CN101760578A - 转炉冶炼操作决策支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉冶炼操作决策支持系统，其硬件系统包括有数据库服务器和若干台终端PC机，数据库服务器和终端PC机通过应用服务器连接成局域网；在数据库服务器中安装有原始数据接收模块和数据存储模块，在终端PC机中安装有实时数据曲线生成模块、优化配料模块和数据优化模块；硬件系统还包括有操作及终态数据自动采集子系统，该子系统包括有氧枪枪位数据采集装置、造渣数据采集装置、钢水温度检测装置和终点钢水碳含量检测装置；在终端PC机上在线显示有转炉冶炼操作过程综合实时标志图；所述综合实时标志图包括有相对于同一时间轴的氧枪枪位高度标识和造渣材料的加入标注。本发明可对岗位操作工进行操作指导，对其操作决策提供支持。

Description

转炉冶炼操作决策支持系统

技术领域

本发明涉及一种转炉炼钢的计算机辅助操作系统，具体地说是一种转炉冶炼操作决策支持系统。

背景技术

转炉炼钢生产过程是一个复杂的多相非线性理化反应过程，特别是在转炉吹炼前期，影响吹炼效果的因素很多，操作因素比较复杂并难于估算，无法依靠单一的数学模型实现闭环自动控制。目前，很多中小钢铁企业对于转炉炼钢生产过程中的操作数据的记录和存储，多是依靠工艺监督员人工录入完成，大型钢铁企业虽使用有自动记录和存储系统，但其记录和存储形式存在有信息分散、显示独立等缺陷，不能满足标准化作业的监控要求，无法实现集成化、形象化的工艺制度细化描述。

转炉冶炼操作过程的造渣制度和供氧制度是决定炼钢的原辅材料消耗和内在质量的关键工艺制度。冶炼经济技术指标的好坏一方面取决于工艺制度的合理性，一方面取决于岗位操作的标准化程度。所以，工艺制度的优化程序和细化描述、岗位实际作业信息的监测和反馈，一直以来是冶金工作者在反复探索而尚未很好加以解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种转炉冶炼操作决策支持系统，以加强对岗位操作工实际操作方法的监控和指导，规范操作工的炉前操作，实现转炉炼钢的优质低耗。

本发明是这样实现的：一种转炉冶炼操作决策支持系统，包括有数据库服务器和若干台终端PC机，数据库服务器和终端PC机通过应用服务器连接成局域网；在数据库服务器中安装有原始数据接收模块和数据存储模块，在终端PC机中安装有实时数据曲线生成模块、优化配料模块和数据优化模块；还包括有操作及终态数据自动采集子系统，该子系统向终端PC机或数据库服务器传输所采集的数据；所述操作及终态数据自动采集子系统包括有氧枪枪位数据采集装置、造渣数据采集装置、钢水温度检测装置和终点钢水碳含量检测装置；在所述终端PC机上在线显示有转炉冶炼操作过程综合实时标志图；所述综合实时标志图包括有相对于同一时间轴的氧枪枪位高度标识和造渣材料的加入标注。

所述造渣材料的加入标注包括有造渣材料的加入时刻及每次加入的种类和数量。

转炉炼钢吹炼控制的目标，就是出炉终点钢水的碳含量和钢水温度与所拟炼钢种钢号所要求的终点钢水的碳含量和钢水温度应尽可能地接近或趋于一致。但是，由于每座转炉的炉役状况不同，所炼的钢种钢号不同，所用的原料各异，吹氧条件(包括供氧压力和流量、氧枪枪位高度等)有变，而且岗位操作工的操作经验、操作水平和控制方法也各不相同(多数情况下因吹炼条件不完全相同，使得操作过程也不能相同)，因此，转炉炼钢目前没有一个固定细化的吹炼工艺，也不可能使用一种一成不变的操作方法去进行造渣和吹氧的工艺控制。岗位操作工只能根据拟炼钢种钢号、所用原料、炉役状况等具体条件，结合转炉当时的吹炼情况，再结合自己所掌握的吹炼工作经验，来确定造渣和吹氧的具体操作和工艺控制。

使用本发明转炉冶炼操作决策支持系统，可以将每一转炉、每一炉次的岗位操作工的操作情况(包括氧枪枪位的设置高度以及枪位的变化情况，造渣材料的加入时刻及每次加入的种类和数量)等信息通过本发明中的操作及终态数据自动采集子系统进行自动采集，再反馈给本发明转炉冶炼操作决策支持系统，使本发明转炉冶炼操作决策支持系统可以在线自动跟踪记录岗位操作工的操作情况，并将氧枪枪位的设置及变换信息以及造渣材料的加入信息复合集成在同一综合实时标志图上，直观显示在系统的终端PC机上。另外，利用本发明中的操作及终态数据自动采集子系统还可将每一转炉、每一炉次最终吹炼出炉的终点钢水的检验数据信息也及时反馈，记载在对应炉次的数据库该条记录项下。

