LF-RH工序钢水温度预控装置及方法与流程

本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种lf-rh工序钢水温度预控装置及方法，属于自动化控制技术领域。

背景技术

rh精炼是炼钢工序中极其重要的工序，具有脱碳、脱氧、合金化、去除金属夹杂和有害气体等功能，是冶炼高等级钢种必不可少的一道工序，尤其是生产超低碳、低碳钢以及洁净钢的关键工序。在生产超低碳、低碳钢以及洁净钢的过程中，一般其前道工序为lf精炼炉，后道工序是连铸，因此精确控制rh钢水温度，确保连铸浇铸时钢水温度在工艺要求的范围内相当重要，但是现有技术中方案均没有实现预测钢水温度，因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种炼钢连铸过程质量实时跟踪及控制方法，该方案通过跟踪rh冶炼过程中的各种事件以及相关数据来实时预测钢水温度，实现了温度在线计算或温度预测，精确控制了rh钢水温度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种lf-rh工序钢水温度预控装置，其特征在于，所述预控装置包括数据收集模块、连铸浇铸温度计算模块、钢水自然温降计算模块、rh脱碳温升计算模块、rh脱气温降计算模块、rh铝脱氧温升计算模块、lf电极升温计算模块以及废钢降温计算模块；

所述的数据收集模块：用于收集钢水的相关数据，供其它模块的计算；

所述的连铸浇铸温度计算模块：用于计算钢水浇铸时需要钢水的温度；

所述的钢水自然温降计算模块：计算自然条件下钢水在钢包中的温降；

所述的rh脱碳温升计算模块：计算rh在脱碳过程中的温升；

所述的rh脱气温降计算模块：计算rh在脱气过程中的温降；

所述的rh铝脱氧温升计算模块：计算rh在脱氧过程中的温升；

所述的lf电极升温计算模块：计算在lf工位需要采用电极加热所需要的升温；

所述的废钢降温计算模块：计算钢水降温需要的加入的废钢量。

数据收集模块收集生产过程中已有的相关数据如钢水重量、温度、成份以及相关的目标值，作为其他的计算模块的输入参数；连铸浇铸温度计算模块是计算连铸开浇时的目标温度；rh脱碳温升计算模块、rh脱气温降计算模块、rh铝脱氧温升计算模块用于计算温度、成份等要达到目标值需要进行操作带来的温度变化值；lf电极升温计算模块、废钢降温计算模块用于按照正常的理想状态时的生产时需要lf电极升温或废钢降温的计算。

一种lf-rh工序钢水温度预控方法，其特征在于，所述预控方法包括以下步骤：

1）根据炼钢生产的计划安排，确定当前需要计算的炉次；

2）数据收集模块收集炉次钢水生产过程中的相关数据，供以下步骤计算使用；

3）连铸浇铸温度计算模块利用步骤2收集的相关数据，计算当前炉次浇铸时的钢水温度；

4）钢水自然温降计算模块计算当前到浇铸开始时的钢水温降；

5）rh脱碳温升计算模块计算达到目标碳时rh脱碳带来的钢水温度升高量；

6）rh脱气温降计算模块计算rh脱气带来的钢水温降；

7）rh铝脱氧温升计算模块计算rh脱氧所带来的钢水温度升高量；

8）lf电极升温计算模块计算lf电极加热需要的温升；

9）废钢降温计算模块计算钢水降温需要的加入的废钢量。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中计算当前炉次浇铸时的钢水温度，具体如下，钢水上连铸平台浇铸时，钢水温度与钢种有关，采用在系统中设定固定表格，将各钢种对应的钢水温度上下限以及首炉的温度提升量都预存在表格中，在需要时在表格中查找，查表得到钢水的浇铸时的目标温度上下限tccmin和tccmax以及首炉的温度提升量δtcc，如果是浇次的首炉，连铸浇铸是一个连续的生产过程，一个浇次就是一个一个连续的生产过程，则

tccmin=tccmin+δtcc；

tccmax=tccmax+δtcc。

作为本发明的一种改进，所述步骤4）中钢水自然温降计算模块计算当前到浇铸开始时的钢水温降；具体如下，钢水在钢包中，存放在自然条件下必将带来自然温降tnaturaldown；

