CN107937658A - 一种转炉冶炼自动智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明控制系统技术领域，尤其涉及一种转炉冶炼自动智能控制系统。一种转炉冶炼自动智能控制系统，其特征在于：包括以下模块，转炉静态温度计算模型模块，转炉造渣料量和温度模型的匹配计算模块，转炉造渣料料种和成分参数的设置模块，过程降温料计算、设置模块，过程后补救窜枪化渣模块、过程后升温、拉碳计算、判断提枪时机模块，过程温度、碳含量实时预测模块，补吹阶段炉内碳含量、实时温度预测动态模型模块，底吹系统监控模块和转炉吹炼重要参数实时预警模块。本发明降低了职工操作强度，且丰富了转炉操作的趣味性，标志着板材炼钢厂转炉自动化炼钢工艺达到了新高度、体现出炼钢厂转炉操作综合管理水平达到了新层次。

Description

一种转炉冶炼自动智能控制系统
技术领域
本发明控制系统技术领域，尤其涉及一种转炉冶炼自动智能控制系统。
背景技术
传统的自动化炼钢存在以下问题：
1）由于温度模型、枪位模型的限制，对铁水、废钢、造渣料等原材料稳定性标准要求较高，目前无法彻底解决这些外部条件。
2）氧枪操作依赖事先设定的固定模型控制，冶炼过程不能随炉内实时渣况变化进行自适应调整，存在不适应炉内阶段反应特点的实际情况，在过程化渣效果上具有较大的不确定性，溢渣、返干机率较高。
3）过程测试后拉碳阶段氧枪不能灵活调整，直接降低枪位拉碳，导致过程后化渣效果无法得到补救，终点化渣效果较差。
4）过程测试后升温去碳速率与当时炉内碳温相关联，存在较大的不确定性，传统自动化炼钢系统升温去碳参数单一、与转炉实际反应不匹配，碳、温命中率变数较大。
5）过程实时熔池碳含量、熔池温度无预报，增加前期温度控制难度，过程碳温协调。
6）造渣料加入种类比较固定，当石灰石和活性灰同时加入时无法计算或仅能设置常数，无法事先准确根据静态温度模型动态计算两者合理加入量。
7）过程重要参数运行异常时没有提示和报警，重要参数容易失控。
8）转炉自动化炼钢程序多为国内第三方软件公司软件专业工程师开发，后续维护、调整比较麻烦，影响实际使用效果。
以上几个问题是限制转炉自动化炼钢智能控制的瓶颈问题，业内同类系统均未能有效解决。一些钢厂为稳定使用自动化炼钢，对原材料进行重点监控，采用精料方针来弥补，但相应管理成本提高；国内外相似系统对其它存在问题仍然未能有效解决，限制了转炉自动化炼钢的进展。
而我厂自转炉自动化改造以来，同期投入转炉二级系统，具备开发自动化炼钢的硬件条件；2014年起，我厂成立自动化炼钢攻关团队，尝试对原有二级系统进行改造性修复，对自动化炼钢功能进行恢复，至2014年底，原有二级系统已经初步具备自动化炼钢条件，氧枪、加料、副枪等系统实现自动控制，但由于攻关组不掌握源代码，该系统依然存在上述问题，且部分功能不稳定。
2015年起，攻关组继续在原有二级基础上，尝试引入转炉声呐化渣信号来解决氧枪固定枪位的问题，并取得实质性进展，初步实现声呐信号与氧枪枪位控制联动运行，提升了氧枪控制的智能程度，但由于算法不够完善，氧枪控制始终不够完美。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供的一种操作标准化、可降低劳动强度的。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种转炉冶炼自动智能控制系统，其特征在于：包括以下模块，转炉静态温度计算模型模块，转炉造渣料量和温度模型的匹配计算模块，转炉造渣料料种和成分参数的设置模块，转炉自动、手动加料步骤、料批、料量动态调整模块，氧枪枪位固定模式、动态模式等动态调整模块，氧气流量固定模式、动态模式等动态调整模块，副枪测试固定模式、动态模式调整模块，过程降温料计算、设置模块，过程后补救窜枪化渣模块、过程后升温、拉碳计算、判断提枪时机模块，过程温度、碳含量实时预测模块，补吹阶段炉内碳含量、实时温度预测动态模型模块，底吹系统监控模块和转炉吹炼重要参数实时预警模块。
本发明的有益效果是：本发明该系统创新性地解决了氧枪动态控制和动态拉碳等相关行业难题，实现了氧枪、加料、副枪等系统的科学、联动配合，在转炉各个参数控制方面效果理想，转炉操作智能化、标准化程度大大提高，各项指标也有大幅度改善。
转炉自动化炼钢智能控制系统使转炉冶炼操作实现了从”人为操控“到”智能控制“质的飞跃，弥补了操作工过程判断的随机性，提高了转炉终点碳温命中率和标准化程度，降低了职工操作强度，且丰富了转炉操作的趣味性，标志着板材炼钢厂转炉自动化炼钢工艺达到了新高度、体现出炼钢厂转炉操作综合管理水平达到了新层次。
附图说明
图1为使用本发明系统转炉和未使用本发明系统转炉普通钢脱磷率对比图。
图2为使用本发明系统转炉和未使用本发明系统转炉普通钢脱磷率对比图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例进行详细描述。