通过使用本发明转炉冶炼操作决策支持系统，首先是实现了以供氧时间为主线所进行的转炉冶炼操作的信息集成，并同时将集成的数据信息送数据库服务器进行记录；通过本发明特别设计的转炉冶炼操作过程综合实时标志图，可以简单、明了、直观地反映出每一转炉、每一炉次在转炉吹炼中的造渣和供氧的具体操作情况；其次，结合每一转炉、每一炉次的钢种钢号、炉役状况以及通过本发明中的操作及终态数据自动采集子系统所采集的使用原料和出炉钢水的碳含量和钢水温度等数据信息，再结合数据库中所存储的历史记录数据，即可实现对每一转炉、每一炉次吹炼工艺的具体分析，评价岗位操作工的操作水平，检验和修正操作水平的评价标准，对异常炉次进行判定，并可有针对性地查找分析工艺事故的产生原因；第三是在集中有足够量的历史记录数据之后，即可利用本系统进行吹炼工艺的数据分析和吹炼操作制度的优化——即在基本相同的炉役状况、相同的钢种钢号、基本相同的使用原料等条件下，以综合实时标志图的形式，直观地给出转炉吹炼过程中供氧气压及流量、供氧时间、氧枪枪位的设置高度和枪位的变化、造渣材料的加入时刻、加入的种类和数量等信息，由此即可给出具体、细化的转炉吹炼优化操作指导模式，为岗位操作工的操作决策，提供了一种优化的、有据可循的指导意见，使操作工凭此即可执行一种优化的造渣制度和供氧制度，由此可规范转炉冶炼的岗位操作标准，减少甚至避免工艺事故和异常炉次的产生，降低转炉冶炼的原辅材料消耗，提高所炼钢水的内在质量和冶炼的经济技术指标。本发明的关键就在于此。

由于氧枪在氧气顶吹转炉中处于一个核心地位，而氧枪在其行程中所处的位置同样也极其重要。目前所使用的氧枪枪位数据采集装置，或是安装在电机轴上，或是安装在减速机轴上，这类装置在使用过程中会改变氧枪标尺运行机构的原有运行模式，使采集数据的准确度有较大下降，对设备的安装和检修也造成一定的不便。

本发明中的所述氧枪枪位数据采集装置是在机座上装有呈倒三角形分布的三个定滑轮，在三个定滑轮中的下部的定滑轮的轮轴上通过联轴器接有旋转式编码器，封罩三个定滑轮的防尘罩固定在机座上，在防尘罩的两侧边开有钢丝绳穿接孔。

氧枪标尺运行机构中所用的钢丝绳，通过防尘罩上的穿接孔穿入本氧枪枪位数据自动采集装置，并在分绕三个定滑轮之后再通过防尘罩另一侧边上的穿接孔穿出。当氧枪被控变动枪位时，氧枪标尺运行机构中的钢丝绳就会带动氧枪枪位数据自动采集装置中的三个定滑轮转动，连接在下部定滑轮轴端的旋转式编码器即可随之转动并发出转动信号，由此即可向本发明转炉冶炼操作决策支持系统提供出准确的氧枪位置数据信息。

在氧枪枪位数据采集装置中，所述三个定滑轮中的上部的两个定滑轮的轮槽上沿处于同一水平高度上，这样就可使氧枪标尺运行机构中的钢丝绳的穿入、穿出端保持在一个相同高度的位置上，由此不仅可满足氧枪标尺运行机构的运行需要，而且还提高了氧枪位置信号采集的准确性。所述上部的两个定滑轮最好是采用轮径相同且轮槽深度相同的结构形式，这样可以简化安装结构，提高装配精度。

本发明中的所述氧枪枪位数据采集装置可安装于中小型转炉上的氧枪标尺运行机构中的适当位置处，而不会改变氧枪标尺运行机构原有的运行模式，不会影响原有的显示装置，氧枪位置显示精度达到1.3毫米，满足了氧枪枪位显示精度的要求，并可使安装和检修更加方便，还可简化设备结构，便于加工制造。

本发明转炉冶炼操作决策支持系统中的转炉冶炼操作过程综合实时标志图对造渣材料的加入时刻以及每次加入的种类和数量，氧枪枪位、供氧气压和流量以及供氧时间等进行集中显示，在系统的终端PC机上形成每一炉次吹炼过程全部操作信息的综合显示界面，显示直观、全面。

