CN104073588B - 一种转炉钢包底吹氩自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉钢包底吹氩自动控制方法，属于炼钢自动化技术领域。该方法包括：(1)建立数据库用于存储钢种吹氩表和包龄修正表；(2)依据冶炼钢种牌号选择特定钢种吹氩表，依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得压力修正值和流量修正值，并生成执行吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、切换时机等信息；(3)依据执行吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、切换时机并结合出钢时钟，控制氩气切断阀的自动开关，吹氩压力调节阀和吹氩流量调节阀的自动调节。(4)重复执行步骤（2）和步骤（3），完成多炉钢水的钢包底吹氩自动控制。本发明方法可实现转炉钢包底吹氩的全自动控制，减轻操作工劳动强度，规范底吹氩操作，提高氩气搅拌钢水的质量。

Description

一种转炉钢包底吹氩自动控制方法

技术领域

炼钢转炉自动化技术领域，尤其涉及一种炼钢转炉钢包底吹氩自动控制方法。

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，通过向钢水中加入各种合金，并通过钢包底部多孔透气砖向钢水中吹入惰性气体——氩气搅拌钢水以调节和均匀钢水成分，并加速钢水中的夹杂物上浮。转炉钢包底吹氩系统即为均匀钢水成分而设置的完成钢水搅拌任务的炼钢工艺系统。

目前，国内各炼钢厂普遍采用氩气压力调节阀—氩气流量调节阀—氩气切断阀—钢包的工艺实现转炉钢包底吹氩作业。现有转炉钢包底吹氩系统的典型工艺流程图如附图2所示，氩气气源1通过氩气压力调节阀2、第一氩气压力变送器3、氩气流量计4、氩气流量调节阀5、第二氩气压力变送器6、氩气切断阀7，并经由连接软管、钢包底部透气砖等设备吹向钢包车9上钢包8中的钢水中。氩气压力调节阀2以第一氩气压力变送器3的检测值为反馈变量，构成闭环PID调节控制回路；氩气流量调节阀5以氩气流量计4的检测值为反馈变量，构成闭环PID调节控制回路。当转炉出钢时，由操作工首先打开氩气切断阀7、并分别设置氩气压力调节阀2的压力设定值和氩气流量调节阀5的流量设定值，进行氩气压力、流量的自动调节。在整个吹氩过程中，操作工需根据出钢钢种、出钢工艺（如破渣、软吹、加料）的需要不断调整氩气压力设定值和氩气流量设定值。当吹氩结束，钢包8调离钢包车9前，由操作工关闭氩气切断阀7。

现有的转炉钢包底吹氩系统的操作控制方法具有以下几个缺点：

1.对于同一钢种，不同操作工因个人操作经验不同在吹氩压力设定、吹氩流量设定、吹氩压力流量设定值切换的时机选择上不同，钢包底吹氩操作难以规范。

2.尽管现有钢包底吹氩控制系统的半自动操作方式能实现吹氩压力和吹氩流量的精确自动调节，但在一炉钢水的出钢过程中，操作工仍然需多次接触鼠标和键盘进行打开氩气切断阀、设定并调整吹氩压力和吹氩流量设定值、关闭氩气切断阀等操作；而且通常吹氩操作工还要兼顾钢包合金称量和加料的操作任务，工作劳动强度非常大。因操作多而繁杂而造成吹氩压力和流量设定错误，影响钢水搅拌效果进而影响出钢质量的事故时有发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种炼钢转炉钢包底吹氩自动控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种炼钢转炉钢包底吹氩自动控制方法,包括以下步骤：

1）建立数据库用于存储钢种吹氩表和包龄修正表；

2）根据冶炼钢种牌号查询钢种吹氩表数据库获取对应吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量和切换时机信息；依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得压力修正值和流量修正值，对吹氩压力和吹氩流量进行修正；获得包括最终的吹氩压力设定值、吹氩流量设定值和切换时机信息的执行吹氩表；所述切换时机信息由钢包吹氩表中的吹氩持续时间换算得到；

3）依据执行吹氩表中的吹氩压力设定值、吹氩流量设定值、切换时机并结合出钢时钟，控制氩气切断阀的自动开关，吹氩压力调节阀和吹氩流量调节阀的调节；

所述吹氩压力调节阀调节方法为：将当前吹氩压力设定值和由压力变送器测量的压力检测值的偏差在PLC系统中的压力控制器中做PID比例积分微分运算后，由压力控制器的输出直接控制压力调节阀的开度；

