专利名称：转炉炼钢终点控制的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种转炉炼钢终点控制的系统。
背景技术：
转炉炼钢是目前主要的炼钢方式，其产钢量占总产钢量的60%以上，提高转炉炼钢的控制水平一直受到人们的重视，目前常用的转炉终点控制装置有副枪装置和静态模型计算装置，过程控制装置有声纳化渣仪。静态模型计算装置根据目标钢种的要求和原料的初始信息，确定吹炼方案和辅料加入量，但是由于吹炼过程中存在不确定性，终点命中率一般小于60 %。副枪装置在接近冶炼终点时，使用副枪探头測定测量熔池温度和熔池碳含量，调整加料操作，大大提高了冶炼终点命中率，但是副枪设备价格昂贵，且只能适合于120t以上的转炉，同时探头消耗巨大。声纳化渣装置是根据顶吹超音速氧枪产生的噪音在炉渣中传播，随着炉渣厚度增カロ，噪音強度降低。当音频强度曲线走势接近或达到喷溅、返干预警线时，操作エ采取相应措施，防止喷溅、返干的发生。这种装置容易受转炉烟罩下降及炉ロ积渣的影响，限制了其控制效果。在现有技术中静态模型计算装置終点命中率过低，副枪装置经济性差，不能适合120吨以下的转炉冶炼，声纳化渣装置仅仅适用于过程控制。因此，开发ー种经济性好，終点命中率高的终点控制装置，对于提高转炉冶炼自动化水平具有重大意义。
发明内容根据本实用新型的ー个方面，提供了一种转炉炼钢终点控制的系统，该系统包括エ业控制计算机，用于计算脱碳氧效率值，并在脱碳氧效率值小于预定值时计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令；转炉控制系统，包括转炉系统控制器、加料系统、和氧枪系统，其中转炉系统控制器连接エ业控制计算机、加料系统、和氧枪系统，用于控制加料系统根据エ业控制计算机确定的冷却剂或增碳剂添加量来添加冷却剂或增碳剂，控制氧枪系统根据的エ业控制计算机确定的后续冶炼需要的吹氧量来控制吹氧操作。进ー步地，该控制系统还包括气体分析控制系统，用于检测炉气中各成分的浓度以及炉气流量；气体分析控制系统包括炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及炉气分析控制器，其中，炉气浓度分析装置，用于检测炉气中各成分的浓度；炉气分析控制器连接炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及エ业控制计算机，用于将检测到的炉气中各成分的浓度和炉气流量传送给エ业控制计算机。进ー步地，炉气浓度分析装置包括取样探头，安装在一文前的转炉烟道转弯处，用于对炉气进行初步除尘；气体预处理装置，用于对炉气进行预处理；质谱仪，用于测定炉气中各成分的浓度。进ー步地，氧枪系统包括氧枪控制装置和氧枪，其中氧枪控制装置用于控制氧枪进行吹氧操作，并检测转炉吹氧量；加料系统中还包括用于检测加料量的部件；转炉系统控制器包括数据获取装置、数据收发装置、和控制装置，数据获取装置用于获取转炉吹氧量和加料量，数据收发装置用于将转炉吹氧量和加料量传送给エ业控制计算机，控制装置用于向氧枪控制装置和加料系统发送控制指令。进ー步地，エ业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，计算装置，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率 变化率；输出装置，用于根据转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率输出喷溅预报信息或返干预报信息；转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件，转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。进ー步地，该控制系统还包括炉气分析数据库系统，连接エ业控制计算机，用于保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；エ业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，计算装置，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量计算炉渣氧势；输出装置，用于按照转炉吹氧量信息从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件；转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。进ー步地，エ业控制计算机还包括实时计算装置和实时输出装置，其中，实时计算装置用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度；实时输出装置用于实时输出熔池实时成分含量和熔池实时温度。根据本实用新型的技术方案，可以计算得出熔池碳含量和熔池温度，而不是直接通过副枪探头直接測定冶炼后期的碳含量和熔池温度，避免使用消耗巨大的副枪探头和造价昂贵的副枪设备，同时保证了冶炼终点的高命中率。并且根据炉气成分信息、炉气流量信息、以及转炉吹氧量信息计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率或者炉渣氧势来预报喷溅、返干的异常炉况，实现了过程控制，提高了冶炼过程的稳定性，減少了冶炼过程中的不确定因素，也从另一方面提高了终点控制的控制精度。
说明书附图用来提供对本实用新型的进ー步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图I是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的方法的示意图；[0019]图2是根据本实用新型实施例的炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；图3是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的方法的流程图；图4是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的装置的主要组成模块示意图；图5是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的系统的示意图；图6是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的系统中エ业控制计算机的第一种结构示意图；图7是根据本实用新型实施例的转炉炼钢终点控制的系统中エ业控制计算机的第二种结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将參考附图并结合实施例来详细说明本发明。