一种VOD工艺冶炼自动控制方法与流程

本发明公开了一种vod工艺冶炼自动控制方法，属于钢铁冶金技术领域，适用于vod工艺冶炼工艺自动控制技术。

背景技术：

vod精炼法即真空氧气脱碳法是现阶段国内外生产不锈钢所广泛采用的工艺方法。vod法是在真空减压条件下进行顶吹氧气脱碳，并通过包底吹氩促进钢液循环。vod法通过加入合金调整钢液成分以满足终点元素成分要求。

目前国内钢铁企业总体自动化水平较低，有关vod法冶炼过程的自动控制技术尚未发现相关技术报到。vod冶炼过程涉及到底吹、真空、加料、吹氧等复杂的操作过程，一级基础自动控制系统(一级)与二级过程控制系统(二级)相结合可以实现vod法冶炼过程的自动控制。

技术实现要素：

为了解决vod法冶炼过程的自动化控制问题，本发明公开了一种vod工艺冶炼自动控制方法。该方法可以统一将vod冶炼过程涉及的底吹、真空、加料等操作集中在二级过程控制系统进行控制，并通过一级基础自动化系统进行实施，实现vod冶炼过程的自动控制，提高冶炼的自动化水平。

本方法控制步骤如下：

步骤一、炉次开始后，二级监控模型通过计算公式计算冶炼吹氧量，并将冶炼吹氧量下发至一级基础自动化系统；

步骤二、通过一级基础自动化系统控制罐盖下降，二级监控模型实时监测罐盖下降状态，监测到罐盖下降完毕状态后进行如下控制操作：1)，二级监控模型下发底吹流量值flow1至一级基础自动化系统；2)，二级监控模型下发真空泵级pump1至一级基础自动化系统；3)，二级监控模型下发“真空开始”指令至一级基础自动化系统；

步骤三、一级基础自动化系统接收到“真空开始”指令后，执行开始抽真空操作并执行底吹流量flow1、真空泵级控制参数pump1；

步骤四、二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空开始后，进入“真空开始”阶段，下发吹氧开始指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行吹氧至吹氧量达到计算冶炼吹氧量后停吹；

步骤五、二级监控模型实时监测吹氧状态，监测到吹氧结束(氧气停吹)状态后，进入“真空脱气脱碳”阶段并开始计时，同时进行如下控制操作：下发底吹流量值flow2至一级基础自动化系统；下发真空泵级pump2至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量flow2、真空泵级控制参数pump2；

步骤六、二级监控模型实时监测尾气co含量及氧浓度差电池电势值，当“真空脱气脱碳”阶段时长达到钢种标准且尾气co含量达到钢种标准、氧浓度差电池电势值达到钢种标准后，进入“合金化”阶段，二级监控模型调用合金模型计算合金化所需合金量并下发合金种类、重量至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行合金加料操作；

步骤七、二级监控模型实时监测合金加料状态，监测到全部合金加入完毕后，进入“合金循环”阶段，二级监控模型开始计时同时进行如下控制操作：下发底吹流量值flow3至一级基础自动化系统；下发真空泵级pump3至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量flow3、真空泵级控制参数pump3；

步骤八、当“合金循环”阶段时长达到钢种标准tcyc后，二级监控模型下发“真空结束”指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行关闭抽真空操作；二级监控模型下发底吹流量值flow4至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行底吹流量控制参数值flow4；

步骤九、二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空结束状态后，二级监控模型下发罐盖提升指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行罐盖提升操作。罐盖提升完毕后，vod冶炼自动控制过程结束。

所述的吹氧量计算公式为：vo2＝(a×cini-b×caim+c)×wsteel。式中：vo2，吹氧量，nm³；a，计算系数，取值范围为7-9；b，计算系数，取值范围9-11；c，计算系数，取值范围5.2-6.2；cini，初始碳含量，单位％；caim，目标碳含量，单位％；wsteel，实际钢水重量，单位t。

所述的初始碳含量可以为vod炉进站化验碳含量，也可以为前一工序的出站化验碳含量。

所述的flow1取值为100-200nm³/h，所述的pump1值取泵级4-5。

所述的flow2取值为200-300nm³/h，所述的pump2值取泵级4-5。

所述的flow3取值为100-200nm³/h，所述的pump3值取泵级5-6。

所述的flow4取值为50-100nm³/h。

所述的flow1、flow2、flow3、flow4可以根据钢种需求在二级监控模型进行配置。

所述的pump1、pump2、pump3可以根据钢种需求在二级监控模型进行配置。

所述的尾气co含量钢种标准取值范围为0-10，单位％，所述的氧浓度差电池电势值钢种标准取值范围5-50，单位mv。

所述的tcyc取值范围为5-10，单位min。

该方法的优点在于：

1)可以实现冶炼阶段的自动判断、自动跟踪；

2)可以实现控制参数的自动下发、自动执行，可以有效降低操作员工作强度、显著提高自动化水平；

3)采用模式化冶炼方式，可以有效提高冶炼的标准化水平。

附图说明

图1为本发明所述自动控制流程图。

具体实施案例

案例一：

本炉次钢水重量150t，初始碳含量cini＝0.2％，目标碳含量caim＝0.03％。吹氧量计算公式

参数取值：vo2＝(8×cini-10×caim+5.85)×wsteel。

如图1所述的控制流程，实施过程如下：

1.步骤一：炉次开始后，二级监控模型通过计算公式计算冶炼吹氧量vo2＝(8×0.2-10×0.03+5.85)×150＝1072nm³，二级监控模型下发该值至一级基础自动化系统；

