CN110643777A - 一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法及方法，采用吹炼时间基准与氧量基准双基准控制、副原料称量顺序表控制，实现转炉副原料称量全自动控制。本发明根据每炉钢的实际情况形成控制决策，自动制作出称量控制模式，并控制副原料称量机执行，改变了转炉副原料称量采用手动或半自动操作的传统方法；从而将副原料系统操作规范化、标准化、自动化，改善操作人员个体技术水平偏差，有利于提高转炉副原料系统操作的整体水平，稳定转炉生产。

Description

一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法

技术领域

本发明涉及副原料料仓自动称量控制技术，更具体地指一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法。

背景技术

副原料包括石灰石、轻烧白云石、铁矿石、镁球、发热剂、除泡剂等原料，是转炉冶炼中起到造渣、降温、溅渣护炉的调渣剂等作用，是转炉冶炼不可缺少的原材料，冶炼时需按成分批次往炉内投入副原料。目前，在各家钢铁生产企业的转炉冶炼副原料系统的一般有炉顶料仓10至15个，每3至4个炉顶料仓对应一个称量系统，国内各炼钢厂普遍采用料仓—称量给料机—称量斗—汇总斗—转炉的工艺流程实现转炉冶炼中的加料作业。副原料从炉顶料仓经电磁振动给料器振动落料至称量斗中，由称量机称量后放至中间料斗，转炉冶炼时按需求加入转炉中。

原有副原料投入系统，全自动控制方式对于整个冶炼过程最多可以设定六个批次，而且一旦处理开始不再接受模型新的计算数据，模型无法及时对工艺进行更新修正。由于配料自动控制的方案相对简单死板，配料过程无法合理优化，只有固定的三种配料方式。如果基于原有配料方案只是简单的对配料数量及批次数量进行扩充，将会产生大量电文，占据大量的系统资源，对投料系统的稳定性产生极大的影响。并且实际应用过程中发现，现有技术下的人工或半自动方式的称量方式存在以下缺陷：

1)对于同一钢种，不同操作工因个人经验不同在称量种类、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)每炉钢的需求不一致，人工或半自动难以应对不同需求的转炉冶炼副原料系统；

3)由于操作工还需兼顾氧枪、副枪的操作任务，工作劳动强度大；并且大水平不同，个体操作差异较大，导致了称量数据不准确，直接影响了后续生产的顺利进行。在冶炼过程中，操作工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氧枪、副枪的操作任务，工作劳动强度非常大。因操作多而繁杂而造成误称、误投的事故时有发生，严重影响钢种质量。

为了实现针对转炉冶炼的全自动投入控制，必须对批次控制进行重新规划，制定新的批次控制策略。需要一种新型的副原料称量方法，能快速有效地对转炉冶炼副原料系统的炉顶料仓进行称量，而且称量基准可控可靠，并能消除由于由于操作工人水平不同带来的个体差异。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述现有技术下的转炉冶炼副原料系统人工或半自动方式称量方式的缺陷问题，本发明提供了一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，采用吹炼时间基准与氧量基准双基准控制、副原料称量顺序表控制，实现转炉副原料称量全自动控制；系统根据每炉钢的实际情况形成控制决策，自动制作出称量控制模式，并控制副原料称量机执行，改变了转炉副原料称量采用手动或半自动操作的传统控制方法；从而将副原料系统操作规范化、标准化、自动化，改善操作人员个体技术水平偏差，有利于提高转炉副原料系统操作的整体水平，稳定转炉生产。

(二)技术方案

一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，包括以下步骤：

S1、L2依据钢种模型与受铁数据(或副枪测定数据)计算副原料称量数据，执行步骤S2；

S2、L2下发称量数据，判断称量数据是否需要修改，如果需要修改执行步骤S3，如果不需要修改执行步骤S4；

S3、操作工确认数据，修改称量数据，发送数据确认信号至L2，执行步骤S2；

S4、判断称量料斗是否满足条件，满足条件执行步骤S5，不满足条件执行步骤S3；

S5、起动本批次称量，等待达到设定称量氧量，执行步骤S6；

S6、判断称量设定重量是否大于0，如果大于0执行步骤S7，如果不大于0执行步骤S8；

S7、给料机起动，判断称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，如果称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，称量给料机停止，物料放至汇总斗，本批次完成称量物料数量加1，执行步骤S8；

