CN102559966A - 串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法，其包括：采集料罐中的真实料重；在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取多组料重称量值W_称量、炉顶压力P_炉顶和料罐压力值P_料罐；确定料罐称重差压差补偿系数；存入PLC记忆数据库并进行陈旧数据更新；在料罐卸料过程中，PLC控制器周期性读取P_炉顶、P_料罐和W_称量；动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值；料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。本发明可以有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题，实现料罐高压力下的精确重量测量，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

Description

串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法

技术领域

本发明涉及无料钟炉顶的高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法。

背景技术

随着冶炼技术的发展，当前高炉普遍采用无料钟炉顶进行布料，有串罐无料钟、并罐无料钟、三罐无料钟以及双钟四阀型等。其中串罐无料钟占有主导地位，目前在建大型高炉上，基本上都采用串罐无料钟系统的装料工艺。为了提高高炉冶炼效率，对布料的精细化技术要求也越来越高。由于高炉炉顶恶劣的生产环境和仪表设备安装条件的限制，使得无料钟炉顶称量检测成为本领域内的一个技术难题。

高炉炉顶重量法布料已经成为高炉布料技术的应用趋势，而且重量法布料的前提条件就是料罐称的准确称量。高炉在正常生产时炉顶压力会处于1.5~2.5公斤的高压状态，料罐在炉顶压力的作用下受到一个向上的浮力，并且炉顶压力波动也会引起浮力波动，因此必须采用差压补偿系统来补偿炉顶压力对料罐称重值的影响。

目前常用的称量差压补偿方法为线性补偿方法，这种方法不能对线性补偿系数进行实时修正，不能持续保证料罐称重值的准确性和稳定性。在公开号为CN101985669A、发明名称为《炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法》的发明专利中，描述了一种以周期记忆的补偿方法来校正称量差压补偿系数的方法，尽管该方法能够有效解决高炉外围因素造成的线性补偿系数漂移的技术问题，但生产实践表明，该方法对于“坏点”测量数据的敏感度过大，当由于恶劣工况造成炉顶压力或者料罐称量值严重不准时往往会造成自修正线性补偿系数的波动，并且没有“坏点”数据的去除机制，使得这些数据可能一直影响后面的自修正结果，存在自修正结果进一步恶化的隐患。平稳顺行是高炉生产的关键技术指标，应该尽量避免因为线性补偿系数的剧烈波动而引起的工况波动，因而对高炉炉顶称重的差压补偿方法进行进一步技术改进，提高差压补偿方法的鲁棒性能，改善高炉布料的控制水平，已经成为了该领域的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法，该方法可以有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题，能够显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的高炉炉顶料罐称重的差压补偿方法，其步骤包括：

（1）采集料罐中的真实料重：

等待本次料罐装料完毕之后读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下。由于炉顶压力和料罐内部压力之间存在压力差，使得由料罐称重传感器实时给出的料重称量值失真，对于串罐无料钟炉顶可以借助高炉槽下称量测量系统系统的料重槽下称量值W_槽下来表示装料完毕后料罐中的真实料重。

（2）在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取多组料重称量值W_称量、炉顶压力P_炉顶和料罐压力值P_料罐。

（3）校正料罐称重差压差补偿系数：

分别依据各批次读取的过程数据W_称量、P_炉顶和P_料罐来在线校正不同压力差△P=P_炉顶 - P_料罐时所对应的压差补偿系数。在线校正公式为：

,

其中，a₁称为惯性因子，a₂称为学习因子，并且有a₁+a₂=1,0<a₁<1和0<a₂<1；K₁为在线校正前压差补偿系数初始值；K₂为在线校正后得到的压差补偿系数。

这里，在线校正前压差补偿系数初始值的计算公式为：

，

式中：△P₃和△P₄为存储在PLC记忆数据库中临近△P的前后两个压力点；K₃和K₄分别为PLC记忆数据库中△P₃和△P₄处对应的压差补偿系数。在校正学习开始阶段，PLC记忆数据库中尚未存储或者只存储一组过程数据, 此种情况时直接令K₁=K₀，这里K₀为压差补偿系数的理想值，计算方法为：

，这里d表示高炉上料系统波纹管的直径。

（4）存入PLC记忆数据库并进行陈旧数据更新：

将步骤(3)中在线计算得到的校正后压差补偿系数K₂和其对应的压力差△P=P_炉顶-P_料罐存储在PLC记忆数据库中。如果PLC记忆数据库中存储数据组数超过规定数目时(取决于PLC记忆数据库的容量)，则按照先入先出的存储规则将数据库中最早存储的那组K₂和△P从PLC记忆数据库中清除，完成陈旧数据更新功能。

（5）在料罐卸料过程中，PLC控制器周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量。

（6）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

料罐卸料过程中，PLC控制器每读取一次炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量，利用以上步骤中得到的压差补偿系数动态计算出卸料过程中料重差压补偿值，计算公式为：

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，K为当前压差补偿系数，为附属在罐体上弹的弹性模量，为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中

