CN113025774B - 一种转炉吹炼全过程动态控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种转炉吹炼全过程动态控制的方法，包括检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼。该方法能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。本申请还公开了一种转炉吹炼全过程动态控制的装置。

Description

一种转炉吹炼全过程动态控制的方法和装置

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种转炉吹炼全过程动态控制的方法和装置。

背景技术

在钢铁冶炼领域中，转炉吹炼是将氧气吹入转炉内部，使其与炉内铁水、废钢以及各种辅料进行化学反应，最终让炉内钢水的温度和成分达到出钢要求的过程。转炉自动化吹炼是用设定好的吹炼模型和控制模式替代人工经验进行转炉吹炼控制，在自动化炼钢的过程中，控制吹炼过程的稳定是非常重要的一环。吹炼过程的稳定就是指在自动化吹炼时，应该尽量避免“喷溅”和“返干”的产生，让炉渣全程保持活跃，有利于吹炼过程中的脱磷和脱硫，保证终点钢水成分满足生产要求。

然而，现有的转炉自动化炼钢都是基于静态操作模型实现，这类静态操作模型以冶金工艺原理为基础，结合钢厂实际的冶炼操作情况，进行分析和总结，制定不同冶炼条件下的静态吹炼模式，这类静态操作模式操作统一稳定，但是缺乏应变能力，也就是说，并不能根据情况的变化做出相应的调整，但转炉炼钢是一个复杂的生产过程，有许多未知且不可控的因素对其产生影响，因此单纯的静态操作模型很难应对所有的冶炼情况，尤其是在入炉原料不稳定的情况下所导致的冶炼过程中的喷溅和返干，可见现有的基于静态操作模型的技术并不够智能，对于吹炼的控制并不稳定。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种转炉吹炼全过程动态控制的方法和装置，能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。

本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的方法包括：

检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；

基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；

基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；

基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；

基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法中，所述基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制包括：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法中，所述基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制包括：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法中，所述基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃包括：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法中，所述基于转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼包括：

当所述实时碳含量与所述目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，所述差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当所述实时温度与所述目标温度的差值不大于10摄氏度且所述实时碳含量不大于所述目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的装置包括：

检测部件，用于检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；

喷溅控制部件，用于基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；

返干控制部件，用于基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；

炉渣活跃度控制部件，用于基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；

转炉吹炼终点命中控制部件，用于基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置中，所述喷溅控制部件具体用于：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置中，所述返干控制部件具体用于：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置中，所述炉渣活跃度控制部件具体用于：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

优选的，在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置中，所述转炉吹炼终点命中控制部件具体用于：

当所述实时碳含量与所述目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，所述差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当所述实时温度与所述目标温度的差值不大于10摄氏度且所述实时碳含量不大于所述目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

通过上述描述可知，本发明提供的上述转炉吹炼全过程动态控制的方法，由于包括检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼，因此能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。本发明提供的上述装置具有与上述方法同样的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的方法的实施例的示意图；

图2为转炉吹炼全过程中的烟气和火焰中的多种元素含量变化的示意图；

图3为一个具体的吹炼全过程动态控制方法的示意图；

图4为本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的装置的实施例的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种转炉吹炼全过程动态控制的方法和装置，能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。

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实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的方法的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的方法的实施例的示意图，该方法包括如下步骤：

S1：检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；

具体的，可以参考图2，图2为转炉吹炼全过程中的烟气和火焰中的多种元素含量变化的示意图，其中包括C、S、P、Mn、Si五条线，分别表示这些元素在整个转炉吹炼过程中的含量变化，依据这些变化来分析火焰和烟气。

S2：基于对火焰和烟气的分析，对喷溅现象进行控制；

需要说明的是，统计现场常规冶炼炉次所需的吹氧时间，根据炉内各反应的反应速率和反应时间并结合现场工艺和实际的炼钢经验，推算出炉内的起渣时间、容易发生喷溅的冶炼时间、吊枪化渣开始时间点，可以将转炉吹炼的喷溅控制分为四个阶段，当检测到喷溅时执行与阶段相对应的控制操作。

S3：基于对火焰和烟气的分析，对返干现象进行控制；

需要说明的是，返干常出现在转炉吹炼的中后期和剧烈喷溅之后，此时钢渣界面反应速率开始降低，气体搅拌不足，炉渣流动性逐渐变差，可以进行提枪控制返干，结合工艺操作经验和测试结果，进行提抢控制，在自动化炼钢时实现对返干的有效控制。

