一种无副枪无炉气检测一键式转炉自动炼钢方法与流程

本发明涉及一种无副枪无炉气检测一键式转炉自动炼钢方法，属于钢铁冶炼技术领域。

背景技术：

转炉自动炼钢技术就是根据铁水的成分、温度、重量以及计划钢种终点温度和成分要求，由二级计算机计算出炼钢过程需要的吹氧量、氧枪吹炼高度、底吹量以及辅料加入量，并由计算机自动控制氧枪高度和调节氧气流量及辅料的自动加入，在吹炼后期，通过副枪或其它检测手段获得钢水温度、成分等信息，再由二级计算机做出动态炼钢模型调整数据，以确保炼钢终点达到由二级计算机设定的命中区，从而实现炼钢实时动态自动控制。目前，国内大中型转炉的自动炼钢技术多采用转炉副枪和炉气定碳等动态检测装置，这种动态检测装置虽然其终点命中率较高，但还存在以下不足：①安装转炉副枪系统必须有副枪及探头更换设备的安装空间，但是，多数转炉不具备此条件；②资金投入大，一般平均每座转炉估算投资约为1000万元；③日常运行成本高，每炉钢消耗副枪探头2根，折合成本在2～3元/吨钢；④不能对造渣过程进行有效监测和控制，不能降低转炉喷溅率；⑤不能对终点[s]、[p]进行准确控制，由于[s]、[p]不符合成份要求而增加后吹次数。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无副枪无炉气检测一键式转炉自动炼钢方法，投资少，无运行成本，无论转炉吨位大小、设备装置水平差异，均可采用，冶炼过程能实时计算和显示转炉内钢水与炉渣的化学成份以及钢水的温度预测值，实现炼钢过程的有效监测和控制，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种无副枪无炉气检测一键式转炉自动炼钢方法，在没有副枪和炉气定碳动态检测装置前提条件下，通过建立钢水—炉渣—炉气相关联的热力学动能曲线模型系统，该模型系统使用帕纳马连卡а.g.的电子共价理论为基础来记录熔渣的性质，熔渣并没有仅仅看作成一套计量化学分子式，而是按照原子和共价电子描述的物相系统，把分子学说转为原子和电子学说，把复杂的分子反应系统和构造，作为以电子离子形式独立存在的物相方式，更准确完成炼钢过程中复杂反应的数学描述，计算钢水-炉渣-炉气的平衡状态；在冶炼过程中，通过采集实时枪位、氧压、氧流量和入炉辅料变化信息，每隔3-5秒钟实时计算和显示转炉内钢水与炉渣的化学成份以及钢水的温度预测值，并根据预测值自动进行枪位和加料控制，冶炼过程中根据炉渣中feo变化趋势，系统自动微调枪位，控制喷溅和溢渣，同时能对终点s、p进行监测和控制，实现转炉炼钢。

通过模型系统运行，采集运行操作数据和信息，利用计算机系统，建立和应用大数据，对炉次工艺参数进行梳理、归类、分析，模拟回归冶炼控制过程及调整因素，再次修正模型系统，使其更符合生产实际变化。

更具体的步骤如下：

采用二级计算机控制方案：一级基础自动化控制系统，由氧枪自动控制系统、加料自动控制系统、底吹自动控制系统、煤气回收自动控制系统、汽化冷却自动控制系统、除尘自动控制系统、转炉自动化仪表系统、天车称重定位系统和化验分析系统组成；功能是对转炉炼钢进行电气传动、数据采集、顺序控制、生产过程控制及人机对话，并完成与系统的数据通讯；二级过程计算机控制系统，由数据库服务器、附件服务器、数据采集器、二级工作站及其网络通讯系统组成，功能是接受和传递冶炼过程的所有信息，完成冶炼过程参数的计算，提供工艺解决方案，对冶炼过程进行监控和控制。