所述吹氩流量调节阀调节方法为：将当前吹氩流量设定值和由氩气流量计测量的流量检测值的偏差在PLC系统中的流量控制器中做PID比例积分微分运算后，由流量控制器的输出直接控制流量调节阀的开度；

4）重复执行步骤2和步骤3即可完成多炉钢水的钢包底吹氩自动控制任务。

按上述方案，所述步骤1）中：

所述钢种吹氩表库，是一组钢种吹氩表的集合，其中所包含的钢种吹氩表的个数为可能冶炼的钢种牌号总数；在每张钢种吹氩表中，按冶炼工艺规程设置额定出钢量下对冶炼特定牌号钢种需执行的吹氩压力、吹氩流量、各吹氩压力流量所对应的吹氩持续时间；

所述包龄修正表存储在不同钢包使用次数下，对吹氩表中吹氩压力设定值的修正值和对吹氩流量设定值的修正值。

按上述方案，所述步骤2）中确定最终的执行吹氩表还包括依据实际出钢重量、出钢温度、钢水成分检化验结果对钢种吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、持续吹氩时间做局部微调的步骤。

按上述方案，所述步骤3）中，所述出钢时钟在转炉向炉后方向倾动的角度大于80度后自动清零并重新开始计时；所述出钢时钟在钢包调离钢包车后停止计时。

按上述方案，所述步骤3）中当出钢时钟启动计时时，氩气切断阀自动打开，启动吹氩压力和吹氩流量自动调节；当实际出钢时钟大于执行吹氩表中的切换时机点时，切换到执行吹氩表中对应的吹氩压力设定值和吹氩流量设定值；当出钢时钟停止计时时，氩气切断阀自动关闭，停止吹氩压力和吹氩流量的自动调节。

本发明产生的有益效果是：

1.通过工艺工程师设置钢种吹氩表中吹氩数据的方式明确确定针对每一个特定钢种的所需吹氩压力、吹氩流量、各吹氩压力和流量下的持续吹氩时间，以克服操作工个人操作经验差异，规范钢包底吹氩操作。

2.通过选择钢种吹氩表、实际包龄修正、微调确认等少量鼠标键盘操作即可实现转炉钢包底吹氩设备的全自动控制，大大减轻操作工劳动强度，提高生产效率，有效保证吹氩搅拌效果，提高出钢质量。

3.本发明的实现过程全部通过软件控制实现，不增加现有转炉钢包底吹氩控制系统的硬件设备，且算法实现过程相对简单，可在PLC中实现，无需昂贵的二级过程计算机系统。

4.利用简单的增减表单数据列和数据行的方法即可实现不同规模大小、不同复杂程度的转炉钢包底吹氩系统的自动控制，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为本发明一种转炉钢包底吹氩自动控制方法的流程图。

图2为现有常规的转炉钢包底吹氩工艺系统流程图。

图3为本发明一种转炉钢包底吹氩自动控制方法的钢种吹氩表示意图。

图4为本发明一种转炉钢包底吹氩自动控制方法的包龄修正表示意图。

图5为本发明一种转炉钢包底吹氩自动控制方法的执行吹氩表示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的具体实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

图1为本发明一种转炉钢包底吹氩自动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：建立钢种吹氩表库和包龄修正表；

第2步：依据冶炼钢种牌号选择特定钢种吹氩表，依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得压力修正值和流量修正值，并自动生成执行吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、切换时机等信息；

第3步：依据执行吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、切换时机并结合出钢时钟，控制氩气切断阀的自动开关，吹氩压力调节阀和吹氩流量调节阀的自动调节。

第4步：重复执行步骤2和步骤3，可完成多炉钢水的钢包底吹氩自动控制任务。

下面以附图2所示的转炉钢包底吹氩系统为例，并结合附图3~5详细介绍本发明的具体实施过程。

第1步：建立钢种吹氩表库和包龄修正表,具体包括如下步骤：

第1.1步：建立钢种吹氩表库，即一组钢种吹氩表单的集合，吹氩表库中钢种吹氩表的个数为可能冶炼的钢种牌号的总数。在每张钢种吹氩表中，由工艺工程师按冶炼特定钢种的工艺规程设置转炉在额定出钢量下，使用新钢包时需要执行不同吹氩压力和吹氩流量的步数，以及每个吹氩步中需使用的吹氩压力、吹氩流量、本吹氩步需持续的时间。其中所使用的吹氩步数不能由操作工修改。附图3给出了一个钢种吹氩表的示例，在该钢种吹氩表中，共需要执行5个吹氩操作步，其中最后一个吹氩操作步的持续时间为9999S，表示不限制该步的吹氩持续时间，直到钢包吊离，结束吹氩前都执行该吹氩步所设置吹氩压力和吹氩流量。

