CN110358888A - 基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置，所述控制装置包括L2参考炉次分组定义存储模块、L2炉次状态判定模块、L2数据收集模块、L2炉次组别判定模块、L2参考炉次数据提取模块、L2模型计算模块、L2生产控制模块、L1‑L2通信模块、L1转炉生产控制模块以及参考炉次数据存储模块；其中L1为基础自动化控制系统，通过PLC程序控制设备的运行；L2为指转炉过程控制系统，用于生产的过程控制；该方案实现转炉模型在计算过程中，按目标磷(P)、目标碳(C)以及炉次目标渣量的不同进行分组，并按照分组进行控制，提高转炉终点碳和温度的命中率。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制装置，具体涉及基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置，属于转炉冶炼技术领域。
背景技术
转炉静态模型主要是根据初始铁水的成分、温度等属性以及加入的废钢量和钢水目标成分、温度等，计算本炉次需要加入的辅料、总吹氧量、矿石等，作为转炉炼钢自动的依据。在冶炼过程中，不同钢种的升温系数、脱碳系数差异存在差异，导致终点的命中率无法得到较大的提高。传统的根据碳含量分组的方式是基于碱度计算渣量的前提，无法适应磷、渣中氧化镁的变化。目前基于渣碱度计算的转炉模型仍可以采用终点碳的分组方式，但随着控制模型引入磷平衡计算的方法，这一钢种分组方式无法满足。磷平衡计算的引入更好地适应了铁水和钢种磷的变化，目前已成为控制模型的主流(新日铁2005年、霍戈文等)，配套的钢种分组亦发生了很大的变化，不再单靠钢种终点碳含量进行分组，同时产生不同的钢种组别的计算模型也差异很大。如何对参考炉次根据钢种以及铁水情况进行合理分组，以适应铁水和钢种磷的变化，提高转炉终点碳和温度的命中率，对转炉炼钢具有重要的意义。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置，该方案实现转炉模型在计算过程中，按目标磷(P)、目标碳(C)以及炉次目标渣量的不同进行分组，并按照分组进行控制，提高转炉终点碳和温度的命中率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置，其特征在于，所述控制装置包括L2参考炉次分组定义存储模块、L2炉次状态判定模块、L2数据收集模块、L2炉次组别判定模块、L2参考炉次数据提取模块、L2模型计算模块、L2生产控制模块、L1-L2通信模块、L1转炉生产控制模块以及参考炉次数据存储模块；其中L1为基础自动化控制系统，通过PLC程序控制设备的运行；L2为指转炉过程控制系统，用于生产的过程控制；所述L2参考炉次分组定义存储模块：用于定义参考炉次分组的方式；所述L2炉次状态判定模块：用于判定转炉当前的生产状态；所述L2数据收集模块：用于收集炉次生产的相关数据；所述L2炉次组别判定模块：用于根据目标成分、目标渣量判定炉次的组别；所述L2参考炉次数据提取模块：用于提取相同组别的历史炉次的数据作为本炉次模型计算的参考炉次，供L2模型计算模块计算使用，包括静态模型和动态模型的参考炉次；所述L2模型计算模块：用于炉次的模型计算，包括静态控制模型和动态控制模型；所述L2生产控制模块：用于L2的生产控制；所述L1-L2通信模块：用于L1、L2的通信；所述L1转炉生产控制模块：用于L1的生产控制；所述参考炉次数据存储模块：用于炉次结束后，收集并整理相关数据，作为后续炉次的参考炉次，并将数据存储在数据库中。
作为本发明的一种改进，所述控制方法如下：
(1)L2参考炉次分组定义存储模块定义参考炉次分组标准，并存储在L2数据库相关表中；
(2)转炉炉次开始后，L2炉次状态判定模块判断当前的炉次状态，根据不同的状态进行炉次组别判断、相应模型计算以及参考炉次数据收集整理并存入数据库；如果炉次状态符合静态模型计算的条件，转步骤(3)；如果炉次状态符合动态模型计算的条件，转步骤(5)；如果炉次结束状态，转步骤(10)；否则等待下一个炉次状态；
(3)L2参考炉次数据提取模块提取L2静态模型进行计算的参考炉次数据；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的若干炉次(10炉左右)数据，作为L2静态模型进行计算的参考炉次数据；
(4)L2模型计算模块启动L2静态模型进行计算，转步骤(7)；
静态模型计算的物理量和顺序如下：
①根据静态模型的相关算法计算炉次需要的吹氧量；
②根据静态模型的相关算法计算炉次需要加入的冷却剂(铁矿石、污泥球等)量；
③根据静态模型的相关算法计算炉次需要加入的辅料(生石灰、镁球、轻烧白云石等)量；
