CN102965462A - 一种转炉冶炼终点自动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转炉冶炼终点自动控制装置及控制方法，在二级计算机中增加钢水碳含量计算模块和冶炼终点指令计算模块，在转炉PLC中增加冶炼终点控制模块，在一级操作画面计算机中增加冶炼终点控制模式操作按钮。二级计算机根据钢水温度、钢水结晶温度计算钢水碳含量，并根据钢种目标数据计算出冶炼目标，使用实测钢水温度、计算的钢水碳含量、预报钢水温度和预报钢水碳含量，当预报钢水温度与预报钢水碳含量同时达到冶炼目标时将冶炼终点指令写入转炉PLC。本发明无需投资便可迅速见效，可避免副枪测试单一信号时自动化炼钢操作自动停止的问题，提高副枪测量仪表计算碳含量的准确性，使自动化炼钢的应用比例提高15-25%。

Description

一种转炉冶炼终点自动控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种基于单一副枪信号的转炉冶炼终点自动控制装置及其控制方法。

背景技术

氧气顶吹转炉由于具有生产效率高、成本低的特点，已成为一种主要的炼钢设备。随着生产力的发展，对炼钢自动化程度的要求也越来越高，自动化炼钢对设备稳定性、原材料质量等的依赖程度非常高，而设备稳定性、原材料质量等方面的提高是一个长期而缓慢的过程，这严重制约了自动化炼钢的使用和推广。自动化炼钢使用率不高、实用性不强是我国自动化炼钢面临的一个重要课题。

目前，我国的转炉自动化炼钢系统的冶炼终点自动控制一般是由动态模型进行控制的。动态模型控制主要采用副枪测试和质谱仪分析两种方式。由于我国设备稳定性、原材料质量稳定性不高等原因，副枪测试单一信号比例为15-25％左右。在副枪测试单一信号时，自动化炼钢操作自动停止，从而严重影响了自动化炼钢的使用率，制约着我国自动化炼钢技术推广使用的普及率。

发明内容

本发明旨在提供一种副枪测试单一信号时的转炉冶炼终点自动控制装置和方法，以提高副枪测量仪表计算碳含量的准确性，扩大自动化炼钢的使用率。

为达此目的，本发明采用了如下技术解决方案：

一种转炉冶炼终点自动控制装置，包括副枪测量仪表、副枪PLC、二级计算机、三级计算机、转炉PLC、氧枪升降台车、氧气阀门、一级操作画面计算机，其特征在于：

在副枪测量仪表与副枪PLC之间增加数据通讯电文；

在副枪PLC与二级计算机间增加数据通讯电文；

在二级计算机中增加钢水碳含量计算模块和冶炼终点指令计算模块；

在转炉PLC中增加冶炼终点控制模块；

在一级操作画面计算机中增加冶炼终点控制模式操作按钮。

2、一种使用上述转炉冶炼终点自动控制装置的控制方法，其特征在于，具体控制方法为：

(1)、在转炉吹氧过程中，氧枪升降台车在工作位置，氧气阀门状态为开；

(2)、副枪过程测试后，数据通讯电文将副枪测量仪表测试结果传递至副枪PLC及二级计算机，二级计算机钢水碳含量计算模块计算出预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal；

(3)、如果单一副枪信号为结晶温度信号时，由钢水碳含量计算模块计算出钢水碳含量；即副枪PLC将副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、钢水结晶温度T₁以电文形式发送给二级计算机，二级计算机根据钢水结晶温度T₁计算钢水碳含量C_l，具体计算公式为：

$C_l=\frac{-4262\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^3+19236.2\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^2-28950.8\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^1+14529.3}{100};$

(4)、若副枪测试温度失败、钢水温度T_cal＝0℃时，将冶炼目标中的平均目标温度值作为预报钢水温度T_cal，则预报钢水碳含量C_cal计算公式为：

$C_{\mathrm{cal}}=C_0+{\mathrm{\β}}_D\·\ln [1+(e^{\frac{C_{\mathrm{tsc}}-C_0}{{\mathrm{\β}}_D}}-1)\·e^{-\frac{{\mathrm{\α}}_D}{{\mathrm{\β}}_D}\frac{O_{2\mathrm{cal}}-O_{2\mathrm{tsc}}}{W_{\mathrm{st}}}}]$

