CN101329567B - 一种电弧炉能量分段输入控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种电弧炉能量分段输入控制方法，属于电弧炉炼钢领域。该技术通过基于PLC的控制系统，按金属料的不同配料方式，电弧炉能量分段输入控制技术首先进行电弧炉炼钢过程的能量分段，以物料衡算与能量衡算模块为基础，定量计算不同段中能量的需求。电弧炉电能与化学能输入量按照模块的计算结果，将所需要的电能、氧气、燃料、炭粉等输入到电弧炉冶炼各能量分段内，实现电能及化学能输入优化配置。本发明可提高金属收得率1～5％，降低电极消耗0.3～1.5kg/t，降低冶炼电耗5～60kWh/t，节约氧气3～15m3/t。
Description
技术领域
本发明属于电炉炼钢领域，特别涉及一种电弧炉炼钢全程操作控制技术。
背景技术
电弧炉炼钢能量来源主要有电能和化学能两部分组成。目前，电弧炉电能输入和化学能输入是由不同的控制系统操作，没有考虑冶炼过程各阶段物料衡算和能量衡算，不利于能量输入的优化控制。
发明内容
本发明的目的是为了实现低能耗及低成本冶炼，提出了电弧炉能量分段输入控制技术。
本发明是一种电弧炉能量优化控制技术。该技术通过基于PLC的控制系统，按金属料的不同配料方式，首先进行电弧炉炼钢冶炼过程的能量分段，以物料衡算与能量衡算模块为基础，定量计算不同能量分段中电能及化学能的输入量。并按照模块的计算结果，将所需要的电、氧气、燃料、碳粉等输入到电弧炉冶炼各能量分段内，实现电能及化学能优化输入。
本发明包括：电弧炉冶炼能量分段模块；电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块；电弧炉炼钢动态能量衡算模块；电弧炉能量输入控制模块；电弧炉供电模块；电弧炉化学能输入模块。
本发明的控制过程：依据PLC系统提供的数据，经分析实现冶炼过程的能量分段；电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块与电弧炉炼钢动态能量衡算模块根据炉内原料结构组成，分别分析计算各分段内能量供需分配状况；电弧炉能量输入控制模块将衡算结果转换成电弧炉冶炼中电能、化学能等输入系统的工作参数，由电能及化学能输入模块分别完成冶炼任务。如图1。
电弧炉冶炼能量分段模块通过PLC系统监视电弧炉的输入情况，按照不同炉料的加入情况将冶炼过程分为3-50个分段，并确定每个段所需能量输入量。每种原料的加入，都会使冶炼过程各分段的物料及能耗发生变化，成为一个新的冶炼分段。监控数据为炉料加入信号、电能输入信号、化学能输入信号，分别循环检测，信号采集循环周期为0.1S，循环1：检测是否有新炉料加入，如果有则结束本冶炼分段，如果没有，则计算炉料的加入总量，与预设值比较，如果超过预设值，则结束本冶炼分段；循环2：采集电能输入信号，计算电能输入量，与预设值比较，如果大于预设值，则结束本冶炼分段；循环3：采集化学能输入信号，计算电能输入量，与预设值比较，如果大于预设值，则结束本冶炼分段。运行过程如图2。
电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块根据各个分段过程中原料的变化，结合所要达到的冶炼效果，定量计算熔池成分变化，温度变化，炉渣成分变化，炉气成分变化等，为电弧炉炼钢动态能量衡算预测模块提供数据。电弧炉炼钢动态能量平衡预测计算模块根据动态物料衡算预测模块的计算结果，分析本冶炼分段的能量收支情况，计算能量的需求量。如图3。
根据动态物料衡算和动态能量衡算预测结果，确定电能和化学能输入系统的任务，电弧炉能量输入控制模块结合已知设备工作能力，工作能力为设备的基本参数，程序内为预设值，工作任务与工作能力相除，得出完成工作的最基本时间，将供电任务最少时间与化学能任务最少时间比较，需要时间较长的任务为本分段冶炼任务的限制性环节，此时间为本冶炼分段持续时间，应该按照该时间安排生产，将电能输入任务与化学能输入任务分别除以本冶炼分段持续时间，确定具体的电能化学能输入量，交电弧炉供电和电弧炉化学能输入模块完成，运行过程如图4。