S4：基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；

具体的，在转炉吹炼进行后期吊枪操作的主要目的是使炉渣活跃，防止返干，在一些情况下，由于废钢配比的原因，后期炉渣非常容易出现返干并导致回磷，因此该步骤设定一些后期吊枪的对应操作来预防后期返干现象的出现。

S5：基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当实时温度接近目标温度且实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼。

需要说明的是，在实际生产中，对转炉吹炼终点的成分要求主要体现在对温度和碳含量的要求，因此该步骤中基于这两个参数进行控制。

通过上述描述可知，本发明提供的上述转炉吹炼全过程动态控制的方法的实施例，由于包括检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；基于对火焰和烟气的分析，对喷溅现象进行控制；基于对火焰和烟气的分析，对返干现象进行控制；基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当实时温度接近目标温度且实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼，因此能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法的一个具体实施例中，基于对火焰和烟气的分析，对喷溅现象进行控制具体可以包括：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪的枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米。

具体的，可以根据炉内各反应的反应速率和反应时间和现场工艺以及实际炼钢经验，推算出炉内的起渣时间T₁、容易发生喷溅的冶炼时间T₂、吊枪化渣开始时间点T₃，设本炉次实时吹氧时间为t，因此将转炉吹炼的喷溅控制分为四个阶段，当检测到喷溅时执行与每个阶段相对应的控制操作：

第一阶段：当t≤T₁时，此时还未完全起渣，不做任何喷溅控制操作；

第二阶段：当T₁<t≤T₂时，该时间段内，炉内刚起渣但还没进入易喷溅时段，所以出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提x₁毫米(20毫米～40毫米)，并投入石灰/高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

第三阶段：当T₂<t≤T₃时，该时间段是冶炼后期前易产生喷溅的时间段，因此出现预喷时，提枪x₂毫米(30毫米～50毫米)，同时加入m₁kg(100kg～200kg)高镁灰/石灰或石灰石，5s～10s后降枪x₂毫米至原始位置。出现喷溅时，提枪x₂毫米，同时加入m₁kg高镁灰/石灰或石灰石，并缓慢压枪，且压枪幅度x₃(60毫米～80毫米)大于提枪幅度x₂，最终枪位低于原始位置。随后10s内无预喷溅和喷溅，则提枪x₃毫米至x₂毫米回归原始枪位，形成一个喷溅控制周期。若连续喷溅，氧枪的枪位将会不断的逐渐压低，而不会进行提抢操作，若之后每隔规定时间t₀无预喷溅或喷溅，就判定为压喷成功，提枪一次(x₃-x₂)毫米，直至枪位回到静态枪位。

第四阶段：当T₃<t<Te，该时间段是后期吊枪化渣时期，所以出现预喷或喷溅时，只进行降枪x₂毫米操作。

还需要说明的是，吹氧预喷或喷溅时，立即加入高镁灰/石灰或石灰石，同时把加入矿石和/或污泥球的时间点推迟，且一段时间内不再执行喷溅判断操作。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法的另一个具体实施例中，基于对火焰和烟气的分析，对返干现象进行控制可以具体包括：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

具体的，将本炉次的实时吹氧时间设为t，对于此时检测到的返干信号，将分为三个阶段进行不同的操作控制，操作具体可以包括如下步骤：

第一阶段：当t≤T₁时，此时炉内还未完全起渣，为了防止误判，不进行任何返干判断与操作；

第二阶段：当T₁<t≤T₃时，收到化渣不良的信号时，提枪x₄毫米(30毫米～40毫米，这个和炉形、炉容积与吹氧制度有关)，直至收到炉渣活跃的判断信号后将氧枪下降x₄毫米，若执行了多次返干控制后，又接收到炉渣活跃的信号，接收到一次则降低一次氧枪，并且每次降枪间隔为t₀(5s～10s)，若直接收到预喷或喷溅信号，则直接执行喷溅调整(因化渣不良，执行提枪动作后，一段时间内不再执行第二次调整)；