所述转炉炼钢，有三种控制模式：

a模式，即全自动一键式炼钢模式，按二级过程计算机控制系统给定的氧枪枪位，自动控制和跟踪枪位，按二级过程计算机控制系统给定氧气流量自动调节氧气流量，按二级过程计算机控制系统分批给定辅原料加入量，自动配料、分批加料；

b模式，即半自动炼钢模式，按二级过程计算机控制系统给定的氧枪枪位，自动控制和跟踪枪位，按二级过程计算机控制系统给定氧气流量自动调节氧气流量，二级过程计算机控制系统分批给定辅原料加入量，操作工手动控制加料；

c模式，即手动炼钢模式，氧枪枪位、氧气流量、辅原料加料均由操作工手动控制，二级过程计算机控制系统只给出氧枪枪位、氧气流量、辅原料加入时间和加入量的信息指令。

在冶炼过程中，三种控制模式可以自由转换。在控制模式转换过程中，该系统计算和预测不停止，继续跟踪记录炼钢设备上所有发生的事件并记录在冶炼报告中，以提供给管理人员进行生产和技术分析。

所述a模式，先是数据采集器采集入炉数据，包括冶炼钢种、入炉铁水重量、温度和成分、废钢种类和重量，再由模型系统根据预存的钢种冶炼方案和炼钢原辅材料的条件，条件包括成份、装入量，自动设计出一炉钢的冶炼方案，再向一级基础自动化控制系统发出指令，自动控制氧枪高度、氧气流量和辅原料的自动加入，在冶炼过程中，模型系统根据采集的氧气流量、氧枪高度、入炉辅原料种类和重量等实时数据，每3-5秒钟实时计算和显示转炉内钢水和渣的化学成份以及钢水的温度预测值，并根据预测值变化曲线，计算辅原料补加量；当炉内钢水成份、温度的计算预测值达到钢种出钢设定要求时，模型系统向一级自动化控制系统发出提枪指令，自动提出氧枪，完成一炉钢的冶炼任务。

本发明的有益效果是：在无副枪、无炉气定碳等动态检测装置的前提条件下，仍然可以实现转炉冶炼过程的动态自动控制，达到一键式自动炼钢控制水平。本发明适用范围广，设备投资少，无运行成本，并且能够对冶炼过程进行有效监测和控制，对降低转炉喷溅率也有明显作用。

附图说明

图1是本发明计算模型系统原理图；

图2是本发明转炉控制系统网络配置图；

图3是本发明工作示意图；

图4是本发明软件控制模块内容和工艺流程图；

图中标记如下：1.物料的数量和成份、温度和压力，2.钢水和炉渣量、成份和温度，3.钢水，4.炉渣，5.炉气，6.数据采集器，7.二级系统数据库服务器，8.二级工作站，9.二级系统附件服务器，10.氧枪工作站，11.加料工作站，12.化验分析系统服务器，13.天车称重系统服务器，14.化验分析数据采集器，15.天车称重通讯系统，16.仪表系统plc，17.铁水温度，18钢水温度，19.汽化冷却系统plc，20.加料控制系统plc，21.氧枪控制系统plc，22.转炉底吹系统plc，23.煤气回收系统plc，24.除尘系统plc，25.二级过程计算机控制系统，26.一级基础自动化控制系统，27.指令，28.氧枪开关手动控制位，29.氧枪开关自动控制位，30执行机构，31.转炉，32.氧枪，33.实时数据，34.统计分析模块，35.工艺设计组合体，36.过程工艺跟踪模块，37.模型动力适应模块，38.执行控制组合体，39.成分预报模块快，40.温度预报模块，41.冶炼可视化模块，42.确认钢种，43.选择冶炼模式，44.a模式，45.b模式，46.c模式，47.兑铁加废钢，48.输入废钢种类比例重量，49.开始吹炼，50.加料自动控制，51.氧枪自动控制，52.加料手动控制，53.氧枪手动控制，54.实时预测值，55.测温取样，56.出钢。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

一种无副枪无炉气检测一键式转炉自动炼钢方法，在没有副枪和炉气定碳动态检测装置前提条件下，通过建立钢水—炉渣—炉气相关联的热力学动能曲线模型系统，该模型系统使用帕纳马连卡а.g.的电子共价理论为基础来记录熔渣的性质，熔渣并没有仅仅看作成一套计量化学分子式，而是按照原子和共价电子描述的物相系统，把分子学说转为原子和电子学说，把复杂的分子反应系统和构造，作为以电子离子形式独立存在的物相方式，更准确完成炼钢过程中复杂反应的数学描述，计算钢水-炉渣-炉气的平衡状态；在冶炼过程中，通过采集实时枪位、氧压、氧流量和入炉辅料变化信息，每隔3-5秒钟实时计算和显示转炉内钢水与炉渣的化学成份以及钢水的温度预测值，并根据预测值自动进行枪位和加料控制，冶炼过程中根据炉渣中feo变化趋势，系统自动微调枪位，控制喷溅和溢渣，同时能对终点s、p进行监测和控制，实现转炉炼钢。

