CN114671438A - 一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，硅包设置于地秤上，硅包上方设有测温设备，硅包外壁的连接管末端固定连通有空气管道与氧气管道，空气管道与氧气管道中部上分别固定装配有空气涡街流量计和氧气涡街流量计，空气电动阀门、空气涡街流量计、氧气电动阀门、氧气涡街流量计、地秤和测温设备均电连接有DCS系统控制端；通过改造吹氧精炼的方法，将空气、氧气的手动阀门改为机械电动阀门，将硅包重量变化与硅水温度变化联锁，将反馈信号传输至DCS控制面板，编写控制逻辑，利用实时反馈的信号调节氧气、空气阀门的开度，控制硅水的温度，进而控制自动吹氧，节约了人工成本。

Description

一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法
技术领域
本发明涉及工业硅冶炼技术领域，具体领域为一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法。
背景技术
工业硅冶炼发展相较于其他有色金属冶炼历史较晚，主要是由于工业硅冶炼所需要的高温环境是其他冶炼方式难以提供的，工业硅冶炼属于无渣冶炼，且多采用间歇式出炉，为提高工业硅的产品质量，必须在出炉的同时向硅包中通入氧气与空气的混合气体使高温硅水中的杂质与其反应形成沉淀或絮状物漂浮在硅水上层，从而达到除去杂质精炼硅水的目的，目前在生产中最常用的硅水吹氧精炼方式是人工通过调节氧气与空气的阀门开度来控制氧化性气体在高温硅包中的流速及流量，理论上氧化性气体流量应该随着硅水在硅包中的体积增加而增加，呈线性变化趋势，但人工调节气体流量时存在较大的弊端是经常性在出炉阶段只调节一两次空气与氧气阀门开度，经常出现氧气流量过大或空气流量过大，导致硅包包壁烧穿或硅水因温度不足造成挂包、死包、超钙等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，方法采用的设备包括地秤、硅包、测温设备、空气电动阀门、空气涡街流量计、氧气电动阀门和氧气涡街流量计，所述硅包设置于地秤上，所述硅包上方设有测温设备，所述硅包外壁下端固定连通有连接管，所述连接管末端固定连通有空气管道与氧气管道，所述空气管道与氧气管道中部上分别固定装配有空气涡街流量计和氧气涡街流量计，所述空气管道与氧气管道下端上分别固定装配有空气电动阀门和氧气电动阀门，所述空气涡街流量计和氧气涡街流量计分别电连接有DCS系统控制端。
优选的，包括下述步骤：
s1吹氧准备，重量清零；
s2超过死区重量；
s3出水完毕，准备拉出。
优选的，第一步吹氧准备，重量清零：关闭氧气电动阀门、开启空气电动阀门，通过空气管道通入空气，设计空气流量的参数值，将地秤上累积硅水的重量置零，称量硅包中硅水的重量，设计重量参数值，当硅包中硅水的重量超过设定数值后此阶段结束。
优选的，第一步中设计的空气流量的参数值为60Nm3/h，设计的地秤的重量参数值为0.25吨。
优选的，第二步超过死区重量：开启空气电动阀门和氧气电动阀门，此阶段为硅包中的硅水刚没过包心至硅水放满硅包，设定空气流量的初始参数值，设定氧气流量的初始参数值，设计参考温度值区间，当硅水温度未到达设定值下区间时，硅水每增加0.1吨，氧气流量相应增加数值A、空气流量相应降低数值B，当硅水温度超过设定值上区间后，在此时的基础上氧气流量相应降低数值C、空气流量相应增加数值D，当硅水温度降低到设定值下区间以下时，按照硅水重量增加配置氧气、空气流量，直至出炉结束。
优选的，第二步中空气流量的初始参数值为22Nm3/h，氧气流量的初始参数值为18Nm3/h，设计参考温度值为1550-1552℃；数值A为6Nm3/h、数值B为4Nm3/h、数值C为5Nm3/h、数值D为6Nm3/h。
优选的，第三步出水完毕，准备拉出：此阶段为拉出硅包，准备浇铸定模阶段，此阶段需将氧气流量设定为固定数值15Nm3/h，空气流量设定为固定数值1Nm3/h，直至浇铸完毕。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)为克服以上人工吹氧精炼的缺点，通过改造吹氧精炼的方法，将空气、氧气的手动阀门改为机械电动阀门，硅包车底部新加装地秤，硅包上方加装温度测量设备，将硅包重量变化与硅水温度变化联锁，将反馈信号传输至DCS控制面板，编写控制逻辑，利用实时反馈的信号调节氧气、空气阀门的开度，控制硅水的温度，进而控制自动吹氧，节约了人工成本。
