CN114317868B - 一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法 - Google Patents

Abstract

一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，涉及转炉炼钢技术领域，解决了现有技术的中小型转炉难以控制氧枪吹炼枪位的问题，将吹炼加入物质的种类和数量进行归纳分类，通过大数据对各类条件下的氧枪吹炼枪位进行拉曲线处理，拟合出对应条件下该炉次的氧枪吹炼枪位动态控制曲线，得出在吹炼任意时刻的氧枪控制枪位的高度，实现氧枪吹炼枪位的自动控制；基于数据拟合氧枪吹炼枪位的时间‑枪位高度的数轴对应关系，实现了转炉氧枪吹炼枪位的动态控制，有效避免了吹炼过程中的返干和喷溅的发生，保证了吹炼平稳进行，提高了生产效率和金属收得率。

Description

一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法。

背景技术

传统的氧枪枪位控制是操作人员凭借自身的传统经验，通过观察转炉炉口颜色亮度、烟气、声音等因素来判断氧枪的位置和吹氧量。由于个人经验或评判的标准不一，原材辅料及各种因素信息的局限，往往会造成吹炼过程的不稳定，伴随出现“喷溅”或“返干”现象，导致大量的原材料浪费，不利于金属收得率和钢水质量的提高。

随着炼钢技术的进步和先进设备的研发，自动化、智能化炼钢技术也得到了快速发展，现在基于自动化、智能化的氧枪枪位自动控制，也基本都是借助烟气分析、副枪技术、音频化渣等技术实现的，不仅能够稳步提升炼钢的整体质量以及效率，还可以有效提高炼钢过程中各类废气的回收效率。但是部分没有能力或没有条件进行智能化改造的中小型转炉，氧枪操作一直是制约生产稳定运行和炼钢成本的瓶颈环节。

中国专利申请号CN202110084226.4《基于烟气分析的转炉冶炼方法》中，公开了一种基于烟气分析的转炉冶炼方法，用于减少炉渣反干，包括以下步骤：步骤1：当转炉吹氧量达到总吹氧量的55％～65％时，向转炉中加入250-350kg的球团；步骤2：加入球团后，检测转炉内烟气中CO含量；步骤3：当CO含量提升量大于等于20％时，炉渣返干，将氧枪枪位提升10cm，并持续吹氧60s；步骤4：当CO含量提升量小于20％时，炉渣未返干，氧枪依据原枪位继续吹练。中国专利申请号CN202010982165.9《一种基于转炉声呐(音频)信号下的氧枪吹炼枪位控制方法》中，公开了一种基于转炉声呐(音频)信号下的氧枪吹炼枪位控制方法，属于炼钢领域，它可以实现吹炼过程中的氧枪枪位无干预自动控制，通过在氧枪控制程序中引入转炉声呐(音频)化渣信号，在转炉吹炼过程中可依据声呐(音频)化渣信号动态预测化渣走向，实时分析音频信号信息，使氧枪操作和声呐(音频)化渣信号形成联动，同时将分析结果送入氧副枪智能控制系统，使氧枪操作实现更高层次的自动化程度，除为班组提供基于实际的化渣质量提示外，在吹炼过程中代替操作工实现氧枪枪位智能化控制，是氧枪枪位控制动态模型的重要支撑。由此可见，以上两个专利分别是通过烟气分析和音频信号进行控制的氧枪枪位，并不适合没有条件进行智能化改造的中小型转炉。

发明内容

针对现有技术的中小型转炉难以控制氧枪吹炼枪位的问题，本发明提供一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，将吹炼加入物质的种类和数量进行归纳分类，通过大数据对各类条件下的氧枪吹炼枪位进行拉曲线处理，拟合出对应条件下该炉次的氧枪吹炼枪位动态控制曲线，得出在吹炼任意时刻的氧枪控制枪位的高度，实现氧枪吹炼枪位的自动控制。

本发明提供一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，包括以下步骤：

1)测定不同条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值、吹炼过程中加入的不同物质的基准值和铁水温度基准值；

2)将本次吹炼过程中加入的不同物质及铁水温度的具体值与步骤1)的基准值作差并乘以相应的修正系数，得出不同物质及铁水温度修正后的数值偏差；

3)选取同等条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值，本次吹炼过程任一时刻的氧枪枪位高度等于同等条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值与步骤2)所述的不同物质及铁水温度修正后的数值偏差的加和，得出本次吹炼过程的时间-氧枪枪位高度的数轴对应关系；