在图2中，在转炉模块室设置二级过程计算机控制系统25,包括二级系统数据库服务器7、二级系统附件服务器9，用于系统模型计算，及数据存储功能，同时设置数据采集器6一台，用于采集一级基础自动化控制系统26各plc数据。在转炉主控室设有一级系统氧枪工作站10一台，用于转炉炼钢氧枪操作，设有一级系统加料工作站11一台，用于转炉炼钢辅原料加料操作，设置二级系统工作站8一台，用于辅助炼钢操作。

在图2中，二级过程计算机控制系统数二级系统数据库服务器7、二级系统附件服务器9与数据采集器6、二级系统工作站8联网。铁水测温站的铁水温度17数据和转炉钢水温度18数据接至转炉自动化仪表系统plc16。数据采集器6与氧枪自动控制系统plc21联网，数据采集器6与加料自动控制系统plc20联网，数据采集器6与底吹自动控制系统plc22联网，数据采集器6与煤气回收自动控制系统plc23联网，数据采集器6与汽化冷却自动控制系统plc19联网，数据采集器6与除尘自动控制系统plc24联网，数据采集器6与转炉自动化仪表系统plc16联网，数据采集器6与天车系统服务器13联网，数据采集器6与化学分析服务器14联网。

在图4中，二级过程计算机控制系统25的软件控制模块内容：统计分析模块34、工艺设计组合体35、过程工艺跟踪模块36、模型动力适应模块37、执行控制组合体38、成分预报模块快39、温度预报模块40、冶炼可视化模块41。

在图4所示，冶炼前，对如图3所示的二级系统工作站8上所显示的冶炼“钢种”进行钢种确认42，如需更改，应打开二级系统工作站上“输入任务”对话框，点击选定要炼的“钢种”。在如图3所示的氧枪工作站10操作画面上选择冶炼模式43，有a模式44、b模式45和c模式46三种冶炼模式。

（1）当选择a模式44

即“氧枪、流量、加料”操作全部为计算机自动控制，操作工仅对冶炼过程的状态进行监控。

如图4所示，冶炼前，将如图3所示的氧枪操作转换开关转换到氧枪开关自动控制位29，上一炉溅渣护炉后，二级过程计算机控制系统25即给出下一炉一批料配料指令27（一批料为固定值，也可根据原料情况调整），如图3所示的一级基础自动化控制系统26执行机构30根据一批料指令27进行自动配料。溅渣后，进行兑铁加废钢47。加入废钢后，在如图3所示的二级系统工作站8上打开“炉料输入”对话框，按照废钢分类“废钢、渣铁、铁块”，人工输入各类废钢的比例重量48。二级过程计算机控制系统25通过将如图3所示的数据采集器6采集如图3所示的入炉原始数据1，并自动计算出一炉钢的冶炼方案，待如图3所示的二级系统工作站8出现开吹枪位后，在如图3所示的一级氧枪工作站10操作画面上点击“启动”按钮开始冶炼49。冶炼过程氧枪自动按二级过程计算机控制系统25设定枪位和氧流量进行氧枪自动控制51。开始冶炼时即氧枪下枪后，如图3所示的二级工作站8显示加料指令27，如图3所示的一级基础自动化控制系统26根据加料指令27，通过如图3所示的执行机构30进行加料自动控制50，一批料一般2分钟以内加完，然后二级过程计算机控制系统25根据如图3所示的入炉原始数据1计算的冶炼方案指令27，如图3所示的一级基础自动化控制系统26进行自动配二批料，并在冶炼3分半钟后开始二批料加料自动控制50，一般开吹后5分钟内一二批料全部加完。随着冶炼过程变化，二级过程计算机控制系统25周期性的采集氧枪抢位、流量、副原料加入量等如图3所示的实时数据33，每3-5秒钟实时计算并在如图3所示的二级工作站8显示转炉内钢水和炉渣的化学成份以及钢水温度的实时预测值54，并根据预测值变化曲线，计算辅原料补加量，并通过向如图3所示的一级基础自动化控制系统26发出指令27，自动调整氧枪高度、氧气流量、和加入各种附原料量。冶炼过程根据炉渣中(feo)变化趋势，二级过程计算机控制系统25自动微调枪位，控制喷溅和溢渣，同时能对终点[s]、[p]进行有效监测和控制。终点时按设定的预测碳含量和钢水温度自动提枪，提枪后自动转为c模式。此时，操作工应立即把如图3所示的氧枪操作转换开关转换到氧枪开关手动控制位28。倒炉测温取样55后，如果满足出钢条件，就进行出钢56操作，如未达到出钢设定要求，则根据终点情况，可用任意选择操作模式进行补吹后再出钢56。

