CN110735015A - 一种转炉炼钢副枪自动测量方法和装置 - Google Patents
一种转炉炼钢副枪自动测量方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种转炉炼钢副枪自动测量方法及装置,所述方法包括:测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号;通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC;PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。将转炉控制由人工经验控制转变为计算机全自动控制,提高了劳动生产率,降低劳动强度,减少人力成本及吨钢成本,提高转炉冶炼的终点命中率,缩短冶炼时间获得非常高的碳温命中率和终点控制精度。
Description
技术领域
本发明属于转炉炼钢测量领域,具体涉及一种转炉炼钢副枪自动测量方 法和装置。
背景技术
副枪是现代转炉炼钢不可缺少的重要检测工具和过程控制工具,保证副 枪系统良好的运行状态就必须定期对测量系统进行常规校验,使之保持测量 精度。
发明内容
为了使测量系统及外围设备能方便地进行检查和校验,本发明提供一种 转炉炼钢副枪自动测量方法及装置,将转炉控制由人工经验控制转变为计算 机全自动控制,提高了劳动生产率,降低劳动强度,减少人力成本及吨钢成 本,提高转炉冶炼的终点命中率,缩短冶炼时间获得非常高的碳温命中率和 终点控制精度,本发明的技术方案如下:
作为本发明的第一方面,一种转炉炼钢副枪自动测量方法,所述方法包 括:
测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号;
通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳 值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时 判断,并将判断结果传输给PLC;
PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。
进一步地,所述方法还包括:将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算 出的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机,并通过PC的显示器 进行可视化显示。
进一步地,通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、 定氧定碳值和结晶定碳值具体为:
通过如下公式一计算含氧量a(o):
公式一中,T为熔池温度,f1=1.3569,f2=0.06235,f3=1.54,f4=0.0061, E=emf+F,emf为氧电势,F为为钢种的校正系数,根据emf值分三段设定F 值;
通过如下公式二计算定氧定碳值C_s:
公式二中,f1=3.218,f2=-1512,f3=-1.003;
通过如下公式三计算结晶定碳值:
公式三种,TL为结晶温度,F为钢种的校正系数,根据TL值分三段设 定F值。
作为本发明的第二方面,提供一种转炉炼钢副枪自动测量装置,所述装 置包括:TC10模块、PM300 CPU模块、IM100模块和PLC模块;
所述TC10模块用于对熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号进行测量, 并将测量的熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号转换为熔池温度、结晶温 度和氧电势信号,并通过IM100模块将转换后的熔池温度、结晶温度和氧电 势信号传输给PM300 CPU模块;
PM300 CPU模块用于根据熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算含氧 量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定 碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC;
PLC用于根据该判断结果来下发相关控制命令。
进一步地,所述装置还包括PC机和显示器;所述PM300 CPU模块还 用于将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出的含氧量、定氧定碳值和结 晶定碳值传输给PC机,并通过PC的显示器进行可视化显示。
进一步地,所述PM300 CPU模块根据熔池温度、结晶温度和氧电势信 号计算出含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值具体为:
通过如下公式一计算含氧量a(o):
公式一中,T为熔池温度,f1=1.3569,f2=0.06235,f3=1.54,f4=0.0061, E=emf+F,emf为氧电势,F为为钢种的校正系数,根据emf值分三段设定F 值;
通过如下公式二计算定氧定碳值C_s:
公式二中,f1=3.218,f2=-1512,f3=-1.003;
通过如下公式三计算结晶定碳值:
公式三种,TL为结晶温度,F为钢种的校正系数,根据TL值分三段设 定F值。