tnaturaldown=δtnaturaldow*t；

其中，t指的是当前时刻到钢水开始浇铸时的时间间隔；

δtnaturaldow指的是单位时间内钢水在自然条件下的温降，为0.3～1.0⁰c/min之间。

大小不同的钢包该参数也略有不同。

作为本发明的一种改进，所述步骤5）中具体如下，

由于rh在脱碳生产过程中，产生大量的热，造成钢水温度升高较大，因此rh脱碳温升的计算比较重要。

tdc=（cini-caim）*δtdc；

其中，δtdc：脱碳反应脱去单位[c]影响每吨钢水的温度系数；

cini：钢水初始成分的碳含量；

caim：钢水目标成分的碳含量。

作为本发明的一种改进，所述步骤6）具体如下：

利用抽真空达到钢水脱气的目的，脱气过程一般需要1.5个循环周期，每个循环周期与rh炉大小以及抽真空的真空度有关。

tdgas=δtdgas*t；

t：抽真空脱气时间，一般采用1.5个循环周期；

δtdgas：钢水脱气时单位时间的温降。

作为本发明的一种改进，所述步骤7）具体如下，由于本技术是一种预控性技术，rh生产前进行预控，故rh脱碳后脱氧前的钢水氧含量的数据还没有，钢水氧含量一般与碳含量有关，故只能采用标准数据。本技术采用系统中设定固定表格，将各钢种对应的rh脱碳后的钢水氧含预存在表格中，在需要时在表格中查找。

tdo=（oini-oaim）*δtdo；

其中，oini：钢水初始氧含量；

oaim：钢水目标氧含量；

δtdo：脱去单位氧含量吨钢温度升高度数。

作为本发明的一种改进，所述步骤8）lf电极升温计算模块计算lf电极加热需要的温升；具体如下，

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown

如果tcal<tccmin，则需要计算lf电极加热的温升量；

tele=tccmin-tcal；

其中，tele：需要lf电极加热的温升量；

tccmin：浇铸时的钢水温度下限值；

tdgas：rh脱气时的钢水温降；

tdc：rh脱碳时的温升；

tnaturaldown：钢水的自然温降；

tnow：当前钢水的温度；

如果tele<=0，则tele=0，不需要电极加热。

作为本发明的一种改进，所述步骤9）废钢降温计算模块计算钢水降温需要的加入的废钢量；具体如下，

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown；

如果tcal>tccmax，则需要计算钢水降温需要的加入的废钢量

wscrap=（tcal-tccmax）*wsteel/δtscrap；

其中，wscrap：计算钢水降温需要的加入的废钢量；

wsteel：钢水重量；

δtscrap：单位废钢量吨钢降温度数，取值范围。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1）该技术方案实现了温度预控：用于在生产之前对生产的预测与安排，指导lf、rh工序的生产，有利于lf、rh工序生产精确控制；2）该技术方案实现了前后工序的联动：lf、rh工序生产的联动预控，根据后工序即将发生的生产工程，预控前工序的生产，并指导前道工序的生产，避免因前工序的生产不当造成的浪费而成本的增加（如lf工序电极加热造成钢水温度过高，需要加入废钢冷却钢水，从而炼钢成本的增加）；3）该技术方案在温度预控过程中，考虑了后工序（rh）的脱碳、脱气以及脱氧等造成的温度升降，从而指导前工序（lf）工序温度的预控；4）该技术方案实现了在转炉→lf→rh→连铸工序排程的lf→rh→连铸温度预控，通过本技术，实现了钢水温度的预控，使得生产过程的温度控制更加精准，提高目标温度的命中率，减少相关物料的消耗，能有效的调节生产节奏，提高钢水质量，钢水终点温度的命中率提高了5%；5）该技术方案成本较低，便于大规模的推广应用。

附图说明

图1为炼钢生产工序图；

图2为系统模块逻辑关系图；

图中：1、数据收集模块，2、连铸浇铸温度计算模块，3、钢水自然温降计算模块；4、rh脱碳温升计算模块；5、rh脱气温降计算模块；6、rh铝脱氧温升计算模块；7、lf电极升温计算模块；8、废钢降温计算模块。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1、图2，一种lf-rh工序钢水温度预控装置，所述预控装置包括数据收集模块、连铸浇铸温度计算模块、钢水自然温降计算模块、rh脱碳温升计算模块、rh脱气温降计算模块、rh铝脱氧温升计算模块、lf电极升温计算模块以及废钢降温计算模块；

