辑时序下达加热指令，按实时温度预测模型与终点

温度预测模型设定加热档位和加热时长，实现钢包精炼钢水温度实时预测、钢包精炼终点温度预测以及

电极高效加热和钢水温度的精准衔接功能。

10.2.3钢水成分精准控制：应根据钢包精炼控制逻辑时序下达合金化指令，结合进站钢水初始成分和

目标钢种要求，利用合金化模型配加合金；精确添加合金，满足合金成分控制要求基础上，以合金成本

最小化为基准，实现成分的精准控制功能。

10.2.4洁净钢冶炼：结合造渣控制模型实现钢包精炼早化渣、早成渣，应通过底吹控制模型在线动态

实时调整底吹流量，利用喂线控制模型实现钢水脱氧或钙处理。应达到钢水成分、温度均匀分布，残余

有害元素[S]等满足目标钢种成分要求，钢中夹杂物数量、尺寸、形态符合要求，宜实现洁净钢冶炼功

能。

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11运行维护

11.1钢包精炼（LF）智能控制系统执行设备及其检测、监视设施应定期进行检查，并及时进行维护。

11.2钢包精炼（LF）智能控制系统应根据生产需要实时进行维护、升级。

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ICS77.010

CCSH70

YB

中华人民共和国黑色冶金行业标准

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钢包精炼（LF）智能控制系统技术要求

Technicalrequirementsforintelligentcontrolsystemofladlerefining

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中华人民共和国工业和信息化部发布

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钢包精炼（LF）智能控制系统技术要求

1范围

本文件规定了钢包精炼（LF）智能控制系统的系统架构、基本要求、设备要求、数据层、模型层、

功能层。

本文件适用于钢铁冶金行业钢包精炼（LF）智能控制系统的技术要求，用于指导设计单位、生产企

业等对钢包精炼（LF）（以下简称“钢包精炼”）生产工序的智能化设计或改造。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T5271.1信息技术词汇第1部分:基本术语

GB/T32818冶炼设备术语

GB/T37393数字化车间通用技术要求

GB/T37413数字化车间术语和定义

GB/T38637.2-2020物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求

GB50439炼钢工艺设计规范

JB/T8594钢包精炼炉

GB/T38637.2物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求

3术语和定义

GB/T5271.1、GB/T32818、GB/T37393、GB/T37413界定的术语和定义适用于本文件。

3.1

钢包精炼智能控制系统IntelligentControlSystemforLadleRefining

钢铁冶金钢包精炼生产过程中，以执行和感知设备为基础，经数据管理和模型构建，实现钢包精炼

系统的高效集成，完成从钢水进站到钢水出站的过程智能化控制系统。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

CAS:封闭式吹氩成分微调（CompositionAdjustmentbySealedArgonBubbing）

CCM:连铸机（ContinuousCastingMachine）

DCS：分布式控制系统（DistributedControlSystem）

ERP：企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning）

LF：钢包精炼（LadleRefining）

LIMS：实验室信息管理系统（LaboratoryInformationManagementSystem）

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MES：制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)

PLC：可编程逻辑控制（ProgrammableLogicController）

5基本要求

5.1钢包精炼智能控制系统应具备与企业内部其他系统进行数据通讯的能力。其他系统包括但不限于

PLC系统、DCS系统、LIMS系统、MES系统和ERP系统。

5.2钢包精炼工序的工程设计、建设及其基础自动化、过程控制、信息化等应满足GB50439的有关规

定。

5.3钢包精炼智能控制系统执行设备及其检测、监视设施应定期进行检查，并及时进行维护。

5.4钢包精炼智能控制系统应具备可扩展性，并应根据生产需要实时进行维护、升级。

6系统架构

钢包精炼智能控制系统架构见图1，按照五层结构设计分别为设备层、数据层、模型层、功能层、

应用层，其中设备层包括执行设备（钢包、钢包车、炉盖、底吹装置、加热装置、加料装置、喂线设备

等）和感知设备（液面高度检测、测温装置、取样装置、渣样检测、液面检测装置等），数据层主要包

括数据采集、数据处理、数据存储等三个方面，模型层主要有加热控制、造渣料控制、合金化、底吹控

制、喂线等模型，功能层主要包括一键式智能精炼、钢水温度预测控制、钢水成分精准控制以及洁净钢

的冶炼，应用层通常包括设备管理、质量管理、能源管理、成本管理、人员管理、环境管理等。

注：虚线框的内容不在本文件规定范围内。

图1钢包精炼（LF）智能控制系统架构图

7设备层

7.1钢包精炼主体设备应具备钢包车定位识别、底吹供气、烟气除尘、合金称量加入、炉盖升降、炉

门开关、钢包车运行、喂线等采用PLC自动控制和电极升降加热自主控制功能，满足全面感知、自适应

工况及协同执行等功能。

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