电弧炉供电模块是完成电能输入任务的执行者，它将上述计算结果转换成合理的供电参数，调节变压器档位，完成供电任务。供电模块电压调节级别为220V～892V，电流调节范围为15KA～83.7KA。电弧炉供电视在功率确定方法，如式：
S＝Ea×G/(t×η1×η2)
式中：S为视在功率
Ea为吨钢电耗
G为钢水重量
t为通电时间
η1为电效率
η2为热效率
电弧炉化学能输入模块是完成氧气、燃料喷吹任务的控制系统，包括氧气阀组站，燃料阀组站，碳粉喷吹系统等，氧气喷吹强度控制在500～30000Nm3/h，燃料喷吹强度控制在50～3000Nm3/h，碳粉的流量调节在5～200kg/min。它按照计算结果合理调节电弧炉各支喷枪的喷吹流量，达到氧气、碳粉和燃料的高效利用，完成本分段的冶炼任务。
在不同冶炼分段的供电、供氧强度调节数据，通过现场总线和PLC控制变压器和阀组，控制电能输入强度、氧气及其它燃料的实际流量。生产过程中，控制系统根据各种测量仪器反馈回来的数据不断修改各控制参数，最终达到最优控制。
本发明可提高金属收得率1～5％，降低电极消耗0.3～1.5kg/t，降低冶炼电耗5～60kWh/t，节约氧气3～15m3/t。
附图说明
图1为电弧炉能量分段输入控制技术发明的控制过程示意图
图2为电弧炉冶炼能量分段模块工作过程示意图
图3为电弧炉炼钢动态物料衡算模块&动态能量衡算模块示意图
图4为电弧炉能量输入控制模块工作过程示意图
图5为电弧炉能量分段输入参数曲线
注：图5中实线为供电曲线；长虚线为炉壁供氧曲线；短虚线为炉壁天然气曲线；点划线为炉门枪供氧曲线；双点划线为喷吹碳粉曲线
具体实施方式
该发明在某钢厂100tUHP电弧炉应用。该厂有一座100吨UHP-EAF-EBT-AC电炉，电炉变压器为90MVA，炉壳直径为5800mm，电极直径700mm，平均出钢量为100吨，冶炼周期为55min。
根据能量输入分段原理，将冶炼过程分成起弧、穿井、熔化、脱碳升温四个过程，根据程序计算，分别划分成若干个分段，其中起弧2个分段，穿井3个分段，熔化3-5个分段，脱碳升温2-4个分段。根据以上各分段工作状况，电弧炉炼钢动态物料衡算预测模型与电弧炉炼钢动态能量衡算模型分别计算冶炼过程能量需求，电弧炉能量输入控制模型根据计算结果确定电弧炉各种能量输入参数，包括供电，炉壁枪氧气，炉壁碳粉，烧嘴燃料，炉门枪氧气，炉门枪碳粉六个控制量，能量分段输入参数如图5所示。
实际生产结果证明可提高金属收得率1～2％，降低电极消耗0.1～0.3kg/t，降低冶炼电耗5～20kWh/t，节约氧气3～5m3/t。
Claims (7)
1.一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是通过基于PLC的控制系统，按金属料的不同配料方式，首先进行电弧炉炼钢冶炼过程的能量分段，以物料衡算与能量衡算模块为基础，定量计算不同能量分段中电能及化学能的输入量，并按照模块的计算结果，将所需要的电、氧气、燃料、碳粉输入到电弧炉冶炼各能量分段内，实现电能及化学能优化输入；
方法包括：电弧炉冶炼能量分段模块；电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块；电弧炉炼钢动态能量衡算模块；电弧炉能量输入控制模块；电弧炉供电模块；电弧炉化学能输入模块；
