CN102041346A

CN102041346A - 一种转炉自动底吹控制的方法

Info

Publication number: CN102041346A
Application number: CN 201010608748
Authority: CN
Inventors: 魏国建; 张泽永; 李占国
Original assignee: BEIJING JIANLONG HEAVY INDUSTRY GROUP Co Ltd
Current assignee: BEIJING JIANLONG HEAVY INDUSTRY GROUP Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102041346B

Abstract

本发明涉及一种转炉自动底吹控制的方法。本发明的方法使用的硬件包括：具有复吹功能的转炉、供应氩、氮气的阀站、控制阀站并带有HMI的PLC，PLC中储存有多个底吹模型。所述方法的步骤：选择底吹模型；确认；装载流量设定值；传输流量设定值；监控冶炼过程。本发明根据目标钢种的含氮量与含碳量的不同，组合成9种的模型，生产操作人员只需根据要冶炼的钢种选择对应的模型代码，该模型的参数及曲线数据自动下装到PLC。减少操作人员按常规生产阶段中不断人工调节阀门开度，减轻操作强度。PLC进行氮气与氩气的自动切换，控制稳定的进气压力与可调节的支管流量，控制精度高，自动化程度强，降低了生产成本。

Description

一种转炉自动底吹控制的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，尤其涉及一种根据目标钢种的含氮量与含碳量的不同，由PLC进行氮气与氩气的自动切换，控制稳定的进气压力与可调节的支管流量的转炉自动底吹控制方法。

背景技术

顶底复吹转炉（在转炉顶部吹氧气，底部吹惰性气体），底吹系统的供气强度即气体流量的控制是该系统最关键的控制参数。底吹过程贯穿整个冶炼过程，为了降低成本经常使用氮气代替昂贵的氩气，这就需要在一些冶炼过程中在两种气体之间切换。冶炼不同的钢种需要不同的气种切换，才能到达低耗高效的效果。目前常见的转炉底吹流量调节控制方法主要有：开环调节，即操作人员根据经验在监控画面上设定调节阀开度，通过人工判断来操作流量调节阀的开度（开大或关小），以达到流量调节的目的。传统PID（闭环）调节，即根据预先设好的气体流量，系统通过PID调节控制器自动调节到相应底吹流量，这种方法比开环控制改进很多，具有一定的调节性能，如响应较快、达到稳定时间较短等优点。但由于复吹工艺的发展，对底吹流量调节的响应速度、精确性、稳定性等都提出了更高的要求。在自动控制领域，要实现自动控制，必须对控制过程进行简化，挑选关键因素加以控制，去除过多非关键因素的影响。考虑较多的因素，虽然可以达到精确控制的效果，但在实践中往往行不通。冗余的软件系统使硬件运行不畅，而过多的增加硬件系统会使成本增加，是不可取的。只有尽力减少控制因素，最大限度的发挥原有系统的效果才能实现有效的自动控制。在转炉炼钢实践中已经总结出一套有效的不同钢种冶炼过程的气种切换方法。但是，如何在自动控制过程中实现这套在实践中摸索出来的经验，简化为一套简明、有效、便于实现的控制过程，这是冶炼自动控制需要解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的问题，本发明的目的是提出一种转炉自动底吹控制的方法，所述方法通过建立多个底吹模型，并将多个底吹模型放置于底吹模型矩阵中，在HMI中一目了然的显示，供操作人员选择，将整个底吹工艺的选择大大简化，也使底吹工艺过程规范化，符合自动控制过程的要求，更容易实现底吹的自动控制。

本发明的目的是这样实现的：一种转炉自动底吹控制的方法，所述的方法使用的硬件包括：具有复吹功能的转炉、供应氩、氮气的阀站、控制阀站并带有HMI、 PLC的自动化控制系统，所述的PLC中储存有多个底吹模型，所述方法的步骤如下：

