专利名称：转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统。
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。喷溅、返干等异常炉况扰乱正常的冶炼操作，降低了金属收得率，影响脱磷效果，危害炉前操作人员的安全，因此，稳定冶炼过程，减少喷溅、返干的发生一直都是冶金工作者研究的目标。传统的转炉炼钢过程控制方法是人工观察炉渣状态。其步骤一般是观察炉口火焰特征，通过人工经验进行判断。操作工的个人经验和精神状态不同，则对喷溅、返干的控制能力也不同，而且火焰形态受风机、加料、底吹等的影响很大，因此，通过人工经验控制喷溅、返干效果不太理想，成功率大约在70%。目前用于转炉炼钢过程控制方法比较常见的设备是音频化渣仪，顶吹超音速氧枪产生的噪音在炉渣中传播，随着炉渣厚度增加，噪音强度降低。当音频强度曲线走势接近或达到喷溅、返干预警线时，操作工采取相应措施，防止喷溅、返干的发生。这种方法容易受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，限制了其控制效果。因此，开发一种适应性强，预报、控制准确率高的转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统，对提升当前炼钢水平具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统，以解决现有技术中控制方法受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，控制效果差的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转炉炼钢过程控制的方法。该控制方法包括步骤S11，获取炉气成分中CO和(X)2的含量、记录转炉吹氧量；步骤S13，根据CO和(X)2的含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；步骤S15，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；步骤S17，根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。进一步地，步骤11包括检测炉气中CO和(X)2的体积分数和炉气流量；根据体积分数和炉气流量得出炉气成分中CO和(X)2的含量。进一步地，步骤S15包括转炉脱碳氧效率小于第一预设值，且转炉脱碳氧效率变化率小于第二预设值时，输出喷溅预报信息；转炉脱碳氧效率大于第三预设值，且转炉脱碳氧效率变化率大于第四预设值时，输出返干预报信息。进一步地，步骤17包括根据输出的喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。根据本发明的一个方面，提供了一种转炉炼钢过程控制的装置，包括获取模块，用于获取炉气中CO和(X)2的含量；记录模块，用于记录转炉吹氧量；计算模块，用于根据CO和CO2的含量以及转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率；预报模块，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；控制模块，用于根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。进一步地，获取模块还用于检测炉气中CO和CO2的体积分数和炉气流量；根据体积分数和炉气流量得出炉气中CO和(X)2的含量。进一步地，预报模块还用于转炉脱碳氧效率小于第一预设值，且转炉脱碳氧效率变化率小于第二预设值时，输出喷溅预报信息；转炉脱碳氧效率大于第三预设值，且转炉脱碳氧效率变化率大于第四预设值时，输出返干预报信息。进一步地，控制模块还用于根据输出的喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。根据本发明的一个方面，提供了一种转炉炼钢过程控制的系统，包括炉气分析系统，用于检测炉气中各成分的浓度以及炉气流量；氧枪控制系统，用于控制转炉吹氧，获取转炉吹氧量，以及接收喷溅预报信息或返干预报信息，并根据喷溅预报信息或返干预报信息控制氧枪操作；工业控制计算机，与炉气分析系统和氧枪控制系统相连，用于获取炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量，根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量来计算得出转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率，根据计算得出的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，并将喷溅预报信息或返干预报信息传送给氧枪控制系统。进一步地，炉气分析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；炉气分析控制器与炉气浓度分析装置以及炉气流量检测计连接，用于将检测到的炉气中各成分的浓度和炉气流量传送给工业控制计算机。进一步地，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，设置在取样探头的下游，用于对炉气进行对炉气进行预处理；质谱仪，设置在气体预处理装置的下游，用于测定炉气中各成分的浓度。进一步地，氧枪控制系统包括氧枪控制器和氧枪装置，其中，氧枪控制器，连接工业控制计算机，包括接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件，根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪装置发送控制指令的部件，和将氧枪装置检测的转炉吹氧量传送给工业控制计算机的部件；氧枪装置，连接氧枪控制器，包括接收氧枪控制器的控制指令的部件、用于根据控制指令进行转炉吹氧操作的部件、以及检测转炉吹氧量的部件。