④生成辅料的加料单，包括每一批次加入各种辅料的量和加入时刻(即该批辅料加入时的吹氧量)；
(5)L2参考炉次数据提取模块提取L2动态模型进行计算的参考炉次数据；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的若干炉次(10炉左右)数据，作为L2动态模型进行计算的参考炉次数据；
(6)L2模型计算模块启动L2动态模型进行计算，转步骤(7)；
动态模型计算的物理量和顺序如下：
①根据动态模型的相关算法计算炉次还需要的吹氧量；
②根据动态模型的相关算法计算炉次还需要加入的冷却剂(铁矿石、污泥球等)量；
③根据动态模型的相关算法计算炉次还需要加入的辅料(生石灰、镁球、轻烧白云石等)量；
④根据动态模型的相关算法计算炉次当前的钢水温度、碳含量；
⑤根据动态模型的相关算法，判断炉次当前的钢水温度、碳含量是否符合出钢条件，如符合出钢条件，则进行出钢操作；否则等待Δt(动态模型循环计算的周期，一般5-10秒钟)，转⑤；
(7)L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
包括辅料称量、加入、副枪测量等指令。
(8)L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
(9)L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；转步骤(2)；(10)参考炉次数据存储模块收集本炉次的相关数据，并进行整理，如果数据没有缺项或超出误差(如铁水重量为0或超出正常范围)，将数据按照一定格式和相应的组别，作为参考炉次存储在参考炉次数据存储模块对应的数据库表中；
参考炉次的数据为本炉次的相关数据，包括铁水信息：铁水重量、温度成分；废钢信息：加入各种废钢的重量；辅料信息：加入的辅料批次及该批次各种辅料的重量；冷却剂信息：加入各种冷却剂的重量；吹氧信息：吹氧量；成分信息：钢水的过程样的成分信息和终点样的成分信息；模型计算信息：静态模型计算的结果数据、动态模型计算的结果数据。
(11)结束。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量即按照钢水目标成分、温度等要求，达到目标要求生产所产生的总渣量的含量进行分组，具体如下：
①分组规则定义；
L2参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量，分为三位定义，分别对应目标成分的目标磷、目标碳、分配的目标渣量，每一个目标元素划分为3个组，用3为整形数值表示，定义模式如下：
②分组参数定义数据存储；
在L2数据库中建立表格，存储分组的相关的参数，并提供相应的维护画面，工艺工程师可以根据工艺要求进行维护，如下表所示。
③根据目标成分、目标渣量分组；
目标成分分组，主要根据目标磷、目标碳进行分组；
对第一位赋值；
当PAim>PValue1时，第一位赋值为1；
当PAim≥PValue2且PAim≤PValue1时，第一位赋值为2；
当PAim<PValue2时，第一位赋值为3；
其中，PAim为钢种目标磷含量，单位为％，。
对第二位赋值；
当CAim>CValue1时，第一位赋值为1；
当CAim≥CValue2且CAim≤CValue1时，第一位赋值为2；
当CAim≤CValue2时，第一位赋值为3；
其中，CAim为钢种目标碳含量，单位为％。
对第三位赋值；
当WSlag_1>SValue1时，渣量组别号为1；
当WSlag_1≥SValue2且WSlag_1≤SValue1时，渣量组别号为2；
当WSlag_1<SValue2时，渣量组别号为3。
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中的炉次组别判断具体如下，
炉次状态如果符合炉次组别判断的条件，则进行炉次组别判断，执行如下步骤，否则转步骤②。
L2数据收集模块收集相关的生产过程数据；
根据铁水初始成分、重量以及钢水的目标成分，利用碱度或磷分配比的方法计算炉次目标渣量(各个厂家计算大同小异，基本都采取这两种方法)；
L2炉次组别判定模块根据L2参考炉次分组定义存储模块以及炉次目标渣量，判断炉次的组别；
转步骤(2)
①启动静态模型进行计算；
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算，转步骤(3)；
②启动动态模型进行计算；
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算，转步骤(5)；
③炉次结束；