所述的数据收集模块：用于收集钢水的相关数据，供其它模块的计算；

所述的连铸浇铸温度计算模块：用于计算钢水浇铸时需要钢水的温度；

所述的钢水自然温降计算模块：计算自然条件下钢水在钢包中的温降；

所述的rh脱碳温升计算模块：计算rh在脱碳过程中的温升；

所述的rh脱气温降计算模块：计算rh在脱气过程中的温降；

所述的rh铝脱氧温升计算模块：计算rh在脱氧过程中的温升；

所述的lf电极升温计算模块：计算在lf工位需要采用电极加热所需要的升温；

所述的废钢降温计算模块：计算钢水降温需要的加入的废钢量。

数据收集模块收集生产过程中已有的相关数据如钢水重量、温度、成份以及相关的目标值，作为其他的计算模块的输入参数；连铸浇铸温度计算模块是计算连铸开浇时的目标温度；rh脱碳温升计算模块、rh脱气温降计算模块、rh铝脱氧温升计算模块用于计算温度、成份等要达到目标值需要进行操作带来的温度变化值；lf电极升温计算模块、废钢降温计算模块用于按照正常的理想状态时的生产时需要lf电极升温或废钢降温的计算。

实施例2：参见图1、图2，一种lf-rh工序钢水温度预控方法，所述预控方法包括以下步骤：

1）根据炼钢生产的计划安排，确定当前需要计算的炉次；

2）数据收集模块收集炉次钢水生产过程中的相关数据，供以下步骤计算使用；

3）连铸浇铸温度计算模块利用步骤2收集的相关数据，计算当前炉次浇铸时的钢水温度；

4）钢水自然温降计算模块计算当前到浇铸开始时的钢水温降；

5）rh脱碳温升计算模块计算达到目标碳时rh脱碳带来的钢水温度升高量；

6）rh脱气温降计算模块计算rh脱气带来的钢水温降；

7）rh铝脱氧温升计算模块计算rh脱氧所带来的钢水温度升高量；

8）lf电极升温计算模块计算lf电极加热需要的温升；

9）废钢降温计算模块计算钢水降温需要的加入的废钢量。

所述步骤3）中计算当前炉次浇铸时的钢水温度，具体如下，钢水上连铸平台浇铸时，钢水温度与钢种有关，采用在系统中设定固定表格，将各钢种对应的钢水温度上下限以及首炉的温度提升量都预存在表格中，在需要时在表格中查找，查表得到钢水的浇铸时的目标温度上下限tccmin和tccmax以及首炉的温度提升量δtcc，如果是浇次的首炉，连铸浇铸是一个连续的生产过程，一个浇次就是一个一个连续的生产过程，则

tccmin=tccmin+δtcc；

tccmax=tccmax+δtcc。

所述步骤4）中钢水自然温降计算模块计算当前到浇铸开始时的钢水温降；具体如下，钢水在钢包中，存放在自然条件下必将带来自然温降tnaturaldown；

tnaturaldown=δtnaturaldow*t；

其中，t指的是当前时刻到钢水开始浇铸时的时间间隔；

δtnaturaldow指的是单位时间内钢水在自然条件下的温降，为0.3～1.0⁰c/min之间。

大小不同的钢包该参数也略有不同。

所述步骤5）中具体如下，

由于rh在脱碳生产过程中，产生大量的热，造成钢水温度升高较大，因此rh脱碳温升的计算比较重要。

tdc=（cini-caim）*δtdc；

其中，δtdc：脱碳反应脱去单位[c]影响每吨钢水的温度系数；

cini：钢水初始成分的碳含量；

caim：钢水目标成分的碳含量。

所述步骤6）具体如下：

利用抽真空达到钢水脱气的目的，脱气过程一般需要1.5个循环周期，每个循环周期与rh炉大小以及抽真空的真空度有关。

tdgas=δtdgas*t；

t：抽真空脱气时间，一般采用1.5个循环周期；

δtdgas：钢水脱气时单位时间的温降。

所述步骤7）具体如下，由于本技术是一种预控性技术，rh生产前进行预控，故rh脱碳后脱氧前的钢水氧含量的数据还没有，钢水氧含量一般与碳含量有关，故只能采用标准数据。本技术采用系统中设定固定表格，将各钢种对应的rh脱碳后的钢水氧含预存在表格中，在需要时在表格中查找。

