CN103911483B - 一种转炉钢包合金自动加料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉钢包合金自动加料控制方法，包括以下步骤：建立合金料仓表和钢种料单表库；根据钢种牌号选择对应钢种料单表并确认钢种料单表中的信息，然后发出合金自动加料启动指令，并由钢种料单表与合金料仓表结合自动生成合金称量投料表中的各料批称量信息和投料信息；根据合金称量投料表中生成的称量信息控制各称量给料机的自动称量；根据合金称量投料表中生成的投料信息，结合出钢时钟，控制称量斗自动卸料和汇总斗自动投料；重复执行上述步骤，完成每一炉钢水的合金称量投加任务。本发明方法可实现转炉钢包合金加料的全自动控制，提高工作效率，规范加料操作，有效防止合金错称、错投事故的发生。

Description

一种转炉钢包合金自动加料控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种转炉钢包合金自动加料控制方法。

背景技术

钢水在炼钢转炉中完成冶炼后，经由转炉出钢口倒入到钢包中，然后向钢包中加入各类合金料以调整钢水成分。转炉钢包合金加料系统即为调整钢水成分而设置的完成合金称量和投加任务的工艺系统。

目前，国内各炼钢厂普遍采用合金料仓—变频称量给料机—称量斗—汇总斗—钢包的工艺实现转炉钢包合金的加料作业。现有转炉钢包合金加料系统的典型工艺流程图如图2所示。合金操作工依据钢种牌号和钢水成分要求设定各合金料仓2的称量设定值，通过合金称量斗3上的料斗称11控制各变频称量振动给料机2的变速和启停，依次完成所需各种合金的称量，称量完成后将称量斗3中的合金通过称量斗下给料机4、加料皮带5汇入汇总斗6中待用，此时称量斗3可再次进行合金的称量；当转炉出钢完成后，钢包车9运送钢包到汇总斗6下，当投料条件具备时，合金通过汇总斗6下给料机7，合金溜槽8加入到钢包车9上的钢包中。不同规模的转炉钢包合金加料系统只是在合金料仓1及其对应的称量振动给料机2的数量，称量斗3及其对应的料斗称4的数量上存在差异。

现有的转炉钢包合金加料系统的操作控制方法具有以下几个缺点：

1.对于同一钢种，不同操作工因个人经验不同在合金称量种类、称量顺序、投料时机的选择上不同，合金加料操作难以规范。

2.尽管现有合金加料控制系统的半自动操作方式能实现合金的自动精确称量，但在一炉钢水的冶炼过程中，操作工仍然需多次通过接触鼠标和键盘进行设定合金重量、启动合金称量、启动称量斗排料、启动中间斗投料等操作；而且通常合金操作工还需兼顾钢包底吹氩的操作任务，工作劳动强度非常大。因操作多而繁杂而造成合金误称、误投的事故时有发生，严重影响出钢质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种转炉钢包合金自动加料控制方法，该方法能提高转炉钢包合金加料的自动化水平，减轻操作工劳动强度，并有效防止合金错称、错投事故的发生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转炉钢包合金自动加料控制方法，该方法包括以下步骤：

1）建立合金料仓表和钢种料单表库；

所述合金料仓表用于存储合金料仓的状态数据和称量振动给料机的称量参数；

所述钢种料单表库，是一组钢种料单表的集合；每张钢种料单表中的信息包括按冶炼工艺规程设置额定出钢量下需加入的每一种合金的料种代码、称量重量和投料时机；

2）根据钢种牌号选择对应钢种料单表并确认钢种料单表中的信息，然后发出合金自动加料启动指令，并由钢种料单表与合金料仓表结合自动生成合金称量投料表中的各料批称量信息和投料信息；所述各料批称量信息包括称量批次、称量料仓、称量重量和称量顺序，所述投料信息包括投料批次和投料时机；