4)开始吹炼后，根据步骤3)的时间-枪位高度的数轴对应关系，氧枪在时间轴上任一时刻的高度按照对应的氧枪枪位高度进行自动调整，实现对氧枪吹炼枪位的动态控制。

进一步地，步骤2)加入的物质的具体值包括铁水中的(Si+P)含量、废钢比例、造渣辅料质量和冷却剂质量。

进一步地，步骤3)任一时刻的氧枪枪位高度用以下公式表示：

H_(t)＝H₀+(A_铁水-A_铁水0)×η₁+(M_废钢-M_废钢0)×η₂+(M_辅料-M_辅料0)×η₃+(M_冷却剂-M_冷却剂0)×η₄+(T_铁水-T_铁水0)×η₅

其中，H₀：同等条件下该时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值，单位：mm；

借助MATLAB软件提供氧枪枪位高度曲线拟合函数的命令：H₀＝polyval(a,t),a＝polyfit(tdata,Hdata,n)，n表示多项式的最高阶数，tdata，Hdata为将要拟合的数据，用数组的方式输入；

A_铁水：该炉次铁水中的(Si+P)含量，单位：wt％；

A_铁水0：与该炉次同等条件拟合的(Si+P)含量基准值，单位：wt％；

η₁：(Si+P)含量修正系数；

M_废钢：该炉次废钢比例，单位：wt％；

M_废钢0：与该炉次同等条件拟合的废钢比例基准值，单位：wt％；

η₂：废钢比例修正系数；

M_辅料：该炉次辅料吨钢计划加入量，单位：kg；

M_辅料0：与该炉次同等条件拟合的辅料吨钢加入量基准值，单位：kg；

η₃：辅料吨钢加入量修正系数；

M_冷却剂：该炉次冷却剂吨钢计划加入量，单位：kg；

M_冷却剂0：与该炉次同等条件拟合的冷却剂吨钢加入量基准值，单位：kg；

η₄：冷却剂吨钢加入量修正系数；

T_铁水：该炉次铁水温度，单位：℃；

T_铁水0：与该炉次同等条件拟合的铁水温度基准值，单位：℃；

η₅：铁水温度修正系数。

进一步地，(Si+P)含量修正系数η₁的单位设置为×10³。

进一步地，废钢比例修正系数η₂的单位设置为×10²。

进一步地，辅料吨钢加入量修正系数η₃的单位设置为×10^-1/kg。

进一步地，冷却剂吨钢加入量修正系数η₄单位设置为×10^-1/kg。

进一步地，铁水温度修正系数η₅单位设置为/℃。

进一步地，当该炉次铁水条件测量失败或无数据时，则取A_铁水＝A_铁水0、M_废钢＝M_废钢0、M_辅料＝M_辅料0、M_冷却剂＝M_冷却剂0、T_铁水＝T_铁水0。

本发明的有益效果在于：基于数据拟合氧枪吹炼枪位的时间-枪位高度的数轴对应关系，实现了转炉氧枪吹炼枪位的动态控制，有效避免了吹炼过程中的返干和喷溅的发生，保证了吹炼平稳进行，提高了生产效率和金属收得率。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

图2是实施例2转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

图3是实施例3转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

该炉次冶炼钢种为：Q345B；铁水中的(Si+P)含量为0.46％；废钢比例为12％；辅料吨钢计划加入量43kg；冷却剂吨钢计划加入量12kg；铁水温度1316℃。

根据公式H_(t)＝H₀+(A_铁水-A_铁水0)×η₁+(M_废钢-M_废钢0)×η₂+(M_辅料-M_辅料0)×η₃+(M_冷却剂-M_冷却剂0)×η₄+(T_铁水-T_铁水0)×η₅，获得图1所示的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

实施例2

该炉次冶炼钢种为：Q235B；铁水中的(Si+P)含量为0.51％；废钢比例为10％；辅料吨钢计划加入量38kg；冷却剂吨钢计划加入量8kg；铁水温度1276℃。

根据公式H_(t)＝H₀+(A_铁水-A_铁水0)×η₁+(M_废钢-M_废钢0)×η₂+(M_辅料-M_辅料0)×η₃+(M_冷却剂-M_冷却剂0)×η₄+(T_铁水-T_铁水0)×η₅，获得图2所示的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