选择底吹模型的步骤：用于在HMI的模型画面中选择底吹模型，所述的底吹模型以气种和流量作为关键参数；

确认的步骤：用于根据底吹模型PLC调用与底吹模型对应的模型参数，并在画面上显示，经操作人员确认后，不能再做修改；

装载流量设定值的步骤：用于PLC根据设定的底吹模型参数装载与氧步对应的气种和流量设定值；

传输流量设定值的步骤：用于PLC将设定值传送到阀站的流量控制器；

监控冶炼过程的步骤：用于根据冶炼事件，触发模型参数中的不同设定值作为流量设定值，控制流量调节阀的开度，并进行PID调节，这其中还包括跟踪吹氧氧步，直至所有冶炼事件完成。

底吹模型包括：

根据钢种对成品中氮含量的要求，划分为以下三种底吹控制方式：

a. N≤40PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹全程吹氩;

b. 40 < N≤70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行氮氩切换;

c. N > 70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行全程吹氮；

根据钢种对成品碳含量的要求，上述三种底吹控制方式各自又包含以下三种底吹控制方式：

d. C≤0.1%的钢种,吹炼过程中底吹为高流量;

e. 0.1% < C≤0.25%的钢种,吹炼过程中底吹为中等流量;

f. C > 0.25% 的钢种,吹炼过程中转炉底吹为低流量；

共九种底吹模型。

所述九种底吹模型，分别用1-9阿拉伯数字表示，九个阿拉伯数字以底吹模型矩阵的形式在HMI上显示，并在底吹模型矩阵的上部和左侧分别标注钢种的含碳量范围及含氮量范围。

本发明与已有技术相比产生的有益效果是：本发明根据目标钢种的含氮量与含碳量的不同，组合成9种的模型，生产操作人员只需根据要冶炼的钢种选择对应的模型代码，该模型的参数及曲线数据自动下装到PLC。减少操作人员按常规生产阶段中不断人工调节阀门开度，减轻操作强度。参数下装后，由PLC进行氮气与氩气的自动切换，控制稳定的进气压力与可调节的支管流量，控制精度高，自动化程度强。实现转炉炉底吹惰性气体，搅拌钢水，均匀钢水内成分，减少吹炼时间与物料消耗，提高钢水质量，降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例一所述方法使用的硬件系统示意图；

图2为本发明实施例一所述方法的底吹模型的示意性设定值表格；

图3为本发明实施例二所述方法的全程吹氩的过程示意图；

图4为本发明实施例二所述方法的氮氩切换的过程示意图；

图5为本发明实施例二所述方法的全程吹氮的过程示意图；

图6为本发明实施例三所述方法的底吹模型矩阵示意图；

图7为本发明实施例三所述方法的HMI显示界面示意图。

具体实施方式

实施例一：

一种转炉自动底吹控制的方法，所述的方法使用的硬件系统，如图1所示。本实施例所述方法使用的硬件系统包括：具有复吹功能的转炉2，转炉的上部有氧气管1，向炉内吹入氧气。转炉的底部设置透气砖。透气砖连接的支管管路5通过转炉耳轴的旋转接头3连接金属软管4与阀站相连。供应氩、氮气的阀站，实际是控制氩气、氮气进行切换和流量的装置，由一系列的压力调节阀、气包、支路管流量调节阀等组成。PLC是电控系统，可以对阀站进行控制，PLC带有人机交换接口HMI，控制人员可以通过HMI上显示的转炉情况和参数对冶炼过程进行控制。为进行自动化的冶炼控制，本实施例的PLC中储存有多个底吹模型。所谓底吹模型指的是：对某个钢种专门编制的自动化冶炼程序中的底吹过程，或者说是针对某个钢种的自动化冶炼工艺中的底吹工艺过程。自动化冶炼工艺过程十分复杂，为便于描述，本实施例仅表达与本发明有关的底吹过程，略去了复杂的机械动作控制过程和吹氧冶炼过程。

本实施例所述方法的步骤如下：

选择底吹模型的步骤：用于在HMI的模型画面中选择底吹模型，所述的底吹模型以气种和流量作为关键参数。

本步骤是本实施例的关键。只有正确的选择模型，自动控制过程才能实现。模型的参数可以有多种选择，如何选择参数是建立模型的关键。模型的参数不能过多。为提高控制的效率，必须最大限度的减少参数的个数。但也不能太少，参数太少不能有效的进行控制。