进一步地,所述PM300 CPU模块还用于根据熔池温度、结晶温度和氧 电势信号进行熔池平台和液位计算、结晶平台计算以及氧电势平台和突变计 算,并将计算结果传输给PC机进行可视化显示。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明将转炉控制由人工经验控制转变为计算机全自动控制,提高 了劳动生产率,降低劳动强度,减少人力成本及吨钢成本。
2、本发明提高转炉冶炼的终点命中率,缩短冶炼时间获得非常高的碳 温命中率和终点控制精度,提高终点命中率,可以缩短冶炼时间,提高生产 效率,在实际操作中,倒炉一次约需3—5分钟,提高终点命中率可减少倒 炉次数,提高直接出钢比率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种转炉炼钢副枪自动测量方法流程图;
图2为本发明实施例提供的一种转炉炼钢副枪自动测量装置结构图;
图3为本发明实施例提供的测量曲线显示界面示意图;
图4为本发明实施例提供的测量结果显示界示意图;
图5为本发明实施例提供的历史查询显示界面示意图;
图6为本发明实施例提供的历史数据曲线显示界面示意图;
图7为本发明实施例提供的参数设置界面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分,而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,作为本发明的第一实施例,一种转炉炼钢副枪自动测量方 法,所述方法包括:
测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号;
通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳 值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时 判断,可以参考含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值的标准范围或曲线进行判 断,判断含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值是否符合标准,并将判断结果传 输给PLC;
PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。
优选地,所述方法还包括:将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出 的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机,并通过PC的显示器进 行可视化显示。
其中,通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定 氧定碳值和结晶定碳值具体为:
通过如下公式一计算含氧量a(o):
公式一中,T为熔池温度,f1=1.3569,f2=0.06235,f3=1.54,f4=0.0061, E=emf+F,emf为氧电势,F为为钢种的校正系数,根据emf值分三段设定F 值;
通过如下公式二计算定氧定碳值C_s:
公式二中,f1=3.218,f2=-1512,f3=-1.003;
通过如下公式三计算结晶定碳值:
公式三种,TL为结晶温度,F为钢种的校正系数,根据TL值分三段设 定F值。
作为本发明的第二实施例,提供一种转炉炼钢副枪自动测量装置,所述 装置包括主机和显示设备
装置分为主机和显示设备两部分组成,显示部分可分一体机或远传式 (远传方式:检测设备与PC设备分离,两者之间通过以太网互联)。一体机 主机整体为3U高,19英寸机架,220V 50Hz交流电源输入,远传式显示设 备通过网线和主机互联,可以放置在桌面上,传输距离100米,可使用交换 机将传输距离延长。
主机完成的主要功能为熔池温度、结晶温度和氧电势测量及校准,定氧 定碳公式计算,Profibus-DP通讯,以太网通讯等等。
主机配置包括TC10模块、PM300 CPU模块、IM100模块和电源模块, 所述TC10模块用于对熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号进行测量,并 将测量的熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号转换为熔池温度、结晶温度 和氧电势信号,并通过IM100模块将转换后的熔池温度、结晶温度和氧电势 信号传输给PM300 CPU模块;PM300 CPU模块用于根据熔池温度、结晶温 度和氧电势信号计算含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC,如 图2所示。
显示设备主要作用的测量结果显示,绘图,参数校准,参数设定,文件 生产,历史文件存储等功能。
其中,主机机箱采用19英寸3U机箱,支持6个功能板卡的插入,第一 槽位为PM300处理器板卡,第3、4槽位为TC10测温板,测温板占用两 个槽位。第5、6槽位为IM100通讯板。
主要特性如下:
1)机箱19”x3U x 258mm;
2)6槽定制多主CPCI背板;
3)200W交流电源模块;
4)完善的内部电气连接;
其中机箱为3U高,19英寸,机架安装,电源功率300W,电源带散热 风扇,主要特点如下:
1)标准19英寸上架机箱,黑色;
2)支持6U ComapactPCI插卡的3U高CPCI机箱;
3)300W交流输入1U电源;
4)侧面开孔,方便热量对流散热;