实施例3

该炉次冶炼钢种为：Q235B；铁水中的(Si+P)含量为0.56％；废钢比例为11％；辅料吨钢计划加入量40kg；冷却剂吨钢计划加入量10kg；铁水温度1290℃。

根据公式H_(t)＝H₀+(A_铁水-A_铁水0)×η₁+(M_废钢-M_废钢0)×η₂+(M_辅料-M_辅料0)×η₃+(M_冷却剂-M_冷却剂0)×η₄+(T_铁水-T_铁水0)×η₅，获得图3所示的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制曲线。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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。

Claims (8)

1.一种转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测定不同条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值、吹炼过程中加入的不同物质的基准值和铁水温度基准值；

2)将本次吹炼过程中加入的不同物质及铁水温度的具体值与步骤1)的基准值作差并乘以相应的修正系数，得出不同物质及铁水温度修正后的数值偏差，加入的物质的具体值包括铁水中的(Si+P)含量、废钢比例、造渣辅料质量和冷却剂质量；

选取同等条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值，本次吹炼过程任一时刻的氧枪枪位高度等于同等条件下任一时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值与步骤2)所述的不同物质及铁水温度修正后的数值偏差的加和，得出本次吹炼过程的时间-氧枪枪位高度的数轴对应关系，任一时刻的氧枪枪位高度用以下公式表示：

H_(t)＝H₀+(A_铁水-A_铁水0)×η₁+(M_废钢-M_废钢0)×η₂+(M_辅料-M_辅料0)×η₃+(M_冷却剂-M_冷却剂0)

×η₄+(T_铁水-T_铁水0)×η₅

其中，H₀：同等条件下该时刻氧枪枪位高度的历史数据拟合值，单位：mm；

借助MATLAB软件提供氧枪枪位高度曲线拟合函数的命令：H₀＝polyval(a,t),

a＝polyfit(tdata,Hdata,n)，n表示多项式的最高阶数，tdata，Hdata为将要拟合的数据，用数组的方式输入；

A_铁水：该炉次铁水中的(Si+P)含量，单位：wt％；

A_铁水0：与该炉次同等条件拟合的(Si+P)含量基准值，单位：wt％；

η₁：(Si+P)含量修正系数；

M_废钢：该炉次废钢比例，单位：wt％；

M_废钢0：与该炉次同等条件拟合的废钢比例基准值，单位：wt％；

η₂：废钢比例修正系数；

M_辅料：该炉次辅料吨钢计划加入量，单位：kg；

M_辅料0：与该炉次同等条件拟合的辅料吨钢加入量基准值，单位：kg；

η₃：辅料吨钢加入量修正系数；

M_冷却剂：该炉次冷却剂吨钢计划加入量，单位：kg；

M_冷却剂0：与该炉次同等条件拟合的冷却剂吨钢加入量基准值，单位：kg；

η₄：冷却剂吨钢加入量修正系数；

T_铁水：该炉次铁水温度，单位：℃；

T_铁水0：与该炉次同等条件拟合的铁水温度基准值，单位：℃；

η₅：铁水温度修正系数；

4)开始吹炼后，根据步骤3)的时间-枪位高度的数轴对应关系，氧枪在时间轴上任一时刻的高度按照对应的氧枪枪位高度进行自动调整，实现对氧枪吹炼枪位的动态控制。

2.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，(Si+P)含量修正系数η₁的单位设置为×10³。

3.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，废钢比例修正系数η₂的单位设置为×10²。

4.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，辅料吨钢加入量修正系数η₃的单位设置为×10^-1/kg。

5.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，冷却剂吨钢加入量修正系数η₄单位设置为×10^-1/kg。

6.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，铁水温度修正系数η₅单位设置为/℃。

7.根据权利要求1所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，当该炉次铁水条件测量失败或无数据时，则取A_铁水＝A_铁水0、M_废钢＝M_废钢0、M_辅料＝M_辅料0、M_冷却剂＝M_冷却剂0、T_铁水＝T_铁水0。

8.根据权利要求1～7任一所述的转炉氧枪吹炼枪位的动态控制方法，其特征在于，所述的方法适用于：没有副枪或自动化模型、没有智能炼钢条件的情况下，转炉的氧枪吹炼枪位的控制。

Images