第三阶段：当T₃<t<T_e时，该时间段是吹氧结束前提抢化渣时期，收到化渣不良信号时，将氧枪上提x₄毫米，直至收到预喷或喷溅信号后，执行相应阶段的喷溅调整(此阶段收到炉渣活跃不作调整)。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法的又一个具体实施例中，基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃可以具体包括：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

具体的，设本炉次的实时吹氧时间为t，具体操作如下：当T₃<t<T_e，每隔一段时间t₁通过火焰分析对炉口炉渣数量和大小进行炉渣活跃程度进行评估。当该时段的炉渣检测结果为正常/活跃，则将氧枪上提一段距离x₁毫米，当检测结果为返干，则将提枪幅度提高至(x₁+x₄)毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降x₄毫米。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的方法的一个优选实施例中，基于转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当实时温度接近目标温度且实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼可以具体包括如下步骤：

当实时碳含量与目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当实时温度与目标温度的差值不大于10摄氏度且实时碳含量不大于目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

具体的，假如内部预报算法对温度和碳含量的预报值分别为P[T]和P[C]，本炉次设定的终点目标温度和碳含量分别为O[T]和O[C]，为了保证终点准确命中，设定达到吹炼终点前的提枪拉碳规则，具体如下：

当P[C]-O[C]≤3*10^-2％(质量百分数)时，开始分步执行降枪拉碳操作，设此时氧枪的实际枪位为a，当P[C]-O[C]每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度a逐渐降低到规定的拉碳枪位b，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米。

(d为系统设定的炉底高度)；

当|P[T]-O[T]|≤10℃且P[C]≤O[C]时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

另外，上述实施例采用的吹炼全过程动态控制方法可以如图3所示，图3为一个具体的吹炼全过程动态控制方法的示意图，可见该方法中，先进行实时检测，进行火焰分析和烟气分析，基于此进行自动化炼钢，然后对喷溅和返干现象进行动态操作控制，然后进行后期动态提枪化渣，然后进行终点预报和实时预报，直到到达吹炼终点时拉碳提枪。

本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的装置的实施例如图4所示，图4为本发明提供的一种转炉吹炼全过程动态控制的装置的实施例的示意图，该装置包括：

检测部件401，用于检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气，具体的，可以参考图2，图2为转炉吹炼全过程中的烟气和火焰中的多种元素含量变化的示意图，其中包括C、S、P、Mn、Si五条线，分别表示这些元素在整个转炉吹炼过程中的含量变化，依据这些变化来分析火焰和烟气；

喷溅控制部件402，用于基于对火焰和烟气的分析，对喷溅现象进行控制，需要说明的是，统计现场常规冶炼炉次所需的吹氧时间，根据炉内各反应的反应速率和反应时间并结合现场工艺和实际的炼钢经验，推算出炉内的起渣时间、容易发生喷溅的冶炼时间、吊枪化渣开始时间点，可以将转炉吹炼的喷溅控制分为四个阶段，当检测到喷溅时执行与阶段相对应的控制操作；

返干控制部件403，用于基于对火焰和烟气的分析，对返干现象进行控制，需要说明的是，返干常出现在转炉吹炼的中后期和剧烈喷溅之后，此时钢渣界面反应速率开始降低，气体搅拌不足，炉渣流动性逐渐变差，可以进行提枪控制返干，结合工艺操作经验和测试结果，进行提抢控制，在自动化炼钢时实现对返干的有效控制；

炉渣活跃度控制部件404，用于基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃，具体的，在转炉吹炼进行后期吊枪操作的主要目的是使炉渣活跃，防止返干，在一些情况下，由于废钢配比的原因，后期炉渣非常容易出现返干并导致回磷，因此设定一些后期吊枪的对应操作来预防后期返干的出现；

转炉吹炼终点命中控制部件405，用于基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当实时温度接近目标温度且实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼，需要说明的是，在实际生产中，对转炉吹炼终点的成分要求主要体现在对温度和碳含量的要求，因此基于这两个参数进行控制。

通过上述描述可知，本发明提供的上述转炉吹炼全过程动态控制的装置的实施例能够基于烟气分析和火焰分析的结果，对操作进行相应的动态调整，从而有效控制转炉过程中所发生的喷溅和返干，并保证转炉终点钢水成分命中。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置的一个具体实施例中，喷溅控制部件具体用于：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪的枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米。