2.步骤二：通过一级基础自动化系统控制罐盖下降，二级监控模型实时监测罐盖下降状态，监测到罐盖下降完毕状态后进行如下控制操作：1)，二级监控模型下发底吹流量值200nm³/h至一级基础自动化系统；2)，二级监控模型下发真空泵级5至一级基础自动化系统；3)，二级监控模型下发“真空开始”指令至一级基础自动化系统；

3.步骤三：一级基础自动化系统接收到真空开始指令后，执行开始抽真空操作并执行底吹流量200nm³/h、真空泵级控制参数泵级5；

4.步骤四：二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空开始后，进入“真空开始”阶段，下发吹氧开始指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行吹氧至吹氧量达到计算冶炼吹氧量后停吹；

5.步骤五：二级监控模型实时监测吹氧状态，监测到吹氧结束(氧气停吹)状态后，进入“真空脱气脱碳”阶段并开始计时，同时进行如下控制操作：下发底吹流量值300nm³/h至一级基础自动化系统；下发真空泵级6至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量300nm³/h、真空泵级控制参数6；

6.步骤六：二级监控模型实时监测尾气co含量及氧浓度差电池电势值，当“真空脱气脱碳”阶段时长达到钢种标准且尾气co含量达到钢种标准5％、氧浓度差电池电势值达到钢种标准5mv后，进入“合金化”阶段，二级监控模型调用合金模型计算合金化所需合金量并下发合金种类、重量至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行合金加料操作；

7.步骤七：二级监控模型实时监测合金加料状态，监测到全部合金加入完毕后，进入“合金循环”阶段，二级监控模型开始计时同时进行如下控制操作：下发底吹流量值200nm³/h至一级基础自动化系统；下发真空泵级6至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量200nm³/h、真空泵级控制参数6；

8.步骤八：当“合金循环”阶段时长达到钢种标准10min后，二级监控模型下发“真空结束”指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行关闭抽真空操作；二级监控模型下发底吹流量值100nm³/h至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行底吹流量控制参数值100nm³/h；

9.步骤九：二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空结束状态后，二级监控模型下发罐盖提升指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行罐盖提升操作。罐盖提升完毕后，vod冶炼自动控制过程结束。

案例二：

本炉次钢水重量150t，初始碳含量cini＝0.6％，目标碳含量caim＝0.05％。吹氧量计算公式参数取值：vo2＝(8×cini-10×caim+5.85)×wsteel。

如图1所述的控制流程，实施过程如下：

1.步骤一：炉次开始后，二级监控模型通过计算公式计算冶炼吹氧量vo2＝(8×0.6-10×0.05+5.85)×150＝1522nm³，二级监控模型下发该值至一级基础自动化系统；

2.步骤二：通过一级基础自动化系统控制罐盖下降，二级监控模型实时监测罐盖下降状态，监测到罐盖下降完毕状态后进行如下控制操作：1)，二级监控模型下发底吹流量值100nm³/h至一级基础自动化系统；2)，二级监控模型下发真空泵级4至一级基础自动化系统；3)，二级监控模型下发“真空开始”指令至一级基础自动化系统；

3.步骤三：一级基础自动化系统接收到真空开始指令后，执行开始抽真空操作并执行底吹流量100nm³/h、真空泵级控制参数泵级4；

4.步骤四：二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空开始后，进入“真空开始”阶段，下发吹氧开始指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行吹氧至吹氧量达到计算冶炼吹氧量后停吹；

5.步骤五：二级监控模型实时监测吹氧状态，监测到吹氧结束(氧气停吹)状态后，进入“真空脱气脱碳”阶段并开始计时，同时进行如下控制操作：下发底吹流量值200nm³/h至一级基础自动化系统；下发真空泵级6至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量200nm³/h、真空泵级控制参数6；

6.步骤六：二级监控模型实时监测尾气co含量及氧浓度差电池电势值，当“真空脱气脱碳”阶段时长达到钢种标准且尾气co含量达到钢种标准10％、氧浓度差电池电势值达到钢种标准30mv后，进入“合金化”阶段，二级监控模型调用合金模型计算合金化所需合金量并下发合金种类、重量至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行合金加料操作；

7.步骤七：二级监控模型实时监测合金加料状态，监测到全部合金加入完毕后，进入“合金循环”阶段，二级监控模型开始计时同时进行如下控制操作：下发底吹流量值100nm³/h至一级基础自动化系统；下发真空泵级6至一级基础自动化系统；一级基础自动化系统接收到并执行底吹流量100nm³/h、真空泵级控制参数6；

8.步骤八：当“合金循环”阶段时长达到钢种标准6min后，二级监控模型下发“真空结束”指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行关闭抽真空操作；二级监控模型下发底吹流量值50nm³/h至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行底吹流量控制参数值50nm³/h；

9.步骤九：二级监控模型实时监测真空状态，监测到真空结束状态后，二级监控模型下发罐盖提升指令至一级基础自动化系统，一级基础自动化系统执行罐盖提升操作。罐盖提升完毕后，vod冶炼自动控制过程结束。