5)外面钢板喷塑,内置铝型材机笼,6个插槽空间,包括1个系统槽及 5个周边卡插槽,系统槽在下,不支持后出线,机箱背部有M3接地螺柱;
6)外形尺寸:(不包括安装把手)440x132x295mm(W x H x D);机箱 正面开关为板卡供电开关,机箱背面开关为整个机箱的开关。
电源特性如下:
1)输入:AC:90~264V@47~63Hz,,全范围;
2)输出:功率:300W;
3)外形尺寸205x100x40.5(mm);
4)标准负载(单模块)+3.3V@20A,+5V@24A,+12V@20A,-12V@ 0.5A;
5)MTBF 100,000hours@25℃;
6)安全标准UL/CE/TUV/CCC
主机硬件根据应用需求配置如下板卡:
1.处理器插件PM300。
PM300是一款6U多功能、高性能的处理器板卡,用于嵌入式系统中。 该板卡采用PowerPC高性能处理器,主频达到800Mhz,板载焊接的512M 的DDR3内存,并具有mSATA接口,用于大数据存储。
主要特性:
1)32-bit/33-MHz cPCI系统槽,4HP;
2)PowerPC高性能处理器,主频800MHz; 3)512M板载,DDR SDRAM;
4)板载RTC模块;
5)B码光口或电口对时
6)双千兆高速以太网,调试串口
7)背板高速反射内存网络
8)mSATA接口
9)高速SFP光纤通讯
10)两路24V开关量输入通道
11)-10℃~+60℃应用环境 功能特点:
1)高性能处理器主频800MHz;
2)温度,氧电势数据采集;
3)熔池、结晶平台,液位高度等数据运算; 4)通过前网口和显示设备通讯。
PM300面板定义如下表:
PM300面板的LE如下表:
其他端口定义
COM | 串口,使用专用下载线,型号为CL-001 |
DI | 2通道,24V开关量输入端口 |
PM300通用技术指标:
1)环境温度:-10℃~60℃;
2)储存温度:-40℃~70℃;
3)尺寸:233.4x160mm;
4)宽度:20.32mm,即一个槽位;
5)重量:约500g;
6)功耗:约5W;
2.测温/氧电势专用插件TC10(3通道数含:2通道热电偶、1通道氧电 势测量)。
TC10是一款多通道、通道间隔离的热电偶或RTD测量板卡,可以测量 B、E、J、K、N、S、R、T类标准热电偶,同时对热电偶冷端自动补偿,并 对结果极性线性化。另外板卡还提供四线式RTD温度测量,测量准确度达 到0.5℃。同时测温通道还提供烧毁、短路和故障的自动检测。
主要特性:
1)32-bit/33-MHz CPCI接口槽。
2)6通道热电偶测量。
3)1通道4线式RTD温度测量。
4)2.5KV通道隔离。
5)自动冷端补偿。
6)-10℃~+60℃应用环境
测量范围:
1温度:100℃--1769℃,分辨率为1℃(S分度或R分度);
2氧电势:-300mV--+500mV,分辨率为0.1m(折算到输入端);
3)定碳:0.000%--1.999%;
测量精度:
1)温度:±1℃;
2)氧电势±1mV(折算到输入端);
3)定碳:±1℃(折算到结晶温度,部分型号具备);
TC10面板定义如下:
TC10 LED灯定义:
LED灯状态 | 状态 |
绿灯闪烁 | 板卡FPGA工作正常 |
其他状态 | 板卡FPGA故障 |
绿灯常亮 | FPGA工作时钟正常 |
红灯常亮 | FPGA工作时钟未锁定 |
TC10通用技术指标:
1)环境温度:-10℃~60℃;
2)储存温度:-40℃~70℃;
3)尺寸:233.4x160mm;
4)宽度:40.64mm,即二个槽位;
5)重量:约500g;
6)功耗:约2W;
3.IM100通讯插件。
IM100是一款PRORFIBUS-DP从站总线板卡,具有1个电接口。它与主控 站完成数据通讯任务。它将接收的主站数据命令通过背板总线发给主处理 器板卡,同时把处理器板卡的数据上送至主控站。
IM100主要特性:
1)32-bit/33-MHz CPCI接口槽。
2)传输速率:9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbaud(可选3/6/9/12 Mbaud)。
3)传输协议:PROFIBUS DP依照EN 50170第3部分;;
4)发送数据32Byte;接收数据12Byte;
5)接口数:1个电接口。
6)前面板LED灯,用于指示DP通讯的链路状态。
7)连接:电接口:9孔SUB-D型插座;
8)线缆类型:电接口:两芯双绞屏蔽电缆,RS485电平。
IM100功能特点:
1)6U高,8HP宽,占用两个标准槽位。
2)传输速率:9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbaud(可选3/6/9/12 Mbaud)。
3)传输协议:PROFIBUS DP依照EN 50170第3部分;;
4)发送数据32Byte;接收数据12Byte;
5)接口数:1个电接口。
6)连接:电接口:9孔SUB-D型插座;
7)线缆类型:电接口:两芯双绞屏蔽电缆,RS485电平。
IM100面板定义:
DP总线的连接可以通过PROFIBUS总线终端或PROFIBUS总线连接器,连至 9针D型连接器X1来实现。当使用RS485总线终端时,必须考虑电缆电容对波 特率的影响。
IM100面板定义如下表:
IM100通用技术指标
1)环境温度:-10℃~60℃;
2)储存温度:-40℃~70℃;
3)尺寸:233.4x160mm;
4)宽度:40.64mm,即二个槽位;
5)重量:约500g;
6)功耗:约5W;