tdo=（oini-oaim）*δtdo；

其中，oini：钢水初始氧含量；

oaim：钢水目标氧含量；

δtdo：脱去单位氧含量吨钢温度升高度数。

所述步骤8）lf电极升温计算模块计算lf电极加热需要的温升；具体如下，

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown

如果tcal<tccmin，则需要计算lf电极加热的温升量；

tele=tccmin-tcal；

其中，tele：需要lf电极加热的温升量；

tccmin：浇铸时的钢水温度下限值；

tdgas：rh脱气时的钢水温降；

tdc：rh脱碳时的温升；

tnaturaldown：钢水的自然温降；

tnow：当前钢水的温度；

如果tele<=0，则tele=0，不需要电极加热。

所述步骤9）废钢降温计算模块计算钢水降温需要的加入的废钢量；具体如下，

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown；

如果tcal>tccmax，则需要计算钢水降温需要的加入的废钢量

wscrap=（tcal-tccmax）*wsteel/δtscrap；

其中，wscrap：计算钢水降温需要的加入的废钢量；

wsteel：钢水重量；

δtscrap：单位废钢量吨钢降温度数，取值范围。

应用实例：

以梅钢一炼钢3071253炉为例说明：

1．根据炼钢生产的计划安排，确定当前需要计算的炉次，当前计算的炉次为3071253；

2．数据收集模块收集炉次钢水生产过程中的相关数据，供以下步骤计算使用；

3．连铸浇铸温度计算模块利用步骤2收集的相关数据，计算当前炉次浇铸时的钢水温度；

当前炉次3071253的钢种为ap1361c1（梅钢称为出钢记号，钢种的一种划分方法），该炉次为当前浇次的首炉，查表得到tccmin为1560⁰c，tccmax为1580⁰c，δtcc为20⁰c；则tccmin为1580⁰c，tccmax为1600⁰c；

4．钢水自然温降计算模块计算当前到浇铸开始时的钢水温降；

根据梅钢一炼钢生产数据的统计，去除特殊情况，单位时间内钢水在自然条件下的温降为0.6⁰c/min，当前时刻为13:25:36，计划开始浇铸时刻为14:11:42，时间间隔为46.1分钟；

tnaturaldown=0.6*46.1

=27.66⁰c

5．rh脱碳温升计算模块计算达到目标碳时rh脱碳带来的钢水温度升高量；

tdc=（0.055-0.015）*330

=13.2⁰c

当前炉次当前碳含量为0.055%，目标碳含量为0.015%；

6．rh脱气温降计算模块计算rh脱气带来的钢水温降；

tdgas=δtdgas*t

=1.3*1.5*3.5

=6.8⁰c

7．rh铝脱氧温升计算模块计算rh脱氧所带来的钢水温度升高量；

在数据库中查找，ap1361c1对应的钢水氧含量为：790ppm，目标要求为0，则

tdo=（oini-oaim）*δtdo

=（790-0）*0.0375

=29.62⁰c；

根据梅钢一炼钢生产数据的统计，脱去单位氧的温度升高为0.0375⁰c；

8．lf电极升温计算模块计算lf电极加热需要的温升；

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown

=1630-6.8+13.2+29.62-27.66

=1638.36⁰c

tcal>tccmin，则不需要计算lf电极加热的温升量；

9．废钢降温计算模块计算钢水降温需要的加入的废钢量；

tcal=tnow-tdgas+tdc+tdo-tnaturaldown

=1638.36⁰c

tcal>tccmax，则需要计算钢水降温需要的加入的废钢量

wscrap=（tcal-tccmax）*wsteel/δtscrap

=1630-6.8+13.2+29.62-27.66

=（1638.36-1580）*156435/4500

=2029kg.

10．生产的实际情况

加入废钢2000kg，lf炉没有电机加热，终点碳0.015%，连铸浇铸时的温度是1595⁰c，

满足终点温度的要求。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。