值基本保持不变。这里当前压差补偿系数K的取值原则为PLC记忆数据库中最靠近

的压力差△P对应的压差补偿系数K₂。

将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，以用于高炉的重量法布料，提高重量法布料的控制精度。

（7）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。

经过上述步骤，实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿。

本发明提供的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法，与现有技术相比具有以下优点：

1.充分利用了料罐一次均压和二次均压过程中由压力变送器和称重传感器采集的过程数据，通过压差补偿系数自学习律确保了压差补偿系数能够稳定和持续地得到改善，避免了由于复杂工况造成的“坏点”数据引起压差补偿系数剧烈波动现象的发生，符合高炉生产中稳定可靠的控制要求。

2．建立了PLC记忆数据库中的数据更新机制，使得陈旧数据能够及时退出，自动补充最新过程数据到PLC记忆数据库，完全适应高炉生产过程的时变特性。

3. 将校正后的压差补偿系数应用于料罐卸料过程中料重差压补偿值在线计算环节，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

总之，本发明可以有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题，减少了高炉炉顶压力对料罐称重的影响，实现料罐高压力下的精确重量测量，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

附图说明

图1为本发明提供的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法流程图。

图2为本发明一个实施例的硬件系统组成结构图。

图3为本发明一个实施例的一次和二次均压过程中采集的25组过程数据分布图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本实施例公开的某高炉有效容积为2000m³,年平均利用系数为2.5，年工作日为350天，年生铁产量为175万吨，上料方式为皮带上料，高炉炉顶采用PW型串罐无料钟炉顶，上、下料管有效容积为45m³，料罐均压采用半净高炉煤气一次均压和氮气二次均压。由上料罐、下料罐、上密封、下密封、下料闸、溜槽、均压、放散等主要设备构成，其中下料罐装有料罐称，用来称量下料罐实称重，以实现重量法布料。槽下上料系统采用皮带上料方式，主要由供焦皮带、供矿皮带和上料主皮带、返矿皮带、振动筛以及料仓等构成。整个高炉上料的工艺控制流程为：当炉顶发出要料信号，由放矿指针和放焦指针给出放矿和放焦指令，选中的矿仓或焦仓开始按设定的次序依次放料，当第一个被选中的料仓开始放料时，程序发出料头信号，当最后一个被选中的料仓放空料时，程序发出料尾信号。当料头和料尾在供矿皮带或者供焦皮带上得延时走完时，发出料头和料尾在上料罐的信号，此时发出上料罐有料信号。当下料罐放完一批料发出料空信号时，打开均压放散阀对料罐卸压，随后开启上密封阀及上料阀，将上料罐中的炉料装入下料罐。装料完毕，关闭上料阀、上密封阀和均压放散阀，并向下料罐均压。探尺探料降至规定料线深度，提升到位后，打开下密封阀及下料闸，用下料闸的开度大小来控制料流速度，炉料由布料溜槽每布一批料，其起始角较前批料的起始角度步进60度。整个过程的无限循环即完成高炉的装、布料动作。在下面方法具体实施计算过程中，所述料罐均指本实施例中的下料罐。

图1给出了本发明方法的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法流程图。

图2是本发明提供的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系统结构图，由PLC控制器、炉顶压力变送器、料罐压力变送器、料罐称重传感器、槽下称重传感器以及上位机组成。

所述PLC控制器接收从现场的称重传感器和压力变送器发送过来的过程数据，根据本发明方法进行数据分析和在线计算，持续地校正料罐称重的压差补偿系数，将校正后的压差补偿系数存储于PLC控制器的记忆数据库中，同时在上位机中显示。

所述炉顶压力变送器，其用来实时测量高炉炉顶压力值；

所述料罐压力变送器，其用来实时测量PW型串罐无料钟炉顶下料罐内部压力值；

所述料罐称重传感器，其用来实时测量PW型串罐无料钟炉顶下料罐重量值；

所述槽下称重传感器，其用来测取高炉槽下系统每一次向料罐装料的物料重量值。

基于图1，本实施例进行串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿的具体计算流程为：

（1）等待本次料罐装料完毕之后读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下。由于炉顶压力和料罐内部压力之间存在压力差，使得由料罐称重传感器实时给出的料重称量值失真，对于串罐无料钟炉顶可以借助高炉槽下称量测量系统系统的料重槽下称量值W_槽下来表示装料完毕后下料罐中的真实料重。

（2）在料罐一次均压和二次均压过程中依据采集时间均匀分布的规则分25个批次读取共25组料重称量值W_称量、炉顶压力P_炉顶和料罐压力值P_料罐。图3给出了本实例中某次炉顶上料时在其一次和二次均压过程中采集的25组过程数据分布图。

（3）分别依据上述25个批次读取的25组过程数据W_称量、P_炉顶和P_料罐来在线校正不同压力差△P=P_炉顶 - P_料罐时所对应的压差补偿系数。在线校正公式为：