S8、判断本批次的物料是否加入完成，如果完成执行步骤S9，如果没有完成执行步骤S6；

S9、等待吹炼氧量>预定氧量或时间到达，执行步骤S10；

S10、物料投入转炉，投料结束。

根据本发明的一实施例，所述步骤S1在L2上根据规则自动构筑各料仓投入PATTERN，包括各料仓副原料投入总量、F1(吹炼开始)投入量、吹炼过程中每次称量开始的时刻和副原料重量。

根据本发明的一实施例，所述步骤S1在同一批次中对应的称量系有多个物料需要备料，则根据料仓号的大小顺序进行备料，遵循料仓号小的先进行备料原则。

根据本发明的一实施例，所述步骤S4高位料仓物料设定重量不得大于对应称量料斗的称量上限；高位料仓物料设定重量如果不为零则不得小于振动给料器的有效误差；高位料仓物料设定体积不得大于对应称量料斗的容积上限；高位料仓物料设定重量总和不得大于所对应汇总料斗的称量上限；高位料仓物料设定体积总和不得大于所对应汇总料斗的容积上限；对于过程投料批次总氧量设定必须从小到大。

根据本发明的一实施例，所述步骤S7落差量＝(实际称量值–称量设定值)/2。

(三)有益效果

采用了本发明的技术方案，一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法及方法，采用吹炼时间基准与氧量基准双基准控制、副原料称量顺序表控制，实现转炉副原料称量全自动控制；系统根据每炉钢的实际情况形成控制决策，自动制作出称量控制模式，并控制副原料称量机执行，改变了转炉副原料称量采用手动或半自动操作的传统方法；从而将副原料系统操作规范化、标准化、自动化，改善操作人员个体技术水平偏差，有利于提高转炉副原料系统操作的整体水平，稳定转炉生产。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明方法流程图；

图2为转炉副原料料仓自动称量控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1，一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，包括以下步骤：

S1、L2依据钢种模型与受铁数据(或副枪测定数据)计算副原料称量数据，执行步骤S2；

S2、L2下发称量数据，判断称量数据是否需要修改，如果需要修改执行步骤S3，如果不需要修改执行步骤S4；

S3、操作工确认数据，修改称量数据，发送数据确认信号至L2，执行步骤S2；

S4、判断称量料斗是否满足条件，满足条件执行步骤S5，不满足条件执行步骤S3；

S5、起动本批次称量，等待达到设定称量氧量，执行步骤S6；

S6、判断称量设定重量是否大于0，如果大于0执行步骤S7，如果不大于0执行步骤S8；

S7、给料机起动，判断称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，如果称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，称量给料机停止，物料放至汇总斗，本批次完成称量物料数量加1，执行步骤S8；

S8、判断本批次的物料是否加入完成，如果完成执行步骤S9，如果没有完成执行步骤S6；

S9、等待吹炼氧量>预定氧量或时间到达，执行步骤S10；

S10、物料投入转炉，投料结束。

本发明转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制系统包括批次说明、批次状态、批次控制、物料的余量跟踪、批次数据合理性判断、高位料仓管理、称量料斗称量装置重量控制。

一、批次说明：

点火投料(F1)：也可以称为事前批次，在炉次开始后冶炼开始前，事先准备的一批物料，当开始冶炼点火后加入到转炉中。

压渣：为了防止吹炼过程中冒渣，事先准备了一定量的压渣剂，当吹炼到总氧量20％时，开始备300Kg的物料，如果本炉次没有被使用，则在下一炉使用。该批次只进行自动备料，加入到转炉由操作人员决定。

过程投料：在吹炼过程中需要加入的物料批次。每个批次都有对应的吹氧总流量与吹炼时间进行设定，当总氧量到达该设定值或吹炼时间达到后对应的批次加入到转炉中。

动态调整：副枪测温取样分析结束后，可能会需要进行成分调整，为了便于及时响应模型的计算结果，7吨系中间料斗始终保持5.0吨左右的矿石，但不自动投入。当副枪测定后需要投入矿石时，按照模型计算结果自动投入，投入完成后自动完成补料处理。