3）根据合金称量投料表中生成的称量信息控制各称量给料机的自动称量；

4）根据合金称量投料表中生成的投料信息，结合出钢时钟，控制称量斗自动卸料和汇总斗自动投料；

5）重复执行步骤2）至步骤4），完成每一炉钢水的合金称量投加任务。

按上述方案，所述步骤2）中根据钢种牌号选择特定钢种料单表并确认钢种料单表中的信息的具体方法为：

对于一炉特定钢水的冶炼，由操作人员依据冶炼钢种牌号从钢种料单表库中选择对应钢种的钢种料单表，并依据实际出钢量、出钢温度、钢水成分检化验结果对表单中的重量设定值和投料时机做局部微调并确认。

按上述方案，所述步骤3）的具体步骤为：

当称量斗称量条件满足时，取合金称量投料表中当前称量批次的各料仓称量设定值和称量顺序值依次完成本批次各种合金的顺序称量任务；并重复上述称量步骤完成合金称量投加表中所有批次合金的称量任务。

按上述方案，所述步骤4）的具体步骤为：

当称量斗卸料条件满足时，称量完毕的本批次合金由称量斗卸入汇总斗；当汇总斗其它卸料条件满足且出钢时钟大于本批次合金投料时机时，本批次合金由汇总斗投加入钢包中；并重复上述合金投加步骤完成合金称量投料表中所有批次的合金投加任务。

按上述方案，所述步骤4）执行合金自动投料的过程中，还包括：所述出钢时钟在转炉向炉后方向倾动角度大于80度后，自动清零并重新开始计时，更新速率为1秒；所述出钢时钟在钢包调离钢包车后停止计时。

本发明产生的有益效果是：

1.通过工艺工程师设定钢种料单表数据的方式明确确定针对特定冶炼钢种的所需合金料种、称量顺序、投加时机，以克服个人操作差异，规范合金加料操作。

2.通过选择钢种料单表、修改确认、发出启动指令等少量操作即可实现转炉钢包合金加料的全自动控制，大大减轻操作工劳动强度，提高生产效率，有效防止合金误称、误投事故的发生，保证出钢质量。

3.本发明的实现过程全部通过软件实现自动控制，不增加现有转炉合金加料控制系统的硬件投资，且算法实现过程相对简单，可在PLC中实现，而无需昂贵的二级过程计算机系统。

4.利用简单的表单功能可实现不同规模大小的转炉合金加料系统的自动控制，通用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明控制方法的方法流程图；

图2为转炉钢包合金加料典型工艺流程图；

图3为本发明合金料仓表的示意图；

图4为本发明钢种料单表的示意图；

图5为本发明合金称量投料表的示意图；

图6为本发明合金自动称量控制流程图；

图7为本发明合金自动投料控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一种转炉钢包合金自动加料控制方法的控制流程图，如图1所示，该方法主要包括：

第1步：建立合金料仓表和钢种料单表库；

第2步：根据钢种牌号选择对应钢种料单表并修改确认后发出合金自动加料启动指令，由钢种料单表与合金料仓表结合自动生成合金称量投料表中的各料批称量信息和投料信息；

第3步：根据合金称量投料表中生成的称量信息控制各称量给料机的自动称量；

第4步：根据合金称量投料表中生成的投料信息并结合出钢时钟，控制称量斗自动卸料和汇总斗自动投料。

第5步：重复执行步骤2～步骤4，完成每一炉钢水的合金称量和投加任务。

下面以图2所示的转炉合金加料系统为例，并结合图3至图7详细介绍本发明的具体实施过程。

第1步：建立合金料仓表和钢种料单表库,包括如下步骤：

第1.1步：建立合金料仓表，用于存储合金料仓的状态信息和称量振动给料机的称量参数；合金料仓的状态信息包括料仓代码、所装合金的料种代码及料种名称、料仓有效容积、停用标志；所述称量振动给料机的称量参数包括减速提前量、停振提前量、快振速度值、慢振速度值。该表中的数据记录个数为合金料仓的个数，针对本实施例，由图2可知，其数据记录个数为8。其中料仓代码必须具有唯一性，当料仓出现原料不合格或需要检修料仓设备时，可将该料仓停用标志置为1。图3给出了一个合金料仓表的示例。

