一种转炉单渣全自动控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种转炉单渣全自动控制系统和方法，方法包括以下步骤：（1）冶炼过程自动控制的准备，包括选择相关模块的控制方式，和基础信息的收集；（2）启动“吹炼开始”开关；L2数据收集模块收集相关的数据，启动L2氧枪控制过程、L2加料控制过程、L2副枪控制过程、L2底吹控制过程和停吹提枪控制过程。本发明达到的有益效果：结构简单，使用方便，实现氧枪、副枪、加料、底吹的自动控制，降低操作人员劳动强度，冶炼终点控制精度高，减少冶炼周期，降低生产成本。
【专利说明】
一种转炉单渣全自动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及转炉炼钢【技术领域】，尤其是一种转炉单渣全自动控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]转炉炼钢单渣冶炼，由废钢、铁水加入转炉，采用顶、底复吹，中间过程加料、副枪测量，在钢水成分、温度符合要求时，提枪停吹，然后出钢。传统的冶炼过程，主要采用人工控制，有现场操作人员根据冶炼过程操作氧枪、底吹、副枪测量、加料，在钢水成分、温度符合要求时，提枪停吹，然后出钢。采用传统的操作模式，操作人员劳动强度大，冶炼终点控制难度大，目标碳、温度难以保证。在保证终点碳含量、温度的前提下，实现氧枪、副枪、加料、底吹的自动控制，达到自动炼钢，显得尤为重要。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，达到全自动控制转炉单渣过程的目的，本发明提供一种转炉单渣全自动控制系统。
[0004]本发明转炉单渣全自动控制系统包括LI一基础自动化控制单元、L2—过程控制单元，以及L1-L2通信单元，其特征在于:所述基础自动化控制单元包括LI氧枪控制模块、LI加料控制模块、LI副枪控制模块、LI底吹控制模块；所述过程控制单元包括L2静态控制模块、L2动态控制模块、L2氧枪控制模块、L2加料控制模块、L2副枪控制模块、L2底吹控制模块和L2数据收集模块；所述L2静态控制模块、L2动态控制模块、L2氧枪控制模块、L2加料控制模块、L2副枪控制模块和L2底吹控制模块均一端连接所述L2数据收集模块，另一端连接L1-L2通信单元，L1-L2通信单元的另一端连接LI氧枪控制模块、LI加料控制模块、LI副枪控制模块、LI底吹控制模块。
[0005]本发明还提供一种由上述系统实现的转炉单渣全自动控制方法，包括以下步骤: 步骤一、冶炼过程自动控制的准备:
(O炉次开始后，将LI氧枪控制模式、LI加料控制模式、LI副枪控制模式、LI底吹控制模式全部选计算机控制模式；
(2)炉次加入废钢、铁水后，L2数据收集模块收集数据包括铁水量、废钢量、铁水温度和成分以及冶炼终点的目标成份、温度；
(3)启动L2静态控制模块，计算炉次的吹氧量、辅料加入量，作为冶炼过程的自动控制的条件准备；
步骤二、冶炼过程的自动控制:
(1)启动“吹炼开始”开关；
(2)L2数据收集模块收集相关的数据，启动L2氧枪控制过程、L2加料控制过程、L2副枪控制过程、L2底吹控制过程和停吹提枪控制过程。
[0006]所述步骤二(2) L2氧枪控制过程为，根据L2数据收集模块收集的目标钢种数据，L2氧枪控制模块选择与冶炼阶段的氧枪高度、氧气流量相对应的氧枪控制曲线，通过L1-L2通信模块，将数据下发给LI氧枪控制模块，由LI氧枪控制模块控制PLC对氧枪的高度、气体流量进行调整。
[0007]所述步骤二(2)加料自动控制过程为，根据L2静态控制模块的计算结果，L2加料控制模块将L2静态控制模型计算的辅料量进行分配，计算不同冶炼阶段需要各种辅料的加入量，通过L1-L2通信模块，将数据下发给LI加料控制模块，由LI加料控制模块控制PLC对冶炼各阶段辅料的称量、加入进行控制。
[0008]所述步骤二(2) L2副枪控制过程为，炉次开始时，LI副枪控制模块控制PLC自动为副枪装载TSC探头，对比L2静态控制模块计算得到的标准吹氧量和L2数据收集模块收集的当前吹氧量，在当前吹氧量达到标准吹氧量的75%?85%时，TSC探头测量钢水温度、钢水碳含量；在钢水冶炼终点，副枪自动装载TSO探头；然后启动L2动态控制模块计算当前碳含量和温度，在当前碳含量和温度满足提枪条件时，LI副枪控制模块控制PLC下副枪进行测量。
[0009]所述步骤二(2) L2底吹控制过程为，炉次开始时，L2底吹控制模块计算不同冶炼阶段的底吹气体类型和流量数据，通过L1-L2通信模块，将数据下发给LI底吹控制模块，由LI底吹控制模块控制PLC对底吹的气体类型、流量进行调整。