参考炉次数据收集整理并存入数据库，转步骤(10)。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)本发明技术方案简单，使用方便，通过该方法，能够对炉次进行科学的分组，提高转炉模型的终点命中率；2)提高炉次的终点命中：由于采用分组技术，模型计算采用的参考炉次更接近当前炉次的实际情况，根据再现原理，炉次的终点命中显著提高。根据梅钢生产的历史炉次统计，终点温度命中率由原来的87％提高到目前的91％，终点碳命中率由原来的90％提高到目前的93％，碳、温度双命中由原来的76％调高到目前的83％；3)降低炉次的平均石灰消耗：根据梅钢生产的历史炉次统计，炉次的平均石灰消耗降低3.5％左右；4)降低炉次的补吹率：根据梅钢生产的历史炉次统计，炉次补吹率降低5％左右；5)降低炉次过氧化率：根据梅钢生产的历史炉次统计，炉次过氧化率降低1.5％左右；6)该技术方案参考炉次采用分组技术，模型计算采用的参考炉次更接近当前炉次的实际情况，根据再现原理，必将提高冶炼指标；参考炉次分组技术引入了根据目标渣量的概念，细化了分组的粒度；参考炉次分组技术与生产控制进行了紧密的结合，提升了控制的智能化水平。
附图说明
图1各模块及其逻辑关系示意图；
图2本发明控制流程图；
图中：L2参考炉次分组定义存储模块；L2炉次状态判定模块；L2数据收集模块；L2炉次组别判定模块；L2参考炉次数据提取模块；L2模型计算模块；L2生产控制模块；L1-L2通信模块；L1转炉生产控制模块；参考炉次数据存储模块。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本发明做详细的说明。
实施例1：
以转炉5071212炉为例。
(1)L2参考炉次分组定义存储模块定义参考炉次分组标准，并存储在L2数据库相关表中。
①分组规则定义
L2参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量，分为三位定义定义模式如下：
②分组参数定义数据存储
在L2数据库中建立表格，存储分组的相关的参数，并提供相应的维护换面，工艺工程师可以根据工艺要求进行维护。如下表所示。
③炉次状态如果符合炉次组别判断的条件，则进行炉次组别判断。
目标成分分组，主要根据目标磷、目标碳进行分组。
对第一位赋值
当PAim>PValue1时，第一位赋值为1；
当PAim≥PValue2且PAim≤PValue1时，第一位赋值为2；
当PAim<PValue2时，第一位赋值为3；
其中，PAim为钢种目标磷含量，单位为％。
对第二位赋值
当CAim>CValue1时，第一位赋值为1；
当CAim≥CValue2且CAim≤CValue1时，第一位赋值为2；
当CAim≤CValue2时，第一位赋值为3；
其中，CAim为钢种目标碳含量，单位为％。
对第三位赋值
当WSlag_1>SValue1时，渣量组别号为1；
当WSlag_1≥SValue2且WSlag_1≤SValue1时，渣量组别号为2；
当WSlag_1<SValue2时，渣量组别号为3；
(2)转炉炉次开始后，L2炉次状态判定模块判断当前的炉次状态，根据不同的状态进行炉次组别判断、相应模型计算以及参考炉次数据收集整理并存入数据库。
①炉次组别判断
该炉次根据目标磷、目标碳进行分组，该炉次所属的组别为132；
②启动静态模型进行计算
炉次状态符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算；
(3)L2参考炉次数据提取模块提取L2静态模型进行计算的参考炉次数据
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的10炉的炉次数据；L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；
③启动动态模型进行计算
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的10炉的炉次数据；L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；
(4)炉次结束，参考炉次数据存储模块收集本炉次的相关数据，并进行整理，如果数据没有缺项或超出误差(如铁水重量为0或超出正常范围)，将数据按照一定格式和相应的组别，作为参考炉次存储在参考炉次数据存储模块对应的数据库表中；
(5)结束。
实施例2：
以转炉4072412炉为例。
(1)L2参考炉次分组定义存储模块定义参考炉次分组标准，并存储在L2数据库相关表中。
①分组规则定义
L2参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量，分为三位定义定义模式如下：
②分组参数定义数据存储