第1.2步：建立钢种料单表库，即一组钢种料单表的集合，钢种料单库中钢种料单表的个数为可能冶炼的钢种牌号的总数。在每张钢种料单表中，由工艺工程师按冶炼工艺规程设置转炉在额定出钢量下需加入的每一种合金的料种代码、料种名称、推荐称量重量、最佳投料时机。其中所加合金料种代码不能由操作工修改，料种代码在钢种料单表中的出现顺序即隐含规定了合金料种的称量顺序。图4给出了一个钢种料单表的示例。

上述合金料仓表和钢种料单表库在合金加料PLC中均以二维数组的形式存储。

第2步：根据钢种牌号选择对应钢种料单表并修改确认后发出合金自动加料启动指令，由钢种料单表与合金料仓表结合自动生成合金称量投料表中的各称量信息和投料信息，包括如下步骤：

第2.1步：对于一炉特定钢水的冶炼，由操作人员依据冶炼钢种牌号从钢种料单表库中选择对应钢种的钢种料单表，并依据实际出钢重量、出钢温度、钢水成分检化验结果(钢水中的C、Si、Mn、P、S等化学元素成分含量)对表单中的重量设定值和投料时机做局部微调。对于确实不需要称量的合金，可将其重量设置为0。

第2.2步：当对钢种料单表的修改确认完成后，由操作工发出“合金自动加料启动”指令。

第2.3步：由钢种料单表与合金料仓表结合自动计算生成合金称量投料表中的称量信息和投料信息，其中的所述称量信息包括称量批次、称量料仓、称量重量、称量顺序，其中的所述投料信息包括投料批次、投料时机。

合金称量投料表中的各信息按如下原则计算或确定：

称量批次为钢种料单表中的投料时机的种类数；

称量料仓和称量重量通过比对钢种料单表和合金料仓表中的料种代码完成，如果合金称量重量在钢种料单表中被修改设置为0，则该合金不参与称量；如果合金料仓被停用，该合金料仓不参与称量；如果多个合金料仓装有同一种合金料种，则按各合金料仓有效容积大小所占比列和料仓停用情况对设定合金重量进行拆分，以保证各料仓用料的均衡性，可按下式计算：

$W_{i\_\mathrm{sp}}=W_{\mathrm{tot}}\·\frac{(1-n_i)\·V_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(1-n_j)\·V_j}$

其中W_tot为某合金的总设定重量，N为装有某相同料种的料仓个数，W_{i_sp}为这N个相同料仓料仓中第i个料仓的分仓设定重量，V_i和V_j分别为第i个料仓和第j个料仓的有效容积，n_i和n_j分别为第i个料仓和第j个料仓的停用标志（停用标志为1代表料仓停用，停用标志为0代表料仓启用）。

称量顺序按钢种料单表中合金出现的顺序执行，对于不执行称量任务的料仓，按料仓编号由小到大为其分配未使用的称量顺序号，但同一料批中各料仓的称量顺序号不得重复。

投料批次与称量批次相同，即钢种料单表中的投料时机的种类数。

在本实施例中，由图3和图4自动生成的合金称量投料表如图5所示。投料时机为出钢后120s和360s两种，故称量批次数和投料批次数均为2。其中第一批料先由16号合金料仓称量50kg铝块，接着由15号合金料仓称量80kg硅铁，最后由18号合金料仓称量100kg硅铁，第一批料在出钢时钟运行到120s后投入钢包；第二批料仅由13号合金料仓称量40kg低碳锰铁，在出钢时钟运行到360s时投入钢包。

合金称量投加表可在PLC控制程序中自动生成，以二维数组的形式存储，但对操作工不可见，将称量料种和称量顺序与具体的料仓对应联系起来。对操作工而言，只需关注料种和称重设定值，而不必关注具体使用哪个料仓以及称量的顺序。