式中：O_2cal为计算时刻氧气累积量，(Nm³)；O_2tsc为过程测试时氧气累积量，(Nm³)；C_tsc过程测试碳含量，(％)；W_st为炉内钢水量，(t)；C₀为极限碳含量，(％)；α_D、β_D为脱碳速率参数，；e为自然对数；

(5)、若副枪测试温度失败、钢水结晶温度T₁＝0℃时，将冶炼目标中的平均碳含量作为预报钢水碳含量C_cal；则预报钢水温度T_cal计算公式为：

T_cal＝T_tsc+a·(O_2cal-O_2tsc)+b

式中：a、b为氧升温参数；

(6)、当二级计算机冶炼终点指令计算模块判断预报钢水温度和预报钢水碳含量同时达到冶炼目标钢水温度与冶炼目标钢水碳含量时，将停吹指令信号写入转炉PLC中；具体方法为：

三级计算机将钢种目标数据传输给二级计算机，二级计算机冶炼终点指令计算模块根据钢种目标数据计算冶炼目标：

平均目标碳含量C_tar的计算公式为：

$C_{\mathrm{tar}}=\frac{C_{\mathrm{up}}+C_{\mathrm{down}}}{2}$

式中：C_up为目标碳含量上限；C_down为目标碳含量下限；

平均目标温度值T_tar的计算公式为：

$T_{\mathrm{tar}}=\frac{T_{\mathrm{up}}+T_{\mathrm{down}}}{2}$

式中：T_up为目标温度上限；T_down为目标温度下限；

利用副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、二级计算机钢水碳含量计算模块计算的钢水碳含量C_l、转炉PLC的氧气累积量O₂计算出预报钢水温度T_cal和预报钢水碳含量C_cal；

(7)、当预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal同时达到冶炼目标时，即当C_cal＝C_tar且T_cal＝T_tar时，将冶炼终点指令写入转炉PLC；

(8)、当一级操作画面计算机中冶炼终点控制模式操作按钮为选择状态、且转炉PLC接收到冶炼终点停吹指令信号时，转炉PLC发出氧枪到等候点指令，二级计算机冶炼终点控制模块控制氧枪升降台车提升至等候点位置，并关闭氧气阀门。

本发明的积极效果为：

本发明充分利用现场现有设备和检测、控制装置，无需增加任何投资，便可迅速见效，实现转炉冶炼终点的自动控制，从而有效避免了副枪测试单一信号时自动化炼钢操作自动停止的问题，提高了副枪测量仪表计算碳含量的准确性，使自动化炼钢的可应用比例提高了15-25％，为自动化炼钢技术的推广使用奠定了基础。

附图说明

附图为转炉冶炼终点自动控制装置结构框图。

具体实施方式

由附图可见，本发明转炉冶炼终点自动控制装置主要是利用现场原有的副枪测量仪表、副枪PLC、二级计算机、三级计算机、转炉PLC、氧枪升降台车、氧气阀门和一级操作画面计算机，本发明是在副枪测量仪表与副枪PLC之间增加数据通讯电文；在副枪PLC与二级计算机间增加数据通讯电文；在二级计算机中增加钢水碳含量计算模块和冶炼终点指令计算模块；在转炉PLC中增加冶炼终点控制模块；在一级操作画面计算机中增加冶炼终点控制模式操作按钮。

本发明转炉冶炼终点自动控制方法的具体步骤为：

1、在转炉吹氧过程中，氧枪升降台车在工作位置，氧气阀门状态为开。

2、副枪过程测试后，副枪测量仪表通过数据通讯电文将副枪测试结果传递至副枪PLC及二级计算机，二级计算机钢水碳含量计算模块计算出预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal。