二、批次状态

为了完成对批次的有效控制及跟踪，每个批次都有以下几个状态：

批次使能：批次数据通过合理性判断已经有效，但还没有开始处理。

称量开始：批次中有一个设定物料开始进入称量过程。

称量结束：批次中所有设定物料都称量完毕。

批次等待：该批次所有物料从称量料斗中排出进入对应的汇总料斗。

加料开始：批次中有一个设定的物料开始加入到转炉。

加料结束：批次中所有设定物料都加入到转炉中。

三、批次控制

批次控制表已经不再采用原有的静态架构，而是采用动态架构。即允许每个转炉冶炼周期最多可以加入30个物料，这30个物料可以根据钢种需要任意组合成多个批次。每个物料都有三个设定参数：对应的高位料仓号；对应高位料仓物料加入量；对应高位料仓物料投入时刻，投入时刻以吹炼的氧量累积为参考，如果该设定为“0”则认为是点火投料批次，氧量累积设定相同的为同一个批次。

这里取消了原有的优先顺位，如果在同一批次中对应的称量系有多个物料需要备料，则根据料仓号的大小顺序进行备料，遵循料仓号小的先进行备料原则。

为了有效的进行批次控制，对动态批次数据进行有效管理，把看似无序的数据队列转换到有序的静态队列中。为了减轻PLC数学运算的负担，过程计算机在下达数据前先进行了一次数据整理，动态批次数据的下达是按照投入氧量设定大小顺序从小到大排列的。因此当PLC收到数据后需要进行以下检索处理：

(1)查找有效设定值：高位料仓物料加入量大于“0”。

(2)提取最优先批次：根据有效设定值所对应的物料投入时刻，把相同时刻且时刻排在最前面的物料信息先提取出来。

(3)匹配到高位料仓队列：根据有效设定值所对应的高位料仓号信息，放入正确的高位料仓队列中，并将接收区的数据进行清除，以便该批次处理完成后，可以处理下一个批次。

(4)确认队列处理完成：当一个批次处理完成后，确认是否还有下一个批次需要处理。如果有重复前面的工作，如果没有则整个批次处理完成。

(5)整个批次的控制按照自上而下的原则进行。当多个批次使能后，先进行检索出来的第一个批次的控制，把该批次所设定的物料信息传送到各个对应的高位料仓。高位料仓接收到设定值后进行称量，批次进入到称量开始状态。当该批次处于等待状态时，再次进行检索，处理后一个使能的批次的信息传送到对应的高位料仓，如果第二批料称量结束后，前个批次还没有加料结束，则不允许进行排料，所有物料必须在称量料斗中等待。待前一批次处于加料结束状态时，后一批次的物料才允许从称量料斗中排出。以此类推，直到所有批次任务完成。

在批次处理过程中，过程计算可以多次下达修正指令，重新计算数据控制信息，PLC只对未处理的数据控制信息进行调整。

四、物料的余量跟踪

为了有效的进行批次控制，对在称量料斗和汇总料斗进行跟踪，在一个炉次过程中如果料斗中已经存在所需备料的物料，则根据该物料设定，自动进行修正处理。此种情况只适合于设定值大于等于实际物料值的时候。

五、批次数据合理性判断

为了对实现批次的有效控制，以及控制流程的顺利实施，在接收数据前必须对批次表中的数据有效性、合理性进行判断和识别。

(1)高位料仓物料设定重量不得大于对应称量料斗的称量上限；

(2)高位料仓物料设定重量如果不为零则不得小于振动给料器的有效误差；

(3)高位料仓物料设定体积不得大于对应称量料斗的容积上限；

(4)高位料仓物料设定重量总和不得大于所对应汇总料斗的称量上限；

(5)高位料仓物料设定体积总和不得大于所对应汇总料斗的容积上限；

(6)对于过程投料批次总氧量设定必须从小到大；

(7)对于过程投料批次一旦有总氧量设定必须有一个有效的物料重量设定。

六、高位料仓管理

对高位料仓内的物料种类、名称及重量进行有效管理，为生产提供各高位料仓内物料的实时信息。

通过连续式料位计显示料位的实际高度。

实际高度＝实际检测信号*(工程上限–工程下限)/16

设有高料位报警、低料位报警点，并根据设定值进行报警提示。

根据原料输送系统提供的上料信息，以及加料的实际情况，统计料仓内物料的实际重量。

实际重量＝实际重量+∑上料重量–∑加料重量

根据料仓内物料的实际重量，以及物料的比重和料仓的实际容积，计算出物料所占料仓的容积比率。

料仓种类及名称的管理，接收来自过程计算机的料仓的理代码，可对清空的料仓按工艺要求重新进行分配。

七、称量料斗称量装置重量控制

重量控制是加料系统的一个重要组成部分，重量控制主要包括对称量料斗自身的零点校正、各高位料仓物料切出的实际重量和落差量。

称量料斗的零点校正

随着设备的长期使用，由于设备的原因(仓壁积料、传感器的累积误差等)都会导致称量料斗的零点会发生偏移，这样对物料的称量精度，以及自动备料控制产生影响。为了方便生产和控制能够及时消除零点偏差我们将对现场采集的重量信号进行必要的修正处理。