进一步地，氧枪控制器还包括用于根据输出的喷溅预报信息，发出降低氧枪枪位控制指令的部件；用于根据输出的返干预报信息，发出提高氧枪枪位控制指令的部件。进一步地，氧枪控制器与工业控制计算机使用以太网方式连接。进一步地，氧枪控制器为可编程逻辑控制器。进一步地，工业控制计算机还包括用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量计算炉渣氧势的计算部件，和用于记录炉渣氧势和转炉吹氧量的数据的存储装置。进一步地，该系统还包括炉气分析数据库系统，与工业控制计算机连接，用于保存炉渣氧势和转炉吹氧量的数据，以及根据数据生成并保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图。进一步地，炉气分析数据库系统与工业控制计算机使用以太网连接。根据本发明的技术方案，根据炉气分析，计算转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率，并根据转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率计算值预报喷溅、返干异常炉况，根据炉况预报实现对转炉炼钢过程的控制，克服了人工经验控制稳定性差的缺点，与现有的声纳化渣监控方法相比，不受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，控制更加精确，提高了冶炼过程的稳定性。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的转炉炼钢过程控制的方法的示意图；图2是根据本发明实施例的转炉炼钢过程控制的装置的主要组成模块示意图；图3是根据本发明实施例的转炉炼钢过程控制的系统的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图1是根据本发明实施例的转炉炼钢过程控制的方法的示意图，如图1所示，该方法主要包括如下步骤步骤Sl 1，获取炉气成分中CO和(X)2的含量、记录转炉吹氧量；步骤S13，根据CO和(X)2的含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；步骤S15，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；步骤S17，根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。进一步地，步骤11包括检测炉气中CO和(X)2的体积分数和炉气流量；根据体积分数和炉气流量得出炉气成分中CO和(X)2的含量。上述的步骤Sll中可以包括检测炉气中C0、0)2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(X)2的含量。
n (dC)t在上述的步骤S13中，脱碳氧效率(R)的具体计算方法可以为Α = ，在上式
(UU2)t
中，(dC)t为t时刻单位时间脱碳量，等于单位时间内炉气中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)的变化率为丁。
上述的步骤S15具体可以包括，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时，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0.55，第二预设值为-0.0032，当脱碳氧效率小于0. 55，且脱碳氧效率变化率小于-0. 0032时，输出喷溅预报信息；第三预设值为0. 68，第四预设值为0. 0036，当脱碳氧效率大于0. 68，且脱碳氧效率变化率大于0. 0036时，输出返干预报信息。上述的步骤S17具体可以包括根据输出的喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。其中，炉渣氧势(Os)指积累在炉渣中除去以S^2形式存在的氧以外的氧。图2是根据本发明实施例的转炉炼钢过程控制的装置的主要组成模块示意图，如图2所述，该装置包括获取模块31，用于获取炉气中CO和(X)2的含量；记录模块32，用于记录转炉吹氧量；计算模块33，用于根据CO和(X)2的含量以及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；预报模块34，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；控制模块35，用于根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。其中，获取模块31还可以用于检测炉气中CO和(X)2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(X)2的含量。预报模块34还可以用于转炉脱碳氧效率小于第一预设值，且转炉脱碳氧效率变化率小于第二预设值时，输出喷溅预报信息；转炉脱碳氧效率大于第三预设值，且转炉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，对脱碳氧效率极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0.55，第二预设值为-0.0032，当脱碳氧效率小于0. 55，且脱碳氧效率变化率小于-0. 0032时，预报模块34输出喷溅预报信息； 第三预设值为0. 68，第四预设值为0. 0036，当脱碳氧效率大于0. 68，且脱碳氧效率变化率大于0. 0036时，预报模块34输出返干预报信息。控制模块35还用于根据输出的喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。图3是根据本发明实施例的转炉炼钢过程的系统的示意图，如图3所示，该系统包括炉气分析系统56，用于检测炉气中各成分的浓度以及炉气流量；氧枪控制系统M，用于控制转炉吹氧，获取转炉吹氧量，以及接收喷溅预报信息或返干预报信息，并根据喷溅预报信息或返干预报信息控制氧枪操作；工业控制计算机50，与炉气分析系统56和氧枪控制系统M相连，用于获取炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量，根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量来计算得出转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率，根据计算得出的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，并将喷溅预报信息或返干预报信息传送给氧枪控制系统M。