图I是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的方法的示意图，如图I所示，该方法主要包括如下步骤步骤Sll :脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；步骤S13 :根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；按照后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；步骤S15 :重复计算熔池碳含量和熔池温度，判断重复计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度是否一致，不一致时重复该步骤S15 ；步骤S17 :计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致吋，发出停止冶炼的指令。步骤Sll中脱碳氧效率值小于预定值时的条件中，预定值可以按照转炉的情况进行设定，一般取值为最大脱碳氧效率值的O. 94倍至O. 97倍；步骤Sll之前还可以包括根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度；根据目标钢种要求和原料成分及原料温度，确定初始冶炼方案，并执行初始冶炼方案。其中，原料成分及原料温度包括铁水成分及温度、废钢成分及温度、辅料成分及温度，初始冶炼方案包括配料方案、吹氧制度和造渣制度。目标钢种的要求决定了熔池目标碳含量和熔池目标温度。步骤S13还可以根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出。根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。其中炉渣氧势、熔池碳含量、熔池硅含量、熔池锰含量和熔池磷含量的计算基于炉气中各成分的浓度、炉气流量，根据瞬时物料平衡进行计算，以碳含量计算为例熔池含碳量Cm = Ct/ffm,其中Ct为当前熔池含碳量,单位为kg ；Cm为熔池含碳量,单位为kg ；ffm为熔池重量，单位为kg ;ct的计算公式为 = -[(—)·^,
t dt在上式中，Ci为入炉碳含量，单位为kg为从冶炼开始到当前时刻脱出的
碳，単位为kg 为脱碳速率，单位为kg，可根据炉气信息和加料信息进行计算，计算公式
为
dC _ (Qf ) ' [OPco ) + (tPco2 ) ] I つ dt ~22.4 其中(Qf) t为t时刻的炉气流量，单位为Nm3/s '{(pco)t、H为t时刻炉气中CO、CO2体积分数。熔池温度根据瞬时热量平衡进行计算(dQshuru) t = (dQshuchu) t，在公式中(dQshuru) t为t时刻瞬时输入热量，单位为J，WQshudJt为时刻瞬时输出热量，单位为J。脱碳氧效率值的计算可以为获取炉气成分中CO和CO2的含量、以及转炉吹氧量；根据CO和CO2的含量以及转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率；根据脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率，输出喷溅、返干异常炉况的预报信息；根据预报信息控制吹氧操作。获取炉气成分中CO和CO2的含量包括检测炉气中CO、CO2的体积分数以及炉气流量；根据体积分数和炉气流量得出炉气成分中CO和CO2的含量。
n (dC)t脱碳氧效率(R)的具体计算方法为'= ，在式中(dc)t为t时刻单位时间
(d02)t
脱碳量，其数值等于単位时间内炉气中co、co2的含碳量，单位为kg，(d02)t为t时刻单位时
间供氧量，单位为Nm3;进而，脱碳氧效率(R)的变化率为#。
at炉渣氧势(Os)指积累在炉渣中除去以SiO2形式存在的氧以外的氧，因为以SiO2形式存在的氧非常稳定，不再參与氧化反应。炉渣氧势值的计算公式为炉渣氧势=转炉吹氧量+辅料分解产生的氧量-硅氧化的耗氧量-碳氧化耗氧量，式中辅料分解产生的氧量、硅氧化的耗氧量、以及碳氧化的耗氧量均可以从CO和CO2的含量和加料量中直接得出。步骤Sll之前执行初始方案的步骤中，还可以包括基于炉气分析对转炉冶炼过程进行控制，过程控制包括两种方式方式一为根据脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。具体可以为当脱碳氧效率小于第一预设值，且脱碳氧效率变化率小于第二预设值吋，输出喷溅预报信息；当脱碳氧效率大于第三预设值，且脱碳氧效率变化率大于第四预设值时，输出返干预报信息。其中第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值是根据转炉实际冶炼情况，对脱碳氧效率及其变化率对应的炉况正常范围设定的预设值。以150t转炉为例，第一预设值为O. 55，第二预设值为-O. 0032,当脱碳氧效率小于O. 55，且脱碳氧效率变化率小于-O. 0032吋，输出喷溅预报信息；第三预设值为O. 68，第四预设值为O. 0036，当脱碳氧效率大于O. 68，且脱碳氧效率变化率大于O. 0036时，输出返干预报信息。方式ニ为按照转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。图2是根据本发明实施例的炉渣氧势和总吹氧量数据关系图，如图2所示，在炉渣氧势允许范围内，转炉炼钢过程稳定，无异常炉况发生，炉渣氧势高于炉渣氧势允许范围的上限，转炉发生喷溅情况，炉渣氧势低于炉渣氧势允许范围的下限，转炉发生返干情況。根据该关系图，就可以在输氧量确定的情况下，得到转炉正常炉况的炉渣氧势的允许范围，当实际炉渣氧势超出允许范围时，输出喷溅、返干异常炉况的预报信息井根据该信息进行相应控制操作。计算的炉渣氧势等于或者大于炉渣氧势允许范围的上限时，输出喷溅的预报信息；计算的炉渣氧势等于或者小于炉渣氧势允许范围的下限时，输出返干的预报信息。根据输出的喷溅预报信息，降低氧枪枪位以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，提高氧枪枪位以增加炉渣氧势。在步骤Sll中熔池含碳量的计算可以基于指数方法。冶炼后期熔池脱碳碳氧效率