（2）当选择b模式45

即“氧枪、流量”操作为计算机自动控制，“加料”操作，由操作工手动根据二级提示的指令进行手动加料控制。

如图4所示，冶炼前，将如图3所示氧枪操作转换开关转换到氧枪开关自动控制位29，溅渣后，进行兑铁加废钢47。加入废钢后，在如图3所示的二级系统工作站8上打开“炉料输入”对话框，按照废钢分类“废钢、渣铁、铁块”，人工输入各类废钢的比例重量48。二级过程计算机控制系统25通过将如图3所示的数据采集器6采集如图3所示的入炉原始数据1，并自动计算出一炉钢的冶炼方案，待将如图3所示的二级系统工作站8出现开吹枪位后，在如图3所示的一级氧枪工作站10操作画面上点击“启动”按钮开始冶炼49。冶炼过程氧枪自动按二级设定枪位和氧流量进行氧枪自动控制51。开始冶炼时即氧枪下枪后，如图3所示的二级系统工作站8给出原辅料“设定加入重量”和“加入时间”，操作工必须严格准确地按照二级自动化系统25给定的加料指令27，在如图3所示的一级加料工作站11画面上通过人机对话进行加料手动控制52。随着冶炼过程变化，二级过程计算机控制系统25周期性的采集氧枪抢位、流量、副原料加入量等如图3所示的实时数据33，每3-5秒钟实时计算并在如图3所示的二级工作站8显示转炉内钢水和渣的化学成份以及钢水温度的实时预测值54，并根据预测值变化曲线，计算辅原料补加量，并在如图3所示的二级工作站8上显示加料指令27，操作工根据指令27进行加料手动控制52。终点时按规定的预测碳含量和钢水温度自动提枪，提枪后自动转为c模式。此时，操作工应立即把如图3所示的氧枪操作转换开关转换到氧枪开关手动控制位28。倒炉测温取样55后，如果满足出钢条件，就进行出钢56操作，如未达到出钢要求，则根据终点情况，进行补吹后再出钢56。

（3）当选择c模式46

即“氧枪、流量、加料”操作全部由操作工根据计算机二级显示画面给定的指令手动控制操作。

如图4所示，冶炼前，将如图3所示氧枪操作转换开关转换到氧枪开关手动控制位28，溅渣后，进行兑铁加废钢47。加入废钢后，在如图3所示的二级系统工作站8上打开“炉料输入”对话框，按照废钢分类“废钢、渣铁、铁块”，人工输入各类废钢的比例重量48。二级过程计算机控制系统25通过数据如图3所示的采集器6采集如图3所示的入炉原始数据1，并自动计算出一炉钢的冶炼方案。操作工手动下枪开始冶炼49。冶炼过程操作工根据如图3所示的二级工作站8显示画面上给定的“氧枪、流量、加料”指令27进行加料手动控制52和氧枪手动控制53。冶炼过程中，二级过程计算机控制系统25采集氧枪抢位、流量、副原料加入量等如图3所示的实时数据33，实时计算（每3-5秒钟）并在如图3所示的二级工作站8上显示转炉内钢水和渣的化学成份以及钢水温度的实时预测值54，并在如图3所示的二级系统工作站8上显示调整氧枪高度、氧气流量和辅原料补加量指令27，操作工参考指令27进行操作。终点时按规定的预测碳含量和钢水温度手动提枪。倒炉测温取样55后，如果满足出钢条件，就进行出钢56操作，如未达到出钢要求，则根据终点情况，进行补吹后再出钢56。