第3步：根据合金称量投料表中生成的称量信息控制各称量给料机的自动称量。

第3.1步:当操作工发出“合金自动称量启动”指令后，将当前待称料批数置为1。

第3.2步:当称量斗料空、称量斗未进行卸料操作等称量斗称量条件均满足后，在合金称量设定表中取出当前待称料批数所指的各合金料仓的称量重量数据和称量顺序数据，写入各个合金料仓的控制命令缓存区，启动本批次合金料的称量任务。

第3.3步：由于多个合金料仓共用一个称量斗，因此在按步骤3.2进行每批合金料的称量时，任意时刻只能进行一个合金仓的称量。为保证称量的唯一性和称量的顺序性，使用“称量令牌”寄存器。每批次合金称量启动时，将称量令牌置为1，并在本批料称量过程中逐一增加变化到合金料仓的个数，具体为：每当称量令牌发生变化，在各料仓中寻找料仓称量顺序号与当前称量令牌数相同的料仓，若该仓称量设定值大于0，则启动该仓的称量，称量任务完成后，将称量令牌加1；若该料仓称量设定值等于0，则跳过该仓称量，但称量令牌也加1。当称量令牌大于合金料仓个数时，即完成对所有合金料仓的遍历，本批次合金称量完成，当前待称料批数加1。

第3.4步：比较当前待称料批数和合金称量投料表中的设定称量总批数，若前者大于后者，则所有料批的称量均完成，称量控制过程结束；若前者小于或等于后者，则返回步骤3.2继续执行下一批料的称量任务。

第3.5步：在按步骤3.3进行合金料批称量时，所述特定合金料仓称量任务按下述方法完成:若当前已称重量小于减速重量时，变频振动给料机快速振动；若当前已称重量大于减速重量且小于停振重量时，变频振动给料机慢速振动；若当前已称重量大于停振重量时，变频振动给料机停止振动。快速振动和慢速振动的速度值可从合金料仓表中获得。

当前料仓已称重量可按下式计算：

W_{i_pv}=W_scale-W_{i_ini}

式中W_{i_pv}为当前料仓已称重量，W_scale为称量斗料斗称的检测值，W_{i_ini}为当前料仓启动称量给料机瞬间称量斗料斗称的检测值。

当前料仓减速重量和停振重量可分别按下式计算：

W_{i_slow}=W_{i_sp}-W_{slow_adv}-W_{stop_adv}

W_{i_stop}=W_{i_sp}-W_{stop_adv}

式中W_{i_slow}为当前料仓减速重量，W_{i_stop}为当前料仓停振重量，W_{i_sp}为来自合金称量投料表中称量设定值，W_{slow_adv}为保证称量后期称量精度而设置的减速提前量，可从合金料仓表中获得，W_{stop_adv}为消除称量给料机停止后惯性余振造成多余落料的停振提前量，也可从合金料仓表中获得。

图6是合金自动称量的控制流程图，图中右侧的注释详细列出了针对图2所示的特定合金加料工艺系统，各设备的具体动作顺序和详细判断条件。

第4步:依据合金称量投料表中生成的投料信息并结合出钢时钟，控制称量斗自动卸料和汇总斗自动投料。

第4.1步：当操作工发出“合金自动称量启动”指令时，将已完成投料批次数清零。

第4.2步：当汇总斗料空、汇总斗未进行投料、本批次料称量完毕等称量斗卸料条件均满足时，启动称量斗卸料设备，将称量完毕的本批次合金由称量斗卸入汇总斗；当称量斗发出料空信号后，停止称量斗卸料设备。

第4.3步:当汇总斗料满、钢包车到达投料位置、当前出钢时钟大于合金称量投料表中设定的本批次合金投料时机等汇总斗投料条件均满足后，启动汇总斗投料设备，本批次合金由汇总斗投加入钢包；当汇总斗发出料空信号后，停止汇总斗投料设备，并将已完成投料批次数加1。

第4.4步：比较已完成投料批数与合金称量投料表中设定的总投料批数，若前者大于或等于后者，则所有批次的投料任务均完成，投料控制过程结束；若前者小于后者，则返回步骤4.2，执行下一批料的投料任务。