(2)通过硅包中硅水重量及硅水温度的变化联锁可以精确地调整氧气与空气的流量，克服人工吹氧手动调节氧气管道阀门开度与空气管道阀门开度时流量不精确的情况，且可以计算混合气体中空气与氧气的比例。
(3)出炉过程中可以根据硅水重量及时调整氧气与空气的流量，增加混合气体在硅包中与硅水的接触面积，使得硅水中的杂质与氧气反应更充分，提高精炼环节除钙和除铝的能力。
(4)出炉过程中当硅包中硅水温度过高时可以自动调整增加空气的流量，降低氧气的流量，使硅包中硅水的温度降低，保护硅包，防止穿包。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-空气电动阀门、2-空气涡街流量计、3-氧气电动阀门、4-氧气涡街流量计、5-硅包、6-地秤、7-测温设备。
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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，方法采用的设备包括地秤6、硅包5、测温设备7、空气电动阀门1、空气涡街流量计2、氧气电动阀门3和氧气涡街流量计4，硅包5设置于地秤6上，硅包5上方设有测温设备7，硅包5外壁下端固定连通有连接管，连接管末端固定连通有空气管道与氧气管道，空气管道与氧气管道中部上分别固定装配有空气涡街流量计2和氧气涡街流量计4，空气管道与氧气管道下端上分别固定装配有空气电动阀门1和氧气电动阀门3，空气涡街流量计2和氧气涡街流量计4分别电连接有DCS系统控制端。
通过改造吹氧精炼的方法，将空气、氧气的手动阀门改为机械电动阀门，硅包5车底部新加装地秤6，硅包5上方加装温度测量设备7，将硅包5重量变化与硅水温度变化联锁，将反馈信号传输至DCS系统控制端，编写控制逻辑，利用实时反馈的信号调节空气电动阀门1和氧气电动阀门3的开度，进而控制自动吹氧，节约了人工成本。
具体而言，包括下述步骤：
s1吹氧准备，重量清零；
s2超过死区重量；
s3出水完毕，准备拉出。
硅水出炉时将吹氧分为三个阶段，分别为吹氧准备，重量清零；超过死区重量；出水完毕，准备拉出；此三个阶段主要是针对工业硅间歇性出炉精炼环节所做的优化，每个阶段分别对应具体的调节逻辑及相应的参考值。
具体而言，第一步吹氧准备，重量清零：关闭氧气电动阀门3、开启空气电动阀门1，通过空气管道通入空气，设计空气流量的参数值，将地秤6上累积硅水的重量置零，称量硅包5中硅水的重量，设计重量参数值，当硅包5中硅水的重量超过设定数值后此阶段结束。
具体而言，第一步中设计的空气流量的参数值为60Nm3/h，设计的地秤6的重量参数值为0.25吨。
具体而言，第二步超过死区重量：开启空气电动阀门1和氧气电动阀门3，此阶段为硅包5中的硅水刚没过包心至硅水放满硅包5，设定空气流量的初始参数值，设定氧气流量的初始参数值，设计参考温度值区间，当硅水温度未到达设定值下区间时，硅水每增加0.1吨，氧气流量相应增加数值A、空气流量相应降低数值B，当硅水温度超过设定值上区间后，在此时的基础上氧气流量相应降低数值C、空气流量相应增加数值D，当硅水温度降低到设定值下区间以下时，按照硅水重量增加配置氧气、空气流量，直至出炉结束。
具体而言，第二步中空气流量的初始参数值为22Nm3/h，氧气流量的初始参数值为18Nm3/h，设计参考温度值为1550-1552℃；数值A为6Nm3/h、数值B为4Nm3/h、数值C为5Nm3/h、数值D为6Nm3/h。
具体而言，第三步出水完毕，准备拉出：此阶段为拉出硅包5，准备浇铸定模阶段，此阶段需将氧气流量设定为固定数值15Nm3/h，空气流量设定为固定数值1Nm3/h，直至浇铸完毕。
设备器件：
空气电动阀门1和氧气电动阀门3为可编程电动阀，其主要作用为替换空气管路及氧气管路的手动调节阀，电动阀开度信号传输至DCS系统控制端；
空气涡街流量计2和氧气涡街流量计4分别安装在空气管道与氧气管道上，测量流向硅包5的空气与氧气的实际流量，空气涡街流量计2和氧气涡街流量计4的信号传输至DCS系统控制端；