,

其中，a₁称为惯性因子，a₂称为学习因子，本实例中a₁=0.4和a₂=0.6；K₁为在线校正前压差补偿系数初始值；K₂为在线校正后得到的压差补偿系数。

这里，在线校正前压差补偿系数初始值的计算公式为：

，

式中：△P₃和△P₄为存储在PLC记忆数据库中临近△P的前后两个压力点；K₃和K₄分别为PLC记忆数据库中△P₃和△P₄处对应的压差补偿系数。在校正学习开始阶段，PLC记忆数据库中尚未存储或者只存储一组过程数据, 此种情况时直接令K₁=K₀，这里K₀为压差补偿系数的理想值，计算方法为：

，这里d表示高炉上料系统波纹管的直径。

（4）存入PLC记忆数据库并进行陈旧数据更新：

将步骤(3)中在线计算得到的校正后压差补偿系数K₂和其对应的压力差△P=P_炉顶-P_料罐存储在PLC记忆数据库中。本实施例中如果PLC记忆数据库中存储数据组数达到100组时，则按照先入先出的存储规则将数据库中最早存储的那组K₂和△P从PLC记忆数据库中清除，完成陈旧数据更新功能。

（5）在料罐卸料过程中，PLC控制器周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量。

（6）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

料罐卸料过程中，PLC控制器每读取一次炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量，利用以上步骤中得到的压差补偿系数动态计算出卸料过程中料重差压补偿值，计算公式为：

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，K为当前压差补偿系数，

为附属在罐体上弹的弹性模量，为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中

值基本保持不变。这里当前压差补偿系数K的取值原则为PLC记忆数据库中最靠近

的压力差△P对应的压差补偿系数K₂。

将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，以用于高炉的重量法布料，提高重量法布料的控制精度。

（7）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。

经过上述步骤，实现了对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿。

上述实施例在实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿过程中，其进行一次和二次均压过程中采集的25组过程数据分布如图3所示，可以看出料罐实际重量与炉顶称重系统称量值之间的插值与压差之间的数量关系可以很清楚的表示出来。在压差的不同区段，压差补偿系数是不同的，本发明方法可以较好的利用PLC记忆数据库存储和实时更新多组不同压差对应下的压差补偿系数以用于实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿，有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题，减少了高炉炉顶压力对料罐称重的影响，实现料罐高压力下的精确重量测量，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）采集料罐中的真实料重：

首先，待本次料罐装料完毕之后读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下；然后借助W_槽下来表示料罐装料完毕后料罐中的真实料重；

（2）在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取多组料重称量值W_称量、炉顶压力P_炉顶和料罐压力值P_料罐 ；

（3）确定料罐称重差压差补偿系数：

分别依据各批次读取的过程数据W_称量、P_炉顶和P_料罐来在线校正不同压力差△P=P_炉顶 - P_料罐时所对应的压差补偿系数，在线校正公式为：

,

其中，a₁称为惯性因子，a₂称为学习因子，并且有a₁+a₂=1，0<a₁<1和0<a₂<1；K₁为在线校正前压差补偿系数初始值；K₂为在线校正后得到的压差补偿系数；

（4）存入PLC记忆数据库并进行陈旧数据更新：

将步骤(3)中在线计算得到的校正后压差补偿系数K₂和其对应的压力差△P=P_炉顶-P_料罐存储在PLC记忆数据库中；如果PLC记忆数据库中存储数据组数超过规定数目时，其数目大小取决于PLC记忆数据库的容量，则按照先入先出的存储规则将数据库中最早存储的那组K₂和△P从PLC记忆数据库中清除，完成陈旧数据更新功能；

（5）在料罐卸料过程中，PLC控制器周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量；

（6）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

料罐卸料过程中，PLC控制器每读取一次炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、P_料罐和W_称量，则利用以上步骤中得到的压差补偿系数动态计算出卸料过程中料重差压补偿值，计算公式为：

，

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，K为当前压差补偿系数，

为附属在罐体上弹的弹性模量，

为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中

值基本保持不变，

然后将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，以用于高炉的重量法布料，提高重量法布料的控制精度；

（7）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料；

经过上述步骤，实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿。

2. 根据权利要求1所述的料罐称重差压补偿方法，其特征在于步骤（3）中，在线校正前压差补偿系数初始值K₁由下述计算公式获取：

这里，在线校正前压差补偿系数初始值的计算公式为：

，

式中：△P₃和△P₄为存储在PLC记忆数据库中临近△P的前后两个压力点；K₃和K₄分别为PLC记忆数据库中△P₃和△P₄处对应的压差补偿系数。

3. 根据权利要求2所述的料罐称重差压补偿方法，其特征在于：

在校正学习开始阶段，PLC记忆数据库中尚未存储或者只存储一组过程数据，此种情况时直接令K₁=K₀，这里K₀为压差补偿系数的理想值，计算方法为：

，这里d表示高炉上料系统波纹管的直径。

4. 根据权利要求1所述的料罐称重差压补偿方法，其特征在于步骤（6）中，当前压差补偿系数K的取值原则为PLC记忆数据库中最靠近

的压力差△P对应的压差补偿系数K₂。

Images