底吹的作用是搅拌冶炼中的钢水，使其均匀的受热，使钢水中的各种成分均匀。由于主要起搅拌钢水的作用，因此，搅拌的介质最好与钢水不发生反应。进行底吹所需要的参数很多，本实施例选择了两个参数：气种和流量，作为最重要的参数。气种指的是：气体的种类，在本实施例中是氩气和氮气。这是两种不会与铁（Fe）反应的气体。可以用来搅拌钢水的介质，氩气是最合适的，但价格过高。而氮气作为搅拌钢水的介质，虽然不如氩气，但价格便宜。因此在许多情况下使用两种气体交替使用，即可以提高产品质量，也可以降低成本，这就是气种切换的原因。氮气虽然是惰性气体，但仍然在钢水中有一定的溶解度，钢中的氮气，降低钢的机械性能，而且是形成裂纹、皮下气泡、中心疏松等缺陷的主要原因，所以在目标钢种低含氮量时，底吹气种选择氩气，而高含氮量时，选择氮气。底吹的另一个重要的参数是吹入炉内的气体流量。底吹流量大，钢液熔池搅拌强，碳与氧反应快，脱碳快、强。

气种影响钢种氮的含量，流量决定钢种的含碳量。氮的含量和含碳量决定钢的种类和质量，因此，这两个参数必须关注。这两个参数的组合可以产生许多不同的底吹工艺。本实施例使用一种由3种氮含量和3种碳含量控制方式派生出9种底吹模型。

9种底吹模型可以有多种表达方式，例如：使用文字描述的方法，将9种模型用文字描述。也可以使用列表的方式，将9种模型在表格中罗列。本实施例采用一种矩阵的方式表达。由于9种模式是由三种成品氮含量的底吹方法，而这三种成品氮含量的方法每种又可以派生出三种含碳量的底吹方法，根据这个特点，可以使用矩阵的方式表达这9种底吹模型，用行或列在表示影响氮含量和含碳量的气种和流量，例如：用矩阵的行表示影响含碳量的流量变化，列表示影响氮含量的气种变化，等等。

使用名称的文字表示9种模型往往过于复杂，本实施例采用阿拉伯数字1-9表示9种底吹方式，当然也可以使用中文的一、二、三等等数字，或者使用A、B、C、D等拼音文字表达，总之使用一种简单的符号，表达这9种底吹方式。用简单符合表达底吹方式的好处是使用者一目了然，更重要的是便于在HMI上显示，操作界面可以制作为按钮，鼠标点击即可选择，十分方便。

确认的步骤：用于根据底吹模型PLC调用与底吹模型对应的模型参数，并在画面上显示，经操作人员确认后，不能再做修改。

装载流量设定值的步骤：用于PLC根据设定的底吹模型参数装载与氧步对应的气种和流量设定值。

传输流量设定值的步骤：用于PLC将设定值传送到阀站的流量控制器。对于流量的控制不仅有总控制，还有支路控制。底吹的气体要经过气包分支为多路分支，一般为四路分支，即在转炉的底部设置四个吹气口。为精确的控制底吹的流量和压力等参数，在各个支路上也设置控制阀，由PLC控制开闭和开度。

所述的冶炼事件指的是冶炼过程中进行的一些具体事务，例如：加料、吹氧、吹氩、吹氮、出钢、溅渣，除渣等等。其中，吹氧是真正的炼钢过程。因此，将吹氧过程又吹氧的变化分为多个小的步骤，称为氧步。为防止底吹的透气砖堵塞，底吹过程贯穿于整个冶炼过程，当然也包括吹氧过程。

本实施例由3种氮含量和3种碳含量控制方式派生出9种底吹控制模型，画面设置了与目标钢种对应的模型代码，选择不同的代码，PLC会自动下装模型参数，底吹模型画面中参数也将自动改变，其中冶炼事件是PLC根据转炉位置、操作指令、氧气阀门状态等相关设备的状态自动产生的信号，用来触发与事件对应的参数。气体选择、流量设定是根据模型参数而定，模型参数建立在PLC的数据块里，可以修改、保存。