炉气分析系统56还可以包括炉气浓度分析装置58、炉气流量检测计563、以及炉气分析控制器565，其中炉气浓度分析装置58，用于检测炉气中各成分的浓度；炉气分析控制器565与炉气浓度分析装置58以及炉气流量检测计563连接，用于将检测到的炉气中各成分的浓度和炉气流量传送给工业控制计算机50。炉气浓度分析装置58还可以包括取样探头581，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583，设置在所述取样探头581的下游，用于对炉气进行对炉气进行预处理，包括对炉气进行除尘、除湿、稳压、稳流等预处理；质谱仪 585，设置在所述气体预处理装置583的下游，用于测定炉气中各成分的浓度，包括炉气中 CO、CO2, N2、H2、Ar、和 O2 的浓度。氧枪控制系统M还可以包括氧枪控制器541和氧枪装置M3，其中，氧枪控制器 M1，连接工业控制计算机50，包括接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件，根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪装置543发送控制指令的部件，和将氧枪装置543检测的转炉吹氧量传送给工业控制计算机50的部件；氧枪装置M3，连接氧枪控制器M1，包括接收氧枪控制器Ml的控制指令的部件、用于根据控制指令进行转炉吹氧操作的部件、以及检测转炉吹氧量的部件。氧枪控制器541还可以包括用于根据输出的喷溅预报信息，发出降低氧枪枪位控制指令的部件；用于根据输出的返干预报信息，发出提高氧枪枪位控制指令的部件。氧枪控制器541与工业控制计算机50可以使用以太网方式连接。氧枪控制器541可以为可编程逻辑控制器。工业控制计算机50还可以包括用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量计算炉渣氧势的计算部件，和用于记录炉渣氧势和转炉吹氧量的数据的存储装置。该转炉炼钢过程的系统还可以包括炉气分析数据库系统52，与工业控制计算机 50连接，用于保存炉渣氧势和转炉吹氧量的数据，以及根据数据生成并保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图。炉气分析数据库系统52与所述工业控制计算机50可以使用以太网连接。根据本发明的技术方案，根据炉气分析，计算转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率，并根据转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率计算值预报喷溅、返干异常炉况，根据炉况预报实现对转炉炼钢过程的控制，克服了人工经验控制稳定性差的缺点，与现有的声纳化渣监控方法相比，不受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，控制更加精确，提高了冶炼过程的稳定性。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种转炉炼钢过程控制的方法，其特征在于，包括 步骤S11，获取炉气中CO和(X)2的含量、记录转炉吹氧量；步骤S13，根据所述CO和(X)2的含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；步骤S15，根据所述转炉脱碳氧效率和所述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；步骤S17，根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sll包括 检测炉气中CO和(X)2的体积分数和炉气流量；根据所述体积分数和所述炉气流量得出所述炉气中CO和(X)2的含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S15包括所述转炉脱碳氧效率小于第一预设值，且所述转炉脱碳氧效率变化率小于第二预设值时，输出喷溅预报信息；所述转炉脱碳氧效率大于第三预设值，且所述转炉脱碳氧效率变化率大于第四预设值时，输出返干预报信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤17包括 根据输出的所述喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势； 根据输出的所述返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。