实际显示称量值＝实际重量检测信号*(工程上限–工程下限)/16–重量偏差修正值

重量偏差修正值小于等于称量装置实际量程的0.5％

高位料仓物料切出的实际重量：

物料切出的实际重量＝称量后称量料斗重量–称量前称量料斗重量

称量前称量料斗重量：振动给料器启动前的称量料斗实际重量

称量后称量料斗重量：振动给料器停止运转且称量料斗实际重量处于稳定状态时的称量料斗实际重量

高位料仓给料器落差量：落差量＝(实际称量值–称量设定值)/2

由于物料特性、设备的机械特性以及环境因素的影响，物料称量时如何准确的控制停机的提前量直接影响到物料的称量精度。引入落差量补正计算是对该误差的一次有效纠正。前一次的落差量将作为后一次称量控制的有效参数。

落差量补正计算只有在自动模式下，且整个称量过程没有异常发生的情况下进行计算。其它状态下落差量的计算是不可信且没有意义的。

具体实施范例：

结合图2，在对批次控制的说明中每个批次都有4个称量系统构成，一旦批次设定数据有效，传送到高位料仓后，4个称量系将分别独立进行。由于该4个称量系上的组成的设备类型完全一致。因此只对其中1个称量系(15t系)进行详细的说明CPU模式的实现方法。

1、手动投料模式：

手动状态下，各称量系料仓由操作工手动操作。

如需投入4吨铁矿石，操作工手动选取1号仓振动给料器，起动振动给料器(强振)，眼睛注视7吨称量料斗数值变化，当数值变为3900KG时停止振动给料器(称量数值由于靠人操作，不是很准确)。之后选取7T A/B阀，起动装入(入)指令，待7吨称量料斗数值归零后，起动装入(切)指令，之后按上述步骤重复不同料仓的称量操作；待吹炼氧量达到规定值后，操作工选取7T C/D阀，起动投料指令，10秒后阀门自动关闭，投料结束。

2、半自动模式：

针对1个称量系说明(15T系)，其余称量系方式一致。

15T系入需称量3种物料，5号仓石灰3.5吨、6好仓轻烧4吨、7号仓Mn矿石2吨。操作工选取15T半自动称量设定画面，依次输入3.5吨，点选石灰读入；输入4吨，点选轻烧读入；输入2吨，点选Mn矿石读入。之后点选半自动称量起动，15吨称量系依次称量5号仓3.5吨石灰，打开15T A/B阀将石灰装入中间料斗；称量6号仓4吨轻烧，打开15T A/B阀将石灰装入中间料斗；7号仓2吨Mn矿石，打开15T A/B阀将石灰装入中间料斗。之后待吹炼氧量达到规定值后，操作工选取15T C/D阀，起动投料指令，10秒后阀门自动关闭，投料结束。

3、本发明自动模式：

根据事先确定的合金添加牌号及添加量，建立控制基准，控制基准分别为，通过时间系统建立吹炼时间基准和通过氧量系统建立吹氧量基准。在L2上根据规则自动构筑各料仓投入PATTERN，包括各料仓副原料投入总量、F1(吹炼开始)投入量、吹炼过程中每次称量开始的时刻和副原料重量。并且固定一个数据缓存区，接收来自模型的控制信息数据，并根据实际内容进行动态管理，提炼出有效数据，再对数据进行识别和判断，再分配给对应的高位料仓，建立称量队列，按队列进行批次管理与控制。并且在处理过程中允许模型对控制数据的有效修改。如果在同一批次中对应的称量系有多个物料需要备料，则根据料仓号的大小顺序进行备料，遵循料仓号小的先进行备料原则。