对于氧枪枪位数据信息的采集存储，设计了分段模式，即数据的采集和存储能够分段、分时间进行。使用者可以根据原料的不同条件、炉役的不同阶段、冶炼钢种的不同要求，利用本发明进行不同吹炼阶段的分段优化，以具体确定不同吹炼阶段的氧枪操作模式和具有针对性的造渣操作工艺，并以综合实时标志图的画面形式给出信息集成的吹炼工艺制度的详细的图表式描述，由此便于对岗位操作工的操作进行指导，对其操作决策提供支持。

本发明的优点体现在以下几个方面：

1、形象化的吹炼过程描述，使岗位操作工的实际操作更加透明，为细化操作制度创造了条件；

2、完整的动态监测设计，避免了工艺监督的人为因素，使炼钢生产管理更加科学化；

3、优化的配料模型，为装入制度的规范执行提供了控制工具；

4、计算机对不同操作习惯和经验控制点的数理统计功能，可有效帮助岗位操作工的相互学习，理解对方的操作方法，快速提高技术水平，达到三班统一的操作模式；

5、利用统计分析不断修正和完善造渣和供氧制度，使操作要点更加合理，炼钢生产更加稳定、低耗和高效；

6、独立安装的氧枪枪位数据采集装置，形成控制曲线，准确直观；

7、对于配套烟气干式除尘的转炉，可降低工作系统的泄爆频率，减少安全隐患；

8、本发明适合我国众多炼钢企业中小转炉缺少副枪的现状。

9、本发明操作简单，维护方便。

附图说明

图1是本发明的系统硬件结构框图。

图2是本发明的综合实时标志图的一种界面构成形式图。

图3是本发明中氧枪枪位数据采集装置的结构示意图。

图4是省略防尘罩后的氧枪枪位数据采集装置的俯视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明转炉冶炼操作决策支持系统包括有两台数据库服务器(数量可有增减)和分别设置在工艺室、管理室、炉前控制室等部门和车间内的若干台终端PC机，数据库服务器和终端PC机通过一台应用服务器连接成局域网，以进行相互通讯，实现资源共享。在数据库服务器中安装有原始数据接收模块和数据存储模块，在各终端PC机中安装有实时数据曲线生成模块、优化配料模块和数据优化模块。

本发明还包括有操作及终态数据自动采集子系统，该子系统包括有氧枪枪位数据采集装置、造渣数据采集装置、钢水温度检测装置和终点钢水碳含量检测装置等。

其中，氧枪枪位数据采集装置如图3所示。该装置的结构是，装在机座1上的三个定滑轮呈倒三角形分布，在下部的定滑轮3的轮轴上通过联轴器5联接旋转式编码器4(图4)。下部的定滑轮3的直径可选择φ150mm，旋转式编码器4的分辨率可选360dpi。三个定滑轮中的上部的两个定滑轮的轮径相同、轮槽深度相同。只要安装在相同高度上，就可保证这两个定滑轮的轮槽的上沿处在同一水平高度上。防尘罩2固定在机座1上，用以封罩住上述三个定滑轮。在防尘罩2的两侧边分别开有钢丝绳穿接孔。图3中，分绕在三个定滑轮上的钢丝绳就是氧枪标尺运行机构中的钢丝绳。当氧枪被控变动枪位时，氧枪标尺运行机构中的钢丝绳就会带动本装置中的三个定滑轮转动，接在下部的定滑轮轴端的旋转式编码器4随之转动，由此向本发明转炉冶炼操作决策支持系统提供出氧枪位置的数据信息。

造渣数据采集装置可以使用现有的转炉散装料控制系统；钢水温度检测装置可采用现有转炉上配套的钢水温度检测装置；终点钢水碳含量检测装置可使用现有炼钢企业检验部门所使用的终点钢水碳含量检测装置。

操作及终态数据自动采集子系统向终端PC机或数据库服务器传输所采集或检测的数据。

在系统的终端PC机上在线显示有转炉冶炼操作过程综合实时标志图。图2即所述综合实时标志图的一种界面构成形式。图中的上半部分是以时间作为X轴、以高度作为Y轴，实时显示每炉吹炼过程中，氧枪的枪位高度的设置及随时间顺延所产生的变化情况。在图中还有两条纵垂线，这是两次造渣材料加入时刻的标注线，两个文字标识框分别指向该两条标注线，分别注明造渣材料每次加入的种类和数量。图中的下半部分为数据列表区，分为管理信息、冶炼条件和吹炼结果三部分，分别记载有炉号、炉役状况、日期、班次、岗位操作工、钢种钢号、供氧气压、供氧流量、供氧时间、终点钢水的碳含量和钢水温度等多项数据信息，由此形成一个集成管理信息和操作信息的转炉冶炼操作过程综合实时标志图。