控制过程：依据PLC系统提供的数据，经分析实现冶炼过程的能量分段；电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块与电弧炉炼钢动态能量衡算模块根据炉内原料结构组成，分别分析计算各分段内能量供需分配状况；电弧炉能量输入控制模块将衡算结果转换成电弧炉冶炼中电能、化学能输入系统的工作参数，由电弧炉供电模块及化学能输入模块分别完成冶炼任务。
2.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是电弧炉冶炼能量分段模块通过PLC系统监视电弧炉的输入情况，按照不同炉料的加入情况将冶炼过程分为3-50个分段，并确定每个段所需能量输入量；每种原料的加入，都会使冶炼过程各分段的物料及能耗发生变化，成为一个新的冶炼分段；监控数据为炉料加入信号、电能输入信号、化学能输入信号，分别循环检测，信号采集循环周期为0.1S，循环1：检测是否有新炉料加入，如果有则结束本冶炼分段，如果没有，则计算炉料的加入总量，与预设值比较，如果超过预设值，则结束本冶炼分段；循环2：采集电能输入信号，计算电能输入量，与预设值比较，如果大于预设值，则结束本冶炼分段；循环3：采集化学能输入信号，计算电能输入量，与预设值比较，如果大于预设值，则结束本冶炼分段。
3.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是电弧炉炼钢动态物料衡算预测模块根据各个分段过程中原料的变化，结合所要达到的冶炼效果，定量计算熔池成分变化，温度变化，炉渣成分变化，炉气成分变化，为电弧炉炼钢动态能量衡算预测模块提供数据；电弧炉炼钢动态能量平衡预测计算模块根据动态物料衡算预测模块的计算结果，分析本冶炼分段的能量收支情况，计算能量的需求量。
4.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是根据动态物料衡算和动态能量衡算预测结果，确定电能和化学能输入系统的任务，电弧炉能量输入控制模块结合已知设备工作能力，工作能力为设备的基本参数，程序内为预设值，工作任务与工作能力相除，得出完成工作的最基本时间，将供电任务最少时间与化学能任务最少时间比较，需要时间较长的任务为本分段冶炼任务的限制性环节，需要时间较长的任务的时间为本冶炼分段持续时间，要按照本冶炼分段持续时间安排生产，将电能输入任务与化学能输入任务分别除以本冶炼分段持续时间，确定具体的电能化学能输入量，交电弧炉供电和电弧炉化学能输入模块完成。
5.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是电弧炉供电模块是完成电能输入任务的执行者，它将上述计算结果转换成合理的供电参数，调节变压器档位，完成供电任务；供电模块电压调节级别为220V～892V，电流调节范围为15KA～83.7KA；电弧炉供电视在功率确定方法，如式：
S＝Ea×G/(t×η1×η2)
式中：S为视在功率、Ea为吨钢电耗、G为钢水重量、t为通电时间、η1为电效率、η2为热效率。
6.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是电弧炉化学能输入模块是完成氧气、燃料喷吹任务的控制系统，包括氧气阀组站，燃料阀组站，碳粉喷吹系统，氧气喷吹强度控制在500～30000Nm3/h，燃料喷吹强度控制在50～3000Nm3/h，碳粉的流量调节在5～200kg/min；它按照计算结果合理调节电弧炉各支喷枪的喷吹流量，达到氧气、碳粉和燃料的高效利用，完成本分段的冶炼任务。
7.如权利要求1所述一种电弧炉能量分段输入控制方法，其特征是在不同冶炼分段的供电、供氧强度调节数据，通过现场总线和PLC控制变压器和阀组，控制电能输入强度、氧气及其它燃料的实际流量；生产过程中，控制系统根据各种测量仪器反馈回来的数据不断修改各控制参数，最终达到最优控制。
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