具体的，可以根据炉内各反应的反应速率和反应时间和现场工艺以及实际炼钢经验，推算出炉内的起渣时间T₁、容易发生喷溅的冶炼时间T₂、吊枪化渣开始时间点T₃，设本炉次实时吹氧时间为t，因此将转炉吹炼的喷溅控制分为四个阶段，当检测到喷溅时执行与每个阶段相对应的控制操作：

第一阶段：当t≤T₁时，此时还未完全起渣，不做任何喷溅控制操作；

第二阶段：当T₁<t≤T₂时，该时间段内，炉内刚起渣但还没进入易喷溅时段，所以出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提x₁毫米(20毫米～40毫米)，并投入石灰/高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

第三阶段：当T₂<t≤T₃时，该时间段是冶炼后期前易产生喷溅的时间段，因此出现预喷时提枪x₂毫米(30毫米～50毫米)，同时加入m₁kg(100kg～200kg)高镁灰/石灰或石灰石，5s～10s后降枪x₂毫米至原始位置。出现喷溅时，提枪x₂毫米，同时加入m₁kg高镁灰/石灰或石灰石，并缓慢压枪，且压枪幅度x₃(60毫米～80毫米)大于提枪幅度x₂，最终枪位低于原始位置。随后10s内无预喷溅和喷溅，则提枪(x₃-x₂)毫米回归原始枪位，形成一个喷溅控制周期。若连续喷溅，即氧枪枪位将会不断的逐渐压低，而不会进行提抢操作，若之后每隔规定时间t₀无预喷溅或喷溅，就判定为压喷成功，提枪一次(x₃-x₂)毫米，直至枪位回到静态枪位。

第四阶段：当T₃<t<Te，该时间段是后期吊枪化渣时期，所以出现预喷或喷溅时，只进行降枪x₂毫米操作。

还需要说明的是，吹氧预喷或喷溅时，立即加入高镁灰/石灰或石灰石，同时把加入矿石和/或污泥球的时间点推迟，且一段时间内不再执行喷溅判断操作。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置的另一个具体实施例中，返干控制部件具体用于：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

具体的，将本炉次的实时吹氧时间设为t，对于此时检测到的返干信号，将分为三个阶段进行不同的操作控制，操作具体可以包括如下步骤：

第一阶段：当t≤T₁时，此时炉内还未完全起渣，为了防止误判，不进行任何返干判断与操作；

第二阶段：当T₁<t≤T₃时，收到化渣不良的信号时，提枪x₄毫米(30毫米～40毫米，和炉形、炉容积与吹氧制度有关)，直至收到炉渣活跃的判断信号后将氧枪下降x₄毫米，若执行了多次返干控制后，又接收到炉渣活跃的信号，接收到一次则降低一次氧枪，并且每次降枪间隔为t₀(5s～10s)，若直接收到预喷或喷溅信号，则直接执行喷溅调整(因化渣不良，执行提枪动作后，一段时间内不再执行第二次调整)；

第三阶段：当T₃<t<T_e时，该时间段是吹氧结束前提抢化渣时期，收到化渣不良信号时，将氧枪上提x₄毫米，直至收到预喷或喷溅信号后，执行相应阶段的喷溅调整(此阶段收到炉渣活跃不作调整)。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置的又一个具体实施例中，炉渣活跃度控制部件具体用于：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

具体的，设本炉次的实时吹氧时间为t，具体操作如下：当T₃<t<T_e，每隔一段时间t₁通过火焰分析对炉口炉渣数量和大小进行炉渣活跃程度进行评估。当该时段的炉渣检测结果为正常/活跃，则将氧枪上提一段距离x₁毫米，当检测结果为返干，则将提枪幅度提高至(x₁+x₄)毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降x₄毫米。

在上述转炉吹炼全过程动态控制的装置的一个优选实施例中，转炉吹炼终点命中控制部件具体用于：

当实时碳含量与目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当实时温度与目标温度的差值不大于10摄氏度且实时碳含量不大于目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

具体的，假如内部预报算法对温度和碳含量的预报值分别为P[T]和P[C]，本炉次设定的终点目标温度和碳含量分别为O[T]和O[C]，为了保证终点准确命中，设定达到吹炼终点前的提枪拉碳规则，具体如下：