3、如果单一副枪信号为钢水结晶温度T₁信号时，由钢水碳含量计算模块计算出钢水碳含量C_l，即副枪PLC将副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、钢水结晶温度T₁以电文形式发送给二级计算机，二级计算机根据钢水结晶温度T₁计算钢水碳含量C_l。例如钢水结晶温度T₁为1488℃，将其带入钢水碳含量C_l计算公式：

$C_l=\frac{-4262\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^3+19236.2\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^2-28950.8\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^1+14529.3}{100};$

得到钢水碳含量重量百分数(以下涉及碳含量均为重量百分数)：C_l＝0.444％。

4、若副枪测试温度失败、即钢水温度T_cal＝0℃时，将冶炼目标中的平均目标温度(设定1670℃)作为预报钢水温度T_cal。则预报钢水碳含量C_cal计算公式为：

$C_{\mathrm{cal}}=C_0+{\mathrm{\β}}_D\·\ln [1+(e^{\frac{C_{\mathrm{tsc}}-C_0}{{\mathrm{\β}}_D}}-1)\·e^{-\frac{{\mathrm{\α}}_D}{{\mathrm{\β}}_D}\frac{O_{2\mathrm{cal}}-O_{2\mathrm{tsc}}}{W_{\mathrm{st}}}}]$

O_2cal为计算时刻氧气累积量，(Nm³)；过程测试时氧气累积量O_2tsc＝12123Nm³；过程测试碳含量C_tsc＝C_l；炉内钢水量W_st为260t；极限碳含量C₀＝0.019％；脱碳速率参数α_D为0.29，β_D为88000；e为自然对数e取值为2.71828。

5、若副枪测试温度失败、钢水结晶温度T₁＝0℃时，将冶炼目标中的平均碳含量作为预报钢水碳含量C_cal。例如钢水温度T_cal＝1600℃，则C_cal＝C_tar＝0.08％，

根据预报钢水温度T_cal计算公式计算T_cal：

T_cal＝T_tsc+a·(O_2cal-O_2tsc)+b

氧升温参数a为0.035，b为-5。

6、当二级计算机冶炼终点指令计算模块判断预报钢水温度和预报钢水碳含量同时达到冶炼目标钢水温度与冶炼目标钢水碳含量时，将停吹指令信号写入转炉PLC中。具体计算方法为：

三级计算机将钢种目标数据传输给二级计算机，二级计算机冶炼终点指令计算模块根据钢种目标数据计算冶炼目标。例如冶炼钢种为Q235B，目标碳含量上限C_up＝0.10％，目标碳含量下限C_down＝0.06％，将数值代入平均目标碳含量C_tar的计算公式： $C_{\mathrm{tar}}=\frac{C_{\mathrm{up}}+C_{\mathrm{down}}}{2}=0.08\%.$

若目标温度上限T_up＝1680℃，目标温度下限T_down＝1660℃，则平均目标温度值T_tar为：

使用副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、二级计算机钢水碳含量计算模块计算的钢水碳含量C_l、转炉PLC的氧气累积量O₂即可计算出预报钢水温度T_cal和预报钢水碳含量C_cal。

7、当预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal同时达到冶炼目标，即当C_cal＝C_tar且T_cal＝T_tar时，将冶炼终点指令写入转炉PLC。

8、当一级操作画面计算机中冶炼终点控制模式操作按钮为选择状态、且转炉PLC接收到冶炼终点停吹指令信号时，转炉PLC发出氧枪到等候点指令，二级计算机冶炼终点控制模块控制氧枪升降台车提升至等候点位置，并关闭氧气阀门。

Claims (2)