与熔池碳含量满足公式
权利要求1.一种转炉炼钢终点控制的系统，其特征在于，包括エ业控制计算机和转炉控制系统，其中， 所述エ业控制计算机，用于计算脱碳氧效率值，并在脱碳氧效率值小于预定值时计算熔池碳含量和熔池温度，将所述熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当所述熔池碳含量和熔池温度与所述预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致吋，发出停止冶炼的指令； 所述转炉控制系统，包括转炉系统控制器、加料系统、和氧枪系统，其中所述转炉系统控制器连接所述エ业控制计算机、所述加料系统、和所述氧枪系统，用于控制所述加料系统根据所述エ业控制计算机确定的所述冷却剂或增碳剂添加量来添加冷却剂或增碳剂，控制所述氧枪系统根据的所述エ业控制计算机确定的所述后续冶炼需要的吹氧量来控制吹氧操作。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括气体分析控制系统，用于检测炉气中各成分的浓度和炉气流量； 所述气体分析控制系统包括炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及炉气分析控制器，其中， 所述炉气浓度分析装置，用于检测炉气中各成分的浓度； 所述炉气分析控制器连接所述炉气浓度分析装置、所述炉气流量检测计、以及所述エ业控制计算机，用于将检测到的所述炉气中各成分的浓度和所述炉气流量传送给所述エ业控制计算机。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述炉气浓度分析装置包括 取样探头，安装在一文前的转炉烟道转弯处，用于对炉气进行初步除尘； 气体预处理装置，用于对炉气进行预处理； 质谱仪，用于测定炉气中各成分的浓度。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在干， 所述氧枪系统包括氧枪控制装置和氧枪，其中所述氧枪控制装置用于控制所述氧枪进行吹氧操作，并检测转炉吹氧量； 所述加料系统中还包括用于检测加料量的部件； 所述转炉系统控制器包括数据获取装置、数据收发装置、和控制装置，所述数据获取装置用于获取所述转炉吹氧量和所述加料量，所述数据收发装置用于将所述转炉吹氧量和所述加料量传送给所述エ业控制计算机，所述控制装置用于向所述氧枪控制装置和所述加料系统发送控制指令。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述エ业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中， 所述计算装置，用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、和所述转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率； 所述输出装置，用于根据所述转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率输出喷溅预报信息或返干预报信息； 所述转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收所述喷溅预报信息或返干预报信息的部件， 所述转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据所述喷溅预报信息或返干预报信息向所述氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括炉气分析数据库系统，连接所述エ业控制计算机，用于保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图； 所述エ业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中， 所述计算装置，用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、所述转炉吹氧量、和所述加料量计算炉渣氧势； 所述输出装置，用于按照所述转炉吹氧量信息从所述炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的所述炉渣氧势允许范围与计算得出的所述炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息； 所述转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收所述喷溅预报信息或返干预报信息的部件； 所述转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据所述喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。
7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述エ业控制计算机还包括实时计算模块和实时输出模块，其中， 所述实时计算装置用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、所述转炉吹氧量、和所述加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度； 所述实时输出装置用于实时输出所述熔池实时成分含量和熔池实时温度。
专利摘要本实用新型提供了一种转炉炼钢终点控制的系统，用以解决现有技术中副枪设备的探头消耗大，适用性差的问题。该系统包括包括工业控制计算机和转炉控制系统，其中，工业控制计算机，用于计算熔池碳含量和熔池温度；确定需要添加的冷却剂量或增碳剂量和后续吹氧量，达到熔池目标碳含量和熔池目标温度时，发出停止冶炼的指令；转炉控制系统，包括转炉系统控制器、加料系统、和氧枪系统，用于根据工业控制计算机确定的冷却剂量或增碳剂量和后续吹氧量进行吹氧和加料操作。采用本实用新型的控制装置，有助于避免使用消耗巨大的副枪探头和造价昂贵的副枪设备，同时保证了冶炼终点的高命中率。
文档编号C21C5/30GK202401090SQ201120447020
公开日2012年8月29日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者刘卓民, 周存波, 田陆 申请人:田陆