第1.2步：建立包龄修正表，存储不同钢包包龄（即钢包使用次数）下，对吹氩压力设定值的修正值和对吹氩流量设定值的修正值。通常情况下，随着钢包使用次数的增加，由于受沉积在钢包底部钢渣的影响，多孔透气砖的透气性会变差，要达到对钢水相同的氩气搅拌效果，旧钢包所使用吹氩压力和吹氩流量均需大于新钢包所需的吹氩压力和吹氩流量。而一个全新钢包耐材的使用寿命大约为50个炉次，因此按每5个炉次为一组，共设置10个分组的离散化处理方式设置修正值，分别在包龄修正表中存储不同钢包包龄对应的压力修正值和流量修正值，包龄越长，其压力修正值和流量修正值则越大。特别得，包龄为0的钢包即为全新钢包，其吹氩压力修正值和吹氩流量修正值均为0，即无需修正。包龄修正表中的各修正值参数由工艺工程师设置，操作工无修改权限。附图4给出了一个包龄修正表的示例。

钢种吹氩表库和包龄修正表在PLC中均以二维数组的形式存储。

第2步：依据冶炼钢种牌号选择特定钢种吹氩表，依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得压力修正值和流量修正值，并自动生成执行吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、切换时机等信息，具体包括如下步骤：

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吹氩表库中选择对应钢种的钢种吹氩表，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)对钢种吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、持续吹氩时间做局部微调。当然若无修改的必要，也可对钢种吹氩表中的压力设定数据、流量设定数据、持续时间数据不做任何调整。

第2.2步：依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得吹氩压力修正值和吹氩流量修正值，钢包实际包龄可以由操作工手动输入，也可以由二级计算机计算并通过通讯的方式下发给钢包底吹氩PLC。对于如图4所示的包龄修正表，若钢包的实际包龄为23个炉次，则由此表可知压力修正值为ΔP=0.10Mpa，流量修正值为

ΔF=15Nl/min。

第2.3步：由钢种吹氩表和包龄修正表中获得的压力修正值、流量修正值，自动计算生成执行吹氩表中的设定吹氩压力、设定吹氩流量、切换时机等信息，其中执行吹氩表中的各信息按如下原则计算或确定：

执行吹氩表中第i步的吹氩压力设定值P _{i_sp} 为钢种吹氩表中第i步的压力设定值P _{i_ref} 加上依据钢包包龄所确定的压力修正值ΔP，即

执行吹氩表中第i步的吹氩流量设定值F _{i_sp} 为钢种吹氩表中第i步的流量设定值F _{i_ref} 加上依据钢包包龄所确定的流量修正值ΔF，即

执行吹氩表中第i步的切换时机T _{i_switch} 为执行吹氩表中第i-1步的切换时机T _{(i-1)_switch} 加上钢种吹氩表中第i-1步的吹氩持续时间T _{(i-1)_blow} ，即

特别的，对执行吹氩表中的第一个吹氩步，其切换时机总是0S，即启动钢包吹氩时，就执行该第一吹氩步。

针对本实施例，由附图3所示的钢包吹氩表和由附图4所示的包龄修正表，当实际包龄为23个炉次时，自动生成的执行吹氩表如附图5所示。

执行吹氩表在PLC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。执行吹氩表将吹氩设定压力、吹氩设定流量与切换压力流量的时机关联起来。

第3步：依据执行吹氩表中生成的吹氩压力、吹氩流量、切换时机并结合出钢时钟，控制氩气切断阀的自动开关，吹氩压力调节阀和吹氩流量调节阀的自动调节，具体包括如下步骤：

第3.1步:当出钢时钟启动计时时，氩气切断阀7自动打开，启动吹氩压力和吹氩流量自动调节：即将压力调节回路的控制模式设置为自动模式，其压力设定值取执行吹氩表第1行的压力设定值，压力检测值来自于第一氩气压力变送器3的检测值，压力设定值和压力检测值的偏差在压力控制器中做PID比例积分微分运算后，由压力控制器的输出直接控制压力调节阀2的开度；流量调节回路的控制模式设置为自动模式，其流量设定值取执行吹氩表第1行的流量设定值，流量检测值来自于氩气流量计4的检测值，流量设定值和流量检测值的偏差在流量控制器中做PID比例积分微分运算后，由流量控制器的输出直接控制流量调节阀5的开度。对于附图5所示的执行吹氩表，启动吹氩时的压力设定值为0.7Mpa，流量设定值为95.0Nl/min。