硅包车地秤6是安装在硅包车上部，用来测量硅包中硅水的重量，并将信号传输至DCS系统控制端；
温度测量设备是安装在硅包5上方，用来采集硅水温度，并将温度信号传输至DCS系统控制端；
DCS系统控制端将收集的数据信号按照控制逻辑整合输出，控制电动阀门开度，完成自动吹氧工作。
工作原理：本发明通过硅包5中硅水重量及硅水温度的变化联锁可以精确地调整氧气与空气的流量，克服人工吹氧手动调节氧气管道阀门开度与空气管道阀门开度时流量不精确的情况，且可以计算混合气体中空气与氧气的比例；
出炉过程中可以根据硅水重量及时调整氧气与空气的流量，增加混合气体在硅包5中与硅水的接触面积，使得硅水中的杂质与氧气反应更充分，提高精炼环节除钙和除铝的能力；
出炉过程中当硅包5中硅水温度过高时可以自动调整增加空气的流量，降低氧气的流量，使硅包5中硅水的温度降低，保护硅包5，防止穿包。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于：方法采用的设备包括地秤(6)、硅包(5)、测温设备(7)、空气电动阀门(1)、空气涡街流量计(2)、氧气电动阀门(3)和氧气涡街流量计(4)，所述硅包(5)设置于地秤(6)上，所述硅包(5)上方设有测温设备(7)，所述硅包(5)外壁下端固定连通有连接管，所述连接管末端固定连通有空气管道与氧气管道，所述空气管道与氧气管道中部上分别固定装配有空气涡街流量计(2)和氧气涡街流量计(4)，所述空气管道与氧气管道下端上分别固定装配有空气电动阀门(1)和氧气电动阀门(3)，所述空气电动阀门(1)、空气涡街流量计(2)、氧气电动阀门(3)、氧气涡街流量计(4)、地秤(6)和测温设备(7)均电连接有DCS系统控制端。
2.根据权利要求1所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于，包括下述步骤：
s1吹氧准备，重量清零；
s2超过死区重量；
s3出水完毕，准备拉出。
3.根据权利要求1所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于，第一步吹氧准备，重量清零：关闭氧气电动阀门(3)、开启空气电动阀门(1)，通过空气管道通入空气，设计空气流量的参数值，将地秤(6)上累积硅水的重量置零，称量硅包(5)中硅水的重量，设计重量参数值，当硅包(5)中硅水的重量超过设定数值后此阶段结束。
4.根据权利要求3所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于：第一步中设计的空气流量的参数值为60Nm3/h，设计的地秤(6)的重量参数值为0.25吨。
5.根据权利要求1所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于，第二步超过死区重量：开启空气电动阀门(1)和氧气电动阀门(3)，此阶段为硅包(5)中的硅水刚没过包心至硅水放满硅包(5)，设定空气流量的初始参数值，设定氧气流量的初始参数值，设计参考温度值区间，当硅水温度未到达设定值下区间时，硅水每增加0.1吨，氧气流量相应增加数值A、空气流量相应降低数值B，当硅水温度超过设定值上区间后，在此时的基础上氧气流量相应降低数值C、空气流量相应增加数值D，当硅水温度降低到设定值下区间以下时，按照硅水重量增加配置氧气、空气流量，直至出炉结束。
6.根据权利要求5所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于：第二步中空气流量的初始参数值为22Nm3/h，氧气流量的初始参数值为18Nm3/h，设计参考温度值区间为1500-1552℃；数值A为6Nm3/h、数值B为4Nm3/h、数值C为5Nm3/h、数值D为6Nm3/h。
7.根据权利要求1所述的一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法，其特征在于：第三步出水完毕，准备拉出：此阶段为拉出硅包(5)，准备浇铸定模阶段，此阶段需将氧气流量设定为固定数值15Nm3/h，空气流量设定为固定数值1Nm3/h，直至浇铸完毕。
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