底吹模型为包括吹氧时间（或氧步=实际吹氧量/总吹氧量*100%）、氮气、氩气总流量的设定值。图2中的表格列举了一种底吹模型。一炉钢整个吹氧过程耗氧量为百分之百，最左侧的一列表示氧步，即吹氧进程的百分比。吹炼开始后，由氧气阀开信号启动PLC开始执行底吹模型控制程序，PLC实时计算氧步数据（实际耗氧量的百分数），根据曲线转化的模型，控制氮气或氩气切断阀的开启，以及计算各支路的流量设定值。各支路流量控制器调节流量控制阀的阀位，直到实际值与给定值一致。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于底吹模型的细化。本实施例所述的底吹模型包括：

a. N≤40PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹全程吹氩。图3为全程吹氩的吹炼过程示意图。纵坐标表示底吹的气体流量，平直的横线仅仅是示意，在实际冶炼过程中通常有些波动，特别在吹氧的过程。在图2的表格中可以看到这种变化。

b. 40<N≤70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行氮氩切换。图4为氮氩切换的吹炼过程示意图。

c. N>70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行全程吹氮。图5为全程吹氮的吹炼过程示意图。

图3、4、5横坐标表示冶炼事件，字母表示的意义：

IG：氧气阀开，BE：吹炼结束，TS：出钢开始，TE：出钢结束，SB：溅渣开始，SE：溅渣结束，n1，n2，n3是流量变化或气种变化的时间点或氧步点。

d. C≤0.1%的钢种,吹炼过程中底吹为高流量。

e. 0.1%<C≤0.25%的钢种,吹炼过程中底吹为中等流量。

f. C>0.25% 的钢种,吹炼过程中转炉底吹为低流量。

共九种底吹模型。

本实施例所述的9个模型，是基本型，在各个模型中的实际吹氩或吹氮量在各个氧步还根据钢种的不同有变化，在实际操作中还可以设定。设定后可以存储在PLC中，为再次应用提供方便。

实施例三：

本实施例是实施例2的改进，实施例关于九种底吹模型在HMI上显示的细化。本实施例所述九种底吹模型，分别用1-9阿拉伯数字表示，九个阿拉伯数字以底吹模型矩阵的形式在HMI上显示，并在底吹模型矩阵的上部和左侧分别标注钢种的含碳量及含氮量，如图6所示。

本实施例中的九种底吹模型在HMI上显示，是一种简明的显示，控制人员可以从底吹模型矩阵十分容易的挑选需要的模型。挑选时只需观察底吹模型矩阵最左侧的氮的含量和底吹模型矩阵上部的含碳量，然后寻找两者的交叉点，即为需要寻找的模型代码，在HMI上点击代码的位置，即可以进入该模型的具体参数设定，如图7所示。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如步骤的前后顺序，底吹模型矩阵横、纵向所代表的意义等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1. 一种转炉自动底吹控制的方法，所述的方法使用的硬件包括：具有复吹功能的转炉、供应氩、氮气的阀站、控制阀站并带有HMI的PLC，所述的PLC中储存有多个底吹模型，其特征在于所述方法的步骤如下：

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的底吹模型，底吹模型包括：

a. N≤40PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹全程吹氩;

b. 40<N≤70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行氮氩切换;

c. N>70PPM 的钢种,吹炼过程中转炉底吹进行全程吹氮；

d. C≤0.1%的钢种,吹炼过程中底吹为高流量;

e. 0.1%<C≤0.25%的钢种,吹炼过程中底吹为中等流量;

f. C>0.25% 的钢种,吹炼过程中转炉底吹为低流量；

共九种底吹模型。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述九种底吹模型，分别用1-9阿拉伯数字表示，九个阿拉伯数字以底吹模型矩阵的形式在HMI上显示，并在底吹模型矩阵的上部和左侧分别标注钢种的含碳量范围及含氮量范围。