15T称量系、10T称量系、2T称量系控制原理相同。

15t系共有3个高位料仓5#～7#，对于同一批次的物料重量设定，先处理料仓号小的物料。

当高位料仓振动给料器联锁条件具备，且设备准备就绪的情况下，根据物料重量设定值判断给料器的速度给定，是强振还是弱振。同时记录下称量装置的当前重量，随着物料从高位料仓切出称量料斗的重量也开始增加。当称量料斗实际重量和初始重量偏差进入速度切换给定时，给料器将从强振切换到弱振。当称量料斗实际重量和初始重量偏差进入落差量给定时，振动给料器停止。称量装置给出物料的实际称量值。高位料仓内的物料重量减去该值后作为当前高料位料仓内的物料重量。同时进行落差量计算。给料器停止后称量料斗切断阀判断联锁条件是否满足，当条件满足且设备准备就绪后，称量料斗切断阀(A/B阀)打开，待称量料斗中物料重量低于称量料斗空值设定，且称量值稳定后，切断阀(A/B阀)关闭。

如果这时还有第二个物料需要称量，则开始第二个物料的称量，称量完成后排出到15T中间料斗，直到该线上的物料称量完毕。当物料进入中间料斗后，中间料斗投入阀(C/D阀)将根据该批次物料的加入时刻点(时间或到达预定氧量)进行加料处理。当到达加料时刻，投入阀(C/D阀)将打开进行加料。直到中间料斗内的物料重量低于中间料斗空设定值。当4个称量系统上的该批次的物料都加入完成后，一个批次的自动加料就完成了。

7T称量系为连投系，对于该称量系统，汇总料斗始终保持5t的物料，当有加料需要时根据加料设定直接从汇总料斗中向转炉中投入该物料，且给料器的速度也是根据预设的速度给定值进行控制。当汇总料斗中的物料小于补料设定值后，在完成加料处理后，进行自动补料，最终满足汇总料斗中的物料为5t。

综上所述，采用了本发明的技术方案，本发明实施例转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法及方法，采用吹炼时间基准与氧量基准双基准控制、副原料称量顺序表控制，实现转炉副原料称量全自动控制；系统根据每炉钢的实际情况形成控制决策，自动制作出称量控制模式，并控制副原料称量机执行，改变了转炉副原料称量采用手动或半自动操作的传统方法；从而将副原料系统操作规范化、标准化、自动化，改善操作人员个体技术水平偏差，有利于提高转炉副原料系统操作的整体水平，稳定转炉生产。

Claims (5)

1.一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、L2依据钢种模型与受铁数据(或副枪测定数据)计算副原料称量数据，执行步骤S2；

S2、L2下发称量数据，判断称量数据是否需要修改，如果需要修改执行步骤S3，如果不需要修改执行步骤S4；

S3、操作工确认数据，修改称量数据，发送数据确认信号至L2，执行步骤S2；

S4、判断称量料斗是否满足条件，满足条件执行步骤S5，不满足条件执行步骤S3；

S5、起动本批次称量，等待达到设定称量氧量，执行步骤S6；

S6、判断称量设定重量是否大于0，如果大于0执行步骤S7，如果不大于0执行步骤S8；

S7、给料机起动，判断称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，如果称量料斗重量-初始重量偏差<落差量，称量给料机停止，物料放至汇总斗，本批次完成称量物料数量加1，执行步骤S8；

S8、判断本批次的物料是否加入完成，如果完成执行步骤S9，如果没有完成执行步骤S6；

S9、等待吹炼氧量>预定氧量或时间到达，执行步骤S10；

S10、物料投入转炉，投料结束。

2.如权利要求1所述的一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，其特征在于：所述步骤S1在L2上根据规则自动构筑各料仓投入PATTERN，包括各料仓副原料投入总量、F1(吹炼开始)投入量、吹炼过程中每次称量开始的时刻和副原料重量。

3.如权利要求2所述的一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，其特征在于：所述步骤S1在同一批次中对应的称量系有多个物料需要备料，则根据料仓号的大小顺序进行备料，遵循料仓号小的先进行备料原则。

4.如权利要求1所述的一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，其特征在于：所述步骤S4高位料仓物料设定重量不得大于对应称量料斗的称量上限；高位料仓物料设定重量如果不为零则不得小于振动给料器的有效误差；高位料仓物料设定体积不得大于对应称量料斗的容积上限；高位料仓物料设定重量总和不得大于所对应汇总料斗的称量上限；高位料仓物料设定体积总和不得大于所对应汇总料斗的容积上限；对于过程投料批次总氧量设定必须从小到大。

5.如权利要求1所述的一种转炉冶炼生产系统用副原料料仓自动称量控制方法，其特征在于：所述步骤S7落差量＝(实际称量值–称量设定值)/2。

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