第4.5步：在按步骤4.2执行称量斗卸料过程中，所述称量斗发出料空信号的判断依据是称量斗料斗称的检测值小于或等于称量斗料空阈值；在按步骤4.3执行汇总斗投料的过程中，所述汇总斗发出料空信号的判断依据是汇总斗料斗称的检测值小于或等于汇总斗料空阈值。

图7给出了合金自动投料控制流程图，图中右侧的注释详细列出了针对图2所示的特定合金加料工艺系统，各设备的具体动作顺序和详细判断条件。

在按步骤4执行合金投加入钢包的过程中，需使用出钢时钟判断投料时机。

所述出钢时钟在转炉向转炉炉后方向倾动角度大于80度后自动清零并重新启动计时，更新速率为1秒；出钢时钟在钢包调离钢包车后停止计时；其中转炉倾动角度可由倾动机构旋转编码器检测，钢包调离钢包车时刻可由钢包车上的座罐接近开关检测。

按上述步骤2至步骤4的顺序执行一次，即完成一炉钢水的钢包合金自动加料过程，重复执行步骤2至步骤4即可完成多炉钢水的合金自动加料过程。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种转炉钢包合金自动加料控制方法，包括以下步骤：

步骤3）根据合金称量投料表中生成的称量信息控制各称量给料机的自动称量；

步骤4）根据合金称量投料表中生成的投料信息，结合出钢时钟，控制称量斗自动卸料和汇总斗自动投料；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤1）建立合金料仓表和钢种料单表库；

所述合金料仓表用于存储合金料仓的状态数据和称量振动给料机的称量参数；

所述钢种料单表库，是一组钢种料单表的集合；每张钢种料单表中的信息包括按冶炼工艺规程设置额定出钢量下需加入的每一种合金的料种代码、称量重量和投料时机；

步骤2）根据钢种牌号选择对应钢种料单表并确认钢种料单表中的信息，然后发出合金自动加料启动指令，并由钢种料单表与合金料仓表结合自动生成合金称量投料表中的各料批称量信息和投料信息；所述各料批称量信息包括称量批次、称量料仓、称量重量和称量顺序，所述投料信息包括投料批次和投料时机；

步骤5）重复执行步骤2）至步骤4），完成每一炉钢水的合金称量投加任务。

2.根据权利要求1所述的转炉钢包合金自动加料控制方法，其特征在于，所述步骤2）中根据钢种牌号选择特定钢种料单表并确认钢种料单表中的信息的具体方法为：

对于一炉特定钢水的冶炼，由操作人员依据冶炼钢种牌号从钢种料单表库中选择对应钢种的钢种料单表，并依据实际出钢量、出钢温度、钢水成分检化验结果对表单中的重量设定值和投料时机做局部微调并确认。

3.根据权利要求1所述的转炉钢包合金自动加料控制方法，其特征在于，所述步骤3）的具体步骤为：

当称量斗称量条件满足时，取合金称量投料表中当前称量批次的各料仓称量设定值和称量顺序值依次完成本批次各种合金的顺序称量任务；并重复上述称量步骤完成合金称量投加表中所有批次合金的称量任务。

4.根据权利要求1所述的转炉钢包合金自动加料控制方法，其特征在于，所述步骤4）的具体步骤为：

当称量斗卸料条件满足时，称量完毕的本批次合金由称量斗卸入汇总斗；当汇总斗其它卸料条件满足且出钢时钟大于本批次合金投料时机时，本批次合金由汇总斗投加入钢包中；并重复上述合金投加步骤完成合金称量投料表中所有批次的合金投加任务。

5.根据权利要求4所述的转炉钢包合金自动加料控制方法，其特征在于，所述步骤4）执行合金自动投料的过程中，还包括：所述出钢时钟在转炉向炉后方向倾动角度大于80度后，自动清零并重新开始计时，更新速率为1秒；所述出钢时钟在钢包调离钢包车后停止计时。