在L2数据库中建立表格，存储分组的相关的参数，并提供相应的维护换面，工艺工程师可以根据工艺要求进行维护。如下表所示。
③炉次状态如果符合炉次组别判断的条件，则进行炉次组别判断。
目标成分分组，主要根据目标磷、目标碳进行分组。
对第一位赋值
当PAim>PValue1时，第一位赋值为1；
当PAim≥PValue2且PAim≤PValue1时，第一位赋值为2；
当PAim<PValue2时，第一位赋值为3；
其中，PAim为钢种目标磷含量，单位为％。
对第二位赋值
当CAim>CValue1时，第一位赋值为1；
当CAim≥CValue2且CAim≤CValue1时，第一位赋值为2；
当CAim≤CValue2时，第一位赋值为3；
其中，CAim为钢种目标碳含量，单位为％。
对第三位赋值
当WSlag_1>SValue1时，渣量组别号为1；
当WSlag_1≥SValue2且WSlag_1≤SValue1时，渣量组别号为2；
当WSlag_1<SValue2时，渣量组别号为3；
(2)转炉炉次开始后，L2炉次状态判定模块判断当前的炉次状态，根据不同的状态进行炉次组别判断、相应模型计算以及参考炉次数据收集整理并存入数据库。
④炉次组别判断
该炉次根据目标磷、目标碳进行分组，该炉次所属的组别为312；
⑤启动静态模型进行计算
炉次状态符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算；
(3)L2参考炉次数据提取模块提取L2静态模型进行计算的参考炉次数据
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的10炉的炉次数据；L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；
⑥启动动态模型进行计算
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的10炉的炉次数据；L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；
(4)炉次结束，参考炉次数据存储模块收集本炉次的相关数据，并进行整理，如果数据没有缺项或超出误差(如铁水重量为0或超出正常范围)，将数据按照一定格式和相应的组别，作为参考炉次存储在参考炉次数据存储模块对应的数据库表中；
(5)结束。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于参考炉次分组的转炉冶炼控制装置，其特征在于，所述控制装置包括L2参考炉次分组定义存储模块、L2炉次状态判定模块、L2数据收集模块、L2炉次组别判定模块、L2参考炉次数据提取模块、L2模型计算模块、L2生产控制模块、L1-L2通信模块、L1转炉生产控制模块以及参考炉次数据存储模块；其中L1为基础自动化控制系统，通过PLC程序控制设备的运行；L2为指转炉过程控制系统，用于生产的过程控制；所述L2参考炉次分组定义存储模块：用于定义参考炉次分组的方式；所述L2炉次状态判定模块：用于判定转炉当前的生产状态；所述L2数据收集模块：用于收集炉次生产的相关数据；所述L2炉次组别判定模块：用于根据目标成分、目标渣量判定炉次的组别；所述L2参考炉次数据提取模块：用于提取相同组别的历史炉次的数据作为本炉次模型计算的参考炉次，供L2模型计算模块计算使用，包括静态模型和动态模型的参考炉次；所述L2模型计算模块：用于炉次的模型计算，包括静态控制模型和动态控制模型；所述L2生产控制模块：用于L2的生产控制；所述L1-L2通信模块：用于L1、L2的通信；所述L1转炉生产控制模块：用于L1的生产控制；所述参考炉次数据存储模块：用于炉次结束后，收集并整理相关数据，作为后续炉次的参考炉次，并将数据存储在数据库中。
2.一种基于参考炉次分组的转炉冶炼控制方法，其特征在于，所述控制方法如下：
(1)L2参考炉次分组定义存储模块定义参考炉次分组标准，并存储在L2数据库相关表中；
(2)转炉炉次开始后，L2炉次状态判定模块判断当前的炉次状态，根据不同的状态进行炉次组别判断、相应模型计算以及参考炉次数据收集整理并存入数据库；如果炉次状态符合静态模型计算的条件，转步骤(3)；如果炉次状态符合动态模型计算的条件，转步骤(5)；如果炉次结束状态，转步骤(10)；否则等待下一个炉次状态；
(3)L2参考炉次数据提取模块提取L2静态模型进行计算的参考炉次数据；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的若干炉次(10炉左右)数据，作为L2静态模型进行计算的参考炉次数据；
(4)L2模型计算模块启动L2静态模型进行计算，转步骤(7)；
(5)L2参考炉次数据提取模块提取L2动态模型进行计算的参考炉次数据；