5.一种转炉炼钢过程控制的装置，其特征在于，包括 获取模块，用于获取炉气中CO和(X)2的含量；记录模块，用于记录转炉吹氧量；计算模块，用于根据所述CO和(X)2的含量以及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；预报模块，用于根据所述转炉脱碳氧效率和所述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；控制模块，用于根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块还用于 检测炉气中CO和(X)2的体积分数和炉气流量；根据所述体积分数和所述炉气流量得出所述CO和(X)2的含量。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预报模块还用于所述脱碳氧效率小于第一预设值，且所述转炉脱碳氧效率变化率小于第二预设值时， 输出喷溅预报信息；所述脱碳氧效率大于第三预设值，且所述转炉脱碳氧效率变化率大于第四预设值时， 输出返干预报信息。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于 根据输出的所述喷溅预报信息，控制氧枪枪位降低以减少炉渣氧势；根据输出的所述返干预报信息，控制氧枪枪位提高以增加炉渣氧势。
9.一种转炉炼钢过程控制的系统，其特征在于，包括 炉气分析系统，用于检测炉气中各成分的浓度以及炉气流量；氧枪控制系统，用于控制转炉吹氧，获取转炉吹氧量，以及接收喷溅预报信息或返干预报信息，并根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制氧枪操作；工业控制计算机，与所述炉气分析系统和所述氧枪控制系统相连，用于获取所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量，根据所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量来计算得出转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率，根据计算得出的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，并将所述喷溅预报信息或返干预报信息传送给所述氧枪控制系统。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述炉气分析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与所述炉气浓度分析装置以及所述炉气流量检测计连接，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工业控制计算机。
11.根据权利要求10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，设置在所述取样探头的下游，用于对炉气进行预处理；质谱仪，设置在所述气体预处理装置的下游，用于测定预处理之后的炉气中各成分的浓度。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述氧枪控制系统包括氧枪控制器和氧枪装置，其中，所述氧枪控制器，连接所述工业控制计算机，包括接收所述喷溅预报信息或返干预报信息的部件，根据所述喷溅预报信息或返干预报信息向所述氧枪装置发送控制指令的部件，和将所述氧枪装置检测的转炉吹氧量传送给所述工业控制计算机的部件；所述氧枪装置，连接所述氧枪控制器，包括接收氧枪控制器的控制指令的部件、用于根据所述控制指令进行转炉吹氧操作的部件、以及检测转炉吹氧量的部件。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述氧枪控制器还包括用于根据输出的所述喷溅预报信息，发出降低氧枪枪位控制指令的部件；用于根据输出的所述返干预报信息，发出提高氧枪枪位控制指令的部件。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述氧枪控制器与所述工业控制计算机使用以太网方式连接。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其特征在于，所述氧枪控制器为可编程逻辑控制器。
16.根据权利要求9至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述工业控制计算机还包括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炉渣氧势的计算部件，和用于记录炉渣氧势和所述转炉吹氧量的数据的存储装置。
17.根据权利要求16中所述的系统，其特征在于，还包括炉气分析数据库系统，与所述工业控制计算机连接，用于保存所述炉渣氧势和所述转炉吹氧量的数据，以及根据所述数据生成并保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图。
18.根据权利要求17中所述的系统，其特征在于，所述炉气分析数据库系统与所述工业控制计算机使用以太网连接。
全文摘要
本发明提供了一种转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统，用以解决现有技术中控制效果受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，控制精度差的问题。该方法包括步骤S11，获取炉气中CO和CO2的含量、记录转炉吹氧量；步骤S13，根据CO和CO2的含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；步骤S15，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；步骤S17，根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。采用本发明的技术方案，消除了人工经验控制的不稳定性，与现有的声纳化渣监控方法相比，不受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，控制更加精确，提高了冶炼过程的稳定性。
文档编号C21C5/30GK102344985SQ20111035737
公开日2012年2月8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