当P[C]-O[C]≤3*10^-2％(质量百分数)时，开始分步执行降枪拉碳操作，设此时氧枪的实际枪位为a，当P[C]-O[C]每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度a逐渐降低到规定的拉碳枪位b，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米。(d为系统设定的炉底高度)；

当|P[T]-O[T]|≤10℃且P[C]≤O[C]时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种转炉吹炼全过程动态控制的方法，其特征在于，包括：

检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；

基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；

基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；

基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；

基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼；

所述基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制包括：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米；

所述基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制包括：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

2.根据权利要求1所述的转炉吹炼全过程动态控制的方法，其特征在于，所述基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃包括：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

3.根据权利要求1所述的转炉吹炼全过程动态控制的方法，其特征在于，所述基于转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼包括：

当所述实时碳含量与所述目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，所述差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当所述实时温度与所述目标温度的差值不大于10摄氏度且所述实时碳含量不大于所述目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

4.一种转炉吹炼全过程动态控制的装置，其特征在于，包括：

检测部件，用于检测转炉吹炼过程中的火焰和烟气；

喷溅控制部件，用于基于对所述火焰和所述烟气的分析，对喷溅现象进行控制；

返干控制部件，用于基于对所述火焰和所述烟气的分析，对返干现象进行控制；

炉渣活跃度控制部件，用于基于转炉吹炼后期的火焰的分析，控制氧枪的升降使炉渣活跃；

转炉吹炼终点命中控制部件，用于基于预测的转炉吹炼终点前的实时温度和实时碳含量，控制氧枪的下降幅度，当所述实时温度接近目标温度且所述实时碳含量接近目标碳含量时，提起氧枪结束吹炼；

所述喷溅控制部件具体用于：

在起渣以后至进入易喷溅时刻之前，当出现预喷溅或喷溅时，将氧枪上提20毫米至40毫米，并投入石灰和高镁灰压喷，再将氧枪下压至初始位置；

在进入易喷溅时刻后至吊枪化渣开始之前，出现预喷溅时，将氧枪上提30毫米至50毫米，加入石灰和高镁灰，5秒至10秒后将氧枪降至原位，出现喷溅时，缓慢压枪，且压枪幅度为60毫米至80毫米，随后10秒内无预喷溅和喷溅，则提起氧枪回归原位，形成一个喷溅控制周期，若连续喷溅，将氧枪枪位不断压低至预先设置的最低位置，若之后每隔预设时间无预喷溅或喷溅，则提起氧枪回到原位；

在吊枪化渣时期，出现预喷溅或喷溅时，将氧枪下降30毫米至50毫米；

所述返干控制部件具体用于：

在起渣后至吊枪化渣开始之前，当出现化渣不良时，将氧枪提起30毫米至40毫米，直到炉渣活跃后将氧枪降至原位，若进行多次返干控制后，炉渣再次活跃，则相应的降低氧枪，并且每次降枪的间隔为5秒至10秒，若直接收到预喷溅或喷溅信号，则直接执行喷溅调整；

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，当出现化渣不良时，将氧枪上提30毫米至40毫米，直到出现预喷溅或喷溅时，执行相应的喷溅调整。

5.根据权利要求4所述的转炉吹炼全过程动态控制的装置，其特征在于，所述炉渣活跃度控制部件具体用于：

当吊枪化渣开始后至吹氧结束前，通过火焰分析，对炉口炉渣数量和大小进行炉渣的活跃程度进行评估，当炉渣检测结果为正常或活跃时，将氧枪上提20毫米至40毫米，当检测结果为返干时，则将提枪幅度提高至50毫米至80毫米，当检测结果为喷溅时，则将氧枪下降30毫米至40毫米。

6.根据权利要求4所述的转炉吹炼全过程动态控制的装置，其特征在于，所述转炉吹炼终点命中控制部件具体用于：

当所述实时碳含量与所述目标碳含量的差值不大于3*10^-2％时，进行分步的降枪拉碳，所述差值每降低1*10^-2％时，将氧枪从当前高度逐渐降低到拉碳枪位，每一次降低的幅度为(a+d-b)/3毫米，其中d为系统设定的炉底高度，a为氧枪的实际枪位，b为降到的拉碳枪位；

当所述实时温度与所述目标温度的差值不大于10摄氏度且所述实时碳含量不大于所述目标碳含量时，判定为达到吹炼终点，进行提枪操作，结束吹炼。

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