1.一种转炉冶炼终点自动控制装置，包括副枪测量仪表、副枪PLC、二级计算机、三级计算机、转炉PLC、氧枪升降台车、氧气阀门、一级操作画面计算机，其特征在于：

在副枪测量仪表与副枪PLC之间增加数据通讯电文；

在副枪PLC与二级计算机间增加数据通讯电文；

在二级计算机中增加钢水碳含量计算模块和冶炼终点指令计算模块；

在转炉PLC中增加冶炼终点控制模块；

在一级操作画面计算机中增加冶炼终点控制模式操作按钮。

2.一种使用权利要求1所述转炉冶炼终点自动控制装置的控制方法，其特征在于，具体控制方法为：

(1)、在转炉吹氧过程中，氧枪升降台车在工作位置，氧气阀门状态为开；

(2)、副枪过程测试后，数据通讯电文将副枪测量仪表测试结果传递至副枪PLC及二级计算机，二级计算机钢水碳含量计算模块计算出预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal；

(3)、如果单一副枪信号为结晶温度信号时，由钢水碳含量计算模块计算出钢水碳含量；即副枪PLC将副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、钢水结晶温度T₁以电文形式发送给二级计算机，二级计算机根据钢水结晶温度T₁计算钢水碳含量C_l，具体计算公式为：

$C_l=\frac{-4262\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^3+19236.2\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^2-28950.8\·{\left(\frac{T_1}{1000}\right)}^1+14529.3}{100};$

(4)、若副枪测试温度失败、钢水温度T_cal＝0℃时，将冶炼目标中的平均目标温度值作为预报钢水温度T_cal，则预报钢水碳含量C_ca1计算公式为：

$C_{\mathrm{cal}}=C_0+{\mathrm{\β}}_D\·\ln [1+(e^{\frac{C_{\mathrm{tsc}}-C_0}{{\mathrm{\β}}_D}}-1)\·e^{-\frac{{\mathrm{\α}}_D}{{\mathrm{\β}}_D}\frac{O_{2\mathrm{cal}}-O_{2\mathrm{tsc}}}{W_{\mathrm{st}}}}]$

式中：O_2cal为计算时刻氧气累积量，(Nm³)；O_2tsc为过程测试时氧气累积量，(Nm³)；C_tsc过程测试碳含量，(％)；W_st为炉内钢水量，(t)；C₀为极限碳含量，(％)；α_D、β_D为脱碳速率参数，；e为自然对数；

(5)、若副枪测试温度失败、钢水结晶温度T₁＝0℃时，将冶炼目标中的平均碳含量作为预报钢水碳含量C_ca1；则预报钢水温度T_cal计算公式为：

T_cal＝T_tsc+a·(O_2cal-O_2tsc)+b

式中：a、b为氧升温参数；

(6)、当二级计算机冶炼终点指令计算模块判断预报钢水温度和预报钢水碳含量同时达到冶炼目标钢水温度与冶炼目标钢水碳含量时，将停吹指令信号写入转炉PLC中；具体方法为：

三级计算机将钢种目标数据传输给二级计算机，二级计算机冶炼终点指令计算模块根据钢种目标数据计算冶炼目标：

平均目标碳含量C_tsr的计算公式为：

$C_{\mathrm{tar}}=\frac{C_{\mathrm{up}}+C_{\mathrm{down}}}{2}$

式中：C_up为目标碳含量上限；C_down为目标碳含量下限；

平均目标温度值T_tar的计算公式为：

$T_{\mathrm{tar}}=\frac{T_{\mathrm{up}}+T_{\mathrm{down}}}{2}$

式中：T_up为目标温度上限；T_down为目标温度下限；

利用副枪测量仪表测量的钢水温度T_tsc、二级计算机钢水碳含量计算模块计算的钢水碳含量C_l、转炉PLC的氧气累积量O₂计算出预报钢水温度T_cal和预报钢水碳含量C_cal；

(7)、当预报钢水温度T_cal与预报钢水碳含量C_cal同时达到冶炼目标时，即当C_cal＝C_tar且T_cal＝T_tar时，将冶炼终点指令写入转炉PLC；

(8)、当一级操作画面计算机中冶炼终点控制模式操作按钮为选择状态、且转炉PLC接收到冶炼终点停吹指令信号时，转炉PLC发出氧枪到等候点指令，二级计算机冶炼终点控制模块控制氧枪升降台车提升至等候点位置，并关闭氧气阀门。