总线终端同总线连接器一样都具有一个可以切换的终端电阻
本发明软件界面主要包括采集数据的接收,测量结果计算,PLC设备通 信,实时测量曲线显示,历史数据记录,系统配置管理等功能组成。
TC10模块作为实时数据采集模块,硬件采用4毫秒定时采集任务,实时 采集TSC探头或TSO探头的传感器信号,滤除相应的干扰,记录实时测量数据。
PM300 CPU作为数据分析运算模块,根据相关计算公式,对实时采集到 传感器数据进行运算,计算出相应数据,主要运算内容如下:
1)熔池平台和液位计算;
2)结晶平台计算;
3)氧电势平台和突变计算;
4)液位计算;
5)含氧量计算。
6)定氧定碳计算;
7)结晶定碳计算。
IM100模块作为PLC通信模块,与PLC装置通过Profibus-DP总线通信, 完成数据交互。波特率可设置,通信任务周期为40ms。具体PLC的通信协议 点表如下:
本发明显示器可以实时显示熔池温度、结晶温度、副枪高度、氧电势等 实时采集数据曲线,也通过计算获得熔池平台和液位,结晶平台,氧电势平 台和液位,氧量值、定氧定碳值、结晶定碳值、液位值等。另外,界面显示 各个通道的通信状态信息,时间信息等,如图3所示。
显示器还可显示当前计算结果,包括熔池温度,结晶温度,氧电势,结 晶定碳值,定氧定碳值,氧含量值和液位值等信息,如图4所示;
本发明主机中还存储着历史数据,通过PC机对历史数据进行查询,历 史查询界面包含数据编号,熔炼号,记录日期和时间,测量类型,熔池平台 值,熔池等级,结晶平台值,结晶等级,氧电势值,氧电势等级。另外,通 过快速检索可以筛选出符合条件的数据,如图5和图6所示。
针对不同应用和工况,本发明通过软件完成测温定氧定碳装置的测量校 准、参数配置和管理,软件需要配置的内容如下:
1)计算条件配置;
2)熔池平台、突变和等级参数配置;
3)结晶平台和等级参数配置;
4)氧电势平台、突变和等级参数配置;
5)液位等级参数配置;
6)计算公式参数配置;
7)PLC通信参数配置;
7)其他配置(包括曲线刻度、IP地址等);
软件配置图如图7所示;
PC机采用Dell成就3470台式整机,液晶尺寸21.5英寸,录波数据在 显示设备保存后,可方便的拷贝到个人PC上,使用同样软件进行查看,分 析。
装置相关的配置参数如下:
1.装置供电及电流消耗:
额定电压(Un):220VAC;
额定电流(In):1A;
2.测量通道数量:
温度测量通道:2;
氧电势测量通道:1;
3.测量范围:
温度:100℃--1769℃;
氧电势:-300mV--+500mV;
3.测量精度:
温度:0.15%;
氧电势:1%
4.Profibus-DP;
接口:RS485;
数据速率:9.6kbit/s到12Mbit/s;
报文长度:最大244byte;
4.显示设备
显示类型:LED;
屏幕尺寸:不小于21英寸;
分辨率:1920*1480;
工作温度:-5°-﹢50°;
下表列出了常见的整机故障,整机在PM300上有两个LED灯,在TC10 上有两个LED灯,可以辅助判断主机状态:
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明 的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种转炉炼钢副枪自动测量方法,其特征在于,所述方法包括
测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号;
通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC;
PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。
2.根据权利要求1所述的转炉炼钢副枪自动测量方法,其特征在于,所述方法还包括:将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机,并通过PC的显示器进行可视化显示。
4.一种转炉炼钢副枪自动测量装置,其特征在于,所述装置包括:TC10模块、PM300 CPU模块、IM100模块和PLC模块;
所述TC10模块用于对熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号进行测量,并将测量的熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号转换为熔池温度、结晶温度和氧电势信号,并通过IM100模块将转换后的熔池温度、结晶温度和氧电势信号传输给PM300 CPU模块;
PM300 CPU模块用于根据熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC;
PLC用于根据该判断结果来下发相关控制命令。
5.根据权利要求4所述的转炉炼钢副枪自动测量装置,其特征在于,所述装置还包括PC机和显示器;所述PM300 CPU模块还用于将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机,并通过PC的显示器进行可视化显示。
7.根据权利要求1所述的转炉炼钢副枪自动测量装置,其特征在于,所述PM300 CPU模块还用于根据熔池温度、结晶温度和氧电势信号进行熔池平台和液位计算、结晶平台计算以及氧电势平台和突变计算,并将计算结果传输给PC机进行可视化显示。
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