一种转炉冶炼自动智能控制系统，其特征在于：包括以下模块，转炉静态温度计算模型模块，转炉造渣料量和温度模型的匹配计算模块，转炉造渣料料种和成分参数的设置模块，转炉自动、手动加料步骤、料批、料量动态调整模块，氧枪枪位固定模式、动态模式等动态调整模块，氧气流量固定模式、动态模式等动态调整模块，副枪测试固定模式、动态模式调整模块，过程降温料计算、设置模块，过程后补救窜枪化渣模块、过程后升温、拉碳计算、判断提枪时机模块，过程温度、碳含量实时预测模块，补吹阶段炉内碳含量、实时温度预测动态模型模块，底吹系统监控模块和转炉吹炼重要参数实时预警模块。
本系统创新性地实现对吹炼过程氧枪位置的动态调整，使之动态适应炉内渣况的变化，降低因枪位不当造成的溢渣和返干的机率；副枪自动连接和测试；过程根据温度情况自动生成降温料批；过程测试后根据测试结果和设定目标自适应拉碳；过程测试后需要降温的自动降温；达到目标温度和碳含量自动提枪、结束吹炼；操作工过程无须“人工干预”，完全自动化炼钢。
转炉自动化炼钢智能控制系统使转炉冶炼操作实现了从”人为操控“到”智能控制“质的飞跃，弥补了操作工过程判断的随机性，提高了转炉终点碳温命中率和标准化程度，降低了职工操作强度，且丰富了转炉操作的趣味性，标志着板材炼钢厂转炉自动化炼钢工艺达到了新高度、体现出炼钢厂转炉操作综合管理水平达到了新层次。
本发明操作标准化程度的提高，转炉终点碳温命中率得到有效提高，大大降低了异常炉次的出现，提高了炉况维护水平，从而降低散装料消耗和钢铁料消耗；随着碳温命中率的提高，部分钢种用于测试的副枪偶头可以进一步节省，降低冶炼成本。
本发明系统主要有以下优点：
1）系统直接与一级操作系统PLC通讯，属独立运行，与其它现场已有的操作管理系统（如二级、三级等）不存在数据通讯冲突，也不受其它系统运行的影响。
如果现场已经有转炉二级系统，且系统也同时向PLC发送数据；则由于该控制系统的数据实时发送，可直接冲抵原二级向PLC发送的数据，使其失效。
2）系统完全由本钢炼钢厂转炉工程技术人员主导自主开发，未借助任何国内第三方专业软件机构，参数设置、算式算法更贴近现场实际。
3）系统在业内首次采用转炉声呐化渣信号作为氧枪动枪的理论数据支持，形成独特功能的基于声呐信号的氧枪自动化控制系统，对原材料条件不再“挑剔”，冶炼过程反应更稳定。
4）新的声呐控枪程序不破坏原有二级系统架构和计算功能，仅在原有的氧枪枪位模型设置模块进行深度开发。在吹炼过程中，二级系统根据声呐化渣系统送出的信号强弱进行公式和规则转换，再反馈下发至一级PLC系统，从而实现实时自动更新枪步表单。一级PLC在计算机模式下会自动按照枪步表单步骤执行，从而做到氧枪自动控制；即氧枪动枪模式由声呐反馈自动调整替换原来的根据吹氧节点对应的固定氧枪枪位模型，无须事先人工干预和频繁修改固定氧枪模型。
5）该系统保持一级氧枪PLC控制逻辑不变，保留现有二级基于吹氧模式的氧枪控制方式作为备选；实现操作工对转炉吹炼期间的氧枪控制可随时在一级HMI切换为半自动或手动模式；在声呐设备和PLC通讯接口方面具备实施条件和环境。该系统实现后，极大完善了传统二级自动化炼钢模式下的氧枪操作方式，实现自动控制，减少吹炼过程的人为操作干预；可以有效降低喷溅率，尤其是降低吹炼终点磷高机率，增强操作工使用体验和信心，具备较强的实用性。
6）系统首次集成了冶炼过程重要工艺参数报警模块，当转炉冶炼重要过程参数发生变化时，系统及时声光提示并纠正。
效益计算：
1、降低异常炉次、提高碳温命中率，相当于降低终点氧水平
每炉降低终点O约50ppm，节省脱氧铝粒10kg、130元，吨钢降低成本0.743元，全年降低成本0.743*960万=713.28万元。
2、减少探头使用，节省副枪偶头使用成本
部分钢种可以实现终点不测试，节省副枪偶头使用，每炉可降低测试探头成本130元，吨钢降低成本0.743元，全年降低成本0.743×960万×0.4（不测比例）=285.31万元。
合计节省成本：713.28+285.31=998.60万元。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种转炉冶炼自动智能控制系统，其特征在于：包括以下模块，转炉静态温度计算模型模块，转炉造渣料量和温度模型的匹配计算模块，转炉造渣料料种和成分参数的设置模块，转炉自动、手动加料步骤、料批、料量动态调整模块，氧枪枪位固定模式、动态模式等动态调整模块，氧气流量固定模式、动态模式等动态调整模块，副枪测试固定模式、动态模式调整模块，过程降温料计算、设置模块，过程后补救窜枪化渣模块、过程后升温、拉碳计算、判断提枪时机模块，过程温度、碳含量实时预测模块，补吹阶段炉内碳含量、实时温度预测动态模型模块，底吹系统监控模块和转炉吹炼重要参数实时预警模块。
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