[0010]所述步骤二(2)停吹提枪控制过程为，在副枪TSC测量成功后，对L2数据收集模块收集的数据，启动L2动态控制模块计算实时的碳含量和钢水温度，每1~5秒进行一次计算，在模型计算的碳含量和钢水温度满足提枪条件时，通过L1-L2通信模块，将提枪信号下发给LI氧枪控制模块控制PLC执行提枪操作。
[0011]在不同冶炼阶段重启L2底吹控制模块，对底吹进行调整。
[0012]所述停吹提枪控制过程中，L2动态控制模块计算实时的碳含量和钢水温度，优选为每2秒计算一次。
[0013]本发明达到的有益效果:结构简单，使用方便，实现氧枪、副枪、加料、底吹的自动控制，降低操作人员劳动强度，冶炼终点控制精度高，减少冶炼周期，降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明转炉单渣全自动控制系统原理框图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]如图1所示，LI表示基础自动化控制系统，主要控制相关设备的动作；L2表示过程控制系统。其中每个模块及作用:
L2静态控制模块:根据冶炼的铁水量、废钢量、铁水温度和成分以及冶炼终点的目标成份、温度，计算炉次的吹氧量、辅料加入量；
L2动态控制模块:根据副枪中间的测量值，实时计算钢水的成份、温度以及副枪测量后需要的辅料量；
L2氧枪控制模块:根据冶炼的过程，实时控制氧枪的高度和氧气流量； L2加料控制模块:在冶炼的不同阶段，实现加料的自动控制过程；
L2副枪控制模块:自动控制副枪的探头安装和测量；
L2底吹控制模块:实现冶炼过程底吹的气体类型的选择、气体流量大小的控制；
L2数据收集模块:收集冶炼初始阶段的数据如铁水量、温度、初始成份，废钢量，目标钢种、终点的目标成份和温度等；
L1-L2通信模块:实现L2与LI的通信，利用以太网通过TCP/IP协议或OPC方式实现； LI氧枪控制模块:接收L2氧枪控制模块的信息，实现PLC对氧枪的控制；
LI加料控制模块:接收L2加料控制模块的信息，实现PLC对加料过程的控制，包括辅料的称量、加入转炉中；
LI副枪控制模块:接收L2副枪控制模块的信息，实现PLC对副枪的控制；
LI底吹控制模块:接收L2底吹控制模块的信息，实现PLC对底吹的控制，包括气体类型的选择、气体流量的控制。
[0017]采用以上系统进行转炉单渣全自动控制的方法，包括如下控制步骤:
(O冶炼过程自动控制的条件准备:在炉次开始后，在软件操作画面将氧枪控制模式、加料控制模式、副枪控制模式、底吹控制模式全部选择计算机控制模式；在炉次加入废钢、铁水后，L2数据收集模块收集相关的数据，包括铁水量、废钢量、铁水温度和成分以及冶炼终点的目标成份、温度，启动L2静态控制模型，计算炉次的吹氧量、辅料加入量，作为冶炼过程的自动控制的条件准备。
[0018](2)冶炼过程的自动控制:
在操作界面点击“吹炼开始”；
L2数据收集模块收集相关的数据，启动L2氧枪控制模块、L2加料控制模块、L2副枪控制模块、L2底吹控制模块，执行相关的计算、控制功能；
氧枪自动控制:根据L2数据收集模块收集的数据(目标钢种)，L2氧枪控制模块选择对应的氧枪控制曲线(冶炼过程的各冶炼阶段的氧枪高度、氧气流量)，通过L1-L2通信模块，将信息下发给LI氧枪控制模块，由LI氧枪控制模块控制PLC对氧枪的高度、气体流量进行相应的调整。
[0019]加料自动控制方法:根据L2静态控制模块的计算结果，L2加料控制模块将L2静态控制模块计算的辅料量进行分配，形成加料pettern(不同冶炼阶段需要各种辅料的加入量)，通过L1-L2通信模块，将信息下发给LI加料控制模块，由LI加料控制模块控制PLC对冶炼各阶段辅料的称量、加入进行控制。
[0020]副枪自动控制方法:炉次开始时，LI副枪控制模块控制PLC进行自动装载TSC探头，根据L2静态控制模块计算吹氧量和根据L2数据收集模块收集的当前吹氧量，在当前吹氧量达到模型计算吹氧量的一定百分比(75%?85%之间，不同的转炉取值不同)时，LI副枪控制模块控制PLC下副枪进行测量；在控制PLC控制TSC测量后，LI副枪控制模块控制PLC进行自动装载TSC探头；在L2动态控制模型计算当前碳含量和温度，在当前碳含量和温度满足提枪条件时，LI副枪控制模块控制PLC下副枪进行测量。
[0021]底吹自动控制方法:炉次开始时，L2底吹控制模块计算底曲线(不同冶炼阶段的底吹气体类型和流量)数据，通过L1-L2通信模块，将信息下发给LI底吹控制模块，由LI底吹控制模块控制PLC对底吹的气体类型、流量进行控制；在不同冶炼阶段，重启L2底吹控制模块进行计算，再次对底吹进行多次调整控制。