本发明转炉冶炼操作决策支持系统的使用方法如下：

1、造渣和供氧操作过程的集成：对转炉吹炼过程氧枪枪位和造渣材料的加入情况进行动态监测，形成相对于时间轴的氧枪枪位与造渣材料加入情况的操作过程综合实时标志图。其中，氧枪枪位信息来自在氧枪标尺运行机构上安装的氧枪枪位数据采集装置，造渣材料的加入信息来自造渣数据采集装置。其中，造渣材料的加入时间信息来自称量斗、汇总斗气动插板供气管路上的电磁阀动作时刻的服务器时钟；造渣材料加入的重量信息来自称重传感器。

终端PC机上所显示的综合实时标志图分为实时和历史查询两种。一个图面的全部内容构成一个冶炼炉次的原始动态监测记录，记录包括图面内容和数据列表两大部分。

本发明所用软件结构是采用服务器/终端PC机结构，整个系统以数据库服务器中的数据库为中心，应用服务器中的通讯软件采集现场实时数据并保存到数据库服务器的数据库中，计算模型从数据库提取数据经过计算后将结果放回数据库中，供终端PC机监控显示，或由通讯程序下载到终端PC机指导生产。

2、优化配料计算：转炉冶炼优化配料系统软件是依据物料平衡和热平衡原理，建立转炉冶炼过程的物料和热量的收入与产出之间的平衡关系。根据使用的各种原料条件、拟炼钢种成分及温度、炉渣碱度等，优化出一组配料方案，确定出铁水、废钢、氧气、石灰、白云石等各种原料的合理加入量。废钢与铁块的比例、散状料的种类及其比例可以根据实际条件进行调整。

3、操作制度优化：将形成的原始动态监测记录分炉号、日期和班次建立数据库。用户可以分班、分炉号、分时段调用历史数据，并对历史数据进行统计分析。应用方法包括算术平均、极值比较和正态分布等，处理方法涵盖统计分析和操作失常炉次的判定等。

4、实时监控：用于对炼钢过程之中涉及到的一些关键参数进行实时采集并显示。例如：枪位、造渣、温度等。在显示过程中同时产生由时间和枪位高度为横纵坐标的枪位曲线图和造渣材料加入时刻标注线、每次加入的种类和数量标注。

5、历史数据查询：历史数据查询以时间范围、炉号和班次三个条件做为查询的前提条件。通过三个条件的逻辑组合，查询出历史炉次信息。根据炉次的相应信息，进行算术平均、正态分布或极值比较等数学运算，然后根据运算结果进行专家值的判定，以确定某一炉的工艺操作控制是否正常或失常。

Claims (5)

1.一种转炉冶炼操作决策支持系统，包括有数据库服务器和若干台终端PC机，数据库服务器和终端PC机通过应用服务器连接成局域网；在数据库服务器中安装有原始数据接收模块和数据存储模块，在终端PC机中安装有实时数据曲线生成模块、优化配料模块和数据优化模块；其特征在于还包括有操作及终态数据自动采集子系统，该子系统向终端PC机或数据库服务器传输所采集的数据；所述操作及终态数据自动采集子系统包括有氧枪枪位数据采集装置、造渣数据采集装置、钢水温度检测装置和终点钢水碳含量检测装置；在所述终端PC机上在线显示有转炉冶炼操作过程综合实时标志图；所述综合实时标志图包括有相对于同一时间轴的氧枪枪位高度标识和造渣材料的加入标注。

2.根据权利要求1所述的转炉冶炼操作决策支持系统，其特征在于所述造渣材料的加入标注包括有造渣材料的加入时刻及每次加入的种类和数量。

3.根据权利要求1或2所述的转炉冶炼操作决策支持系统，其特征在于所述氧枪枪位数据采集装置是在机座(1)上装有呈倒三角形分布的三个定滑轮，在三个定滑轮中的下部的定滑轮(3)的轮轴上通过联轴器(5)接有旋转式编码器(4)，封罩三个定滑轮的防尘罩(2)固定在机座(1)上，在防尘罩(2)两侧边开有钢丝绳穿接孔。

4.根据权利要求3所述的转炉冶炼操作决策支持系统，其特征在于所述三个定滑轮中的上部的两个定滑轮的轮槽上沿处于同一水平高度上。

5.根据权利要求4所述的转炉冶炼操作决策支持系统，其特征在于所述三个定滑轮中的上部的两个定滑轮的轮径和轮槽的深度相同。

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