第3.2步:当实际出钢时钟大于执行吹氩表中的切换时机时，按执行吹氩表中的设定吹氩压力和设定吹氩流量分别重新设置压力调节回路的压力设定值和流量调节回路的流量设定值。对于附图5所示的执行吹氩表，当出钢时钟大于180s时，将吹氩压力设定值设置为0.9Mpa，吹氩流量设定值设置为105.0Nl/min；当出钢时钟大于240s时，将吹氩压力设定值设置为1.1Mpa，吹氩流量设定值设置为145.0Nl/min；当出钢时钟大于360s时，将吹氩压力设定值设置为0.9Mpa，吹氩流量设定值设置为115.0Nl/min；当出钢时钟大于420s时，将吹氩压力设定值设置为0.7Mpa，吹氩流量设定值设置为85.0Nl/min。

第3.3步：当出钢时钟停止计时时，氩气切断阀7自动关闭，停止吹氩压力和流量自动调节：即将压力调节回路的控制模式设置为手动模式，其压力设定值设置为0Mpa，压力调节阀2的开度被强制为0%（全关）；将流量调节回路的控制模式设置为手动模式，其流量设定值设置为0.0Nl/min，流量调节阀5的开度被强制为0%（全关）。

在按步骤3执行自动钢包底吹氩的过程中，需使用出钢时钟判断吹氩压力和吹氩流量的切换时机。所述出钢时钟在转炉向向炉后方向的倾动角度大于80度后自动清零并重新启动计时，更新速率为1秒（即每隔1秒钟自动加1）；出钢时钟在钢包8由天车调离钢包车9后停止计时。其中转炉倾动角度可由倾动机构的旋转编码器检测，钢包调离钢包车可由钢包车上的座罐接近开关检测。

按所述步骤2和步骤3的执行一次，即完成一炉钢水的钢包底吹氩自动控制任务，重复执行步骤2和步骤3即可完成多炉钢水的钢包底吹氩自动控制任务。

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 (4)

1.一种炼钢转炉钢包底吹氩自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）建立数据库用于存储钢种吹氩表和包龄修正表；

2）根据冶炼钢种牌号查询钢种吹氩表数据库获取对应吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量和切换时机信息；依据钢包实际包龄从包龄修正表中获得压力修正值和流量修正值，对吹氩压力和吹氩流量进行修正；获得包括最终的吹氩压力设定值、吹氩流量设定值和切换时机信息的执行吹氩表；所述切换时机信息由钢包吹氩表中的吹氩持续时间换算得到；

3）依据执行吹氩表中的吹氩压力设定值、吹氩流量设定值、切换时机并结合出钢时钟，控制氩气切断阀的自动开关，吹氩压力调节阀和吹氩流量调节阀的调节；

4）重复执行步骤2和步骤3即可完成多炉钢水的钢包底吹氩自动控制任务；

所述步骤1）中：

所述钢种吹氩表数据库，是一组钢种吹氩表的集合，其中所包含的钢种吹氩表的个数为可能冶炼的钢种牌号总数；在每张钢种吹氩表中，按冶炼工艺规程设置额定出钢量下对冶炼特定牌号钢种需执行的吹氩压力、吹氩流量、各吹氩压力流量所对应的吹氩持续时间；

所述包龄修正表存储在不同钢包使用次数下，对吹氩表中吹氩压力设定值的修正值和对吹氩流量设定值的修正值。

2.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，所述步骤2）中确定最终的执行吹氩表还包括依据实际出钢重量、出钢温度、钢水成分检化验结果对钢种吹氩表中的吹氩压力、吹氩流量、持续吹氩时间做局部微调的步骤。

3.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述出钢时钟在转炉向炉后方向倾动的角度大于80度后自动清零并重新开始计时；所述出钢时钟在钢包调离钢包车后停止计时。

4.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，所述步骤3）中当出钢时钟启动计时时，氩气切断阀自动打开，启动吹氩压力和吹氩流量自动调节；当实际出钢时钟大于执行吹氩表中的切换时机点时，切换到执行吹氩表中对应的吹氩压力设定值和吹氩流量设定值；当出钢时钟停止计时时，氩气切断阀自动关闭，停止吹氩压力和吹氩流量的自动调节。