从参考炉次数据存储模块中提取相同组别的离当前时间最近的若干炉次(10炉左右)数据，作为L2动态模型进行计算的参考炉次数据；
(6)L2模型计算模块启动L2动态模型进行计算，转步骤(7)；
动态模型计算的物理量和顺序如下：
①根据动态模型的相关算法计算炉次还需要的吹氧量；
②根据动态模型的相关算法计算炉次还需要加入的冷却剂量；
③根据动态模型的相关算法计算炉次还需要加入的辅料量；
④根据动态模型的相关算法计算炉次当前的钢水温度、碳含量；
⑤根据动态模型的相关算法，判断炉次当前的钢水温度、碳含量是否符合出钢条件，如符合出钢条件，则进行出钢操作；否则等待Δt，转⑤；
(7)L2生产控制模块根据L2模型计算模块计算的结果，生成L2生产控制指令；
包括辅料称量、加入、副枪测量等指令。
(8)L1-L2通信模块将L2生产控制指令下装到L1转炉生产控制模块；
(9)L1转炉生产控制模块根据L2生产控制指令，控制L1设备进行生产；转步骤(2)；
(10)参考炉次数据存储模块收集本炉次的相关数据，并进行整理，如果数据没有缺项或超出误差(如铁水重量为0或超出正常范围)，将数据按照一定格式和相应的组别，作为参考炉次存储在参考炉次数据存储模块对应的数据库表中；
参考炉次的数据为本炉次的相关数据，包括铁水信息：铁水重量、温度成分；废钢信息：加入各种废钢的重量；辅料信息：加入的辅料批次及该批次各种辅料的重量；冷却剂信息：加入各种冷却剂的重量；吹氧信息：吹氧量；成分信息：钢水的过程样的成分信息和终点样的成分信息；模型计算信息：静态模型计算的结果数据、动态模型计算的结果数据；
(11)结束。
3.根据权利要求1所述的基于参考炉次分组的转炉冶炼控制方法，其特征在于，所述步骤(1)参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量即按照钢水目标成分、温度等要求，达到目标要求生产所产生的总渣量的含量进行分组，具体如下：
①分组规则定义；
L2参考炉次分组，根据目标成分的磷、目标碳、目标渣量，分为三位定义，分别对应目标成分的目标磷、目标碳、分配的目标渣量，每一个目标元素划分为3个组，用3为整形数值表示，定义模式如下：
②分组参数定义数据存储；
在L2数据库中建立表格，存储分组的相关的参数，并提供相应的维护画面，工艺工程师可以根据工艺要求进行维护；如下表所示。
③根据目标成分、目标渣量分组；
目标成分分组，主要根据目标磷、目标碳进行分组；
对第一位赋值；
当PAim>PValue1时，第一位赋值为1；
当PAim≥PValue2且PAim≤PValue1时，第一位赋值为2；
当PAim<PValue2时，第一位赋值为3；
其中，PAim为钢种目标磷含量，单位为％，。
对第二位赋值；
当CAim>CValue1时，第一位赋值为1；
当CAim≥CValue2且CAim≤CValue1时，第一位赋值为2；
当CAim≤CValue2时，第一位赋值为3；
其中，CAim为钢种目标碳含量，单位为％。
对第三位赋值；
当WSlag_1>SValue1时，渣量组别号为1；
当WSlag_1≥SValue2且WSlag_1≤SValue1时，渣量组别号为2；
当WSlag_1<SValue2时，渣量组别号为3。
4.根据权利要求3所述的基于参考炉次分组的转炉冶炼控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的炉次组别判断具体如下，
炉次状态如果符合炉次组别判断的条件，则进行炉次组别判断，执行如下步骤，否则转步骤②；
L2数据收集模块收集相关的生产过程数据；
根据铁水初始成分、重量以及钢水的目标成分，利用碱度或磷分配比的方法计算炉次目标渣量；
L2炉次组别判定模块根据L2参考炉次分组定义存储模块以及炉次目标渣量，判断炉次的组别；
转步骤(2)
①启动静态模型进行计算；
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算，转步骤(3)；
②启动动态模型进行计算；
炉次状态如果符合静态模型启动的条件，则启动静态模型进行计算，转步骤(5)；
③炉次结束；
参考炉次数据收集整理并存入数据库，转步骤(10)。
5.根据权利要求3所述的基于参考炉次分组的转炉冶炼控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中静态模型计算的物理量和顺序如下：
①根据静态模型的相关算法计算炉次需要的吹氧量；
②根据静态模型的相关算法计算炉次需要加入的冷却剂量；
③根据静态模型的相关算法计算炉次需要加入的辅料量；
④生成辅料的加料单，包括每一批次加入各种辅料的量和加入时刻，即该批辅料加入时的吹氧量。
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