[0022]停吹、提枪自动控制方法:在副枪TSC测量成功后，L2数据收集模块收集的数据，启动L2动态控制模型计算实时的碳含量和钢水温度，进行周期计算，在模型计算的碳含量和钢水温度满足提枪条件时，通过L1-L2通信模块，将提枪信号下发给LI氧枪控制模块控制PLC执行提枪操作。
[0023]注:提枪条件计算公式:
(TEAIMU - TEAIML) * (C(VOXR, WR) - CEAIM)(
(T (VOXR, WR) - TEAM) * (CEAIMU - CEAIML)
其中:
C(V0XR, WR):动态模型计算[C]；
T (VOXR, WR):动态模型计算温度；
CEAIM:目标吹止[C]浓度；
TEAIM:目标吹止温度；
CEAIMU:目标吹止[C]浓度上限值；
CEAIML:目标吹止[C]浓度下限值；
TEAIMU:目标吹止温度上限值；
TEAIML:目标吹止温度上限值。
[0024]以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种转炉单渣全自动控制系统，包括:L1 一基础自动化控制单元、L2—过程控制单元，以及L1-L2通信单元，其特征在于:所述基础自动化控制单元包括L1氧枪控制模块、L1加料控制模块、L1副枪控制模块、L1底吹控制模块；所述过程控制单元包括L2静态控制模块、L2动态控制模块、L2氧枪控制模块、L2加料控制模块、L2副枪控制模块、L2底吹控制模块和L2数据收集模块； 所述L2静态控制模块、L2动态控制模块、L2氧枪控制模块、L2加料控制模块、L2副枪控制模块和L2底吹控制模块均一端连接所述L2数据收集模块，另一端连接L1-L2通信单元，L1-L2通信单元的另一端连接L1氧枪控制模块、L1加料控制模块、L1副枪控制模块、L1底吹控制模块。
2.一种利用权利要求1所述的转炉单渣全自动控制系统进行转炉单渣全自动控制的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、冶炼过程自动控制的准备: (1)炉次开始后，将L1氧枪控制模式、L1加料控制模式、L1副枪控制模式、L1底吹控制模式全部选计算机控制模式； (2)炉次加入废钢、铁水后，L2数据收集模块收集数据包括铁水量、废钢量、铁水温度和成分以及冶炼终点的目标成份、温度； (3)启动L2静态控制模块，计算炉次的吹氧量、辅料加入量，作为冶炼过程的自动控制的条件准备； 步骤二、冶炼过程的自动控制: (1)启动“吹炼开始”开关； (2)L2数据收集模块收集相关的数据，启动L2氧枪控制过程、L2加料控制过程、L2副枪控制过程、L2底吹控制过程和停吹提枪控制过程。
3.根据权利要求2所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，所述步骤二(2)L2氧枪控制过程为，根据L2数据收集模块收集的目标钢种数据，L2氧枪控制模块选择与冶炼阶段的氧枪高度、氧气流量相对应的氧枪控制曲线，通过L1-L2通信模块，将数据下发给L1氧枪控制模块，由L1氧枪控制模块控制PLC对氧枪的高度、气体流量进行调整。
4.根据权利要求2所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，所述步骤二(2)加料自动控制过程为，根据L2静态控制模块的计算结果，L2加料控制模块将L2静态控制模型计算的辅料量进行分配，计算不同冶炼阶段需要各种辅料的加入量，通过L1-L2通信模块，将数据下发给L1加料控制模块，由L1加料控制模块控制PLC对冶炼各阶段辅料的称量、力口入进行控制。
5.根据权利要求2所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，所述步骤二(2)L2副枪控制过程为，炉次开始时，L1副枪控制模块控制PLC自动为副枪装载TSC探头，对比L2静态控制模块计算得到的标准吹氧量和L2数据收集模块收集的当前吹氧量，在当前吹氧量达到标准吹氧量的75%?85%时，TSC探头测量钢水温度、钢水碳含量；在钢水冶炼终点，副枪自动装载TSO探头；然后启动L2动态控制模块计算当前碳含量和温度，在当前碳含量和温度满足提枪条件时，L1副枪控制模块控制PLC下副枪进行测量。
6.根据权利要求2所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，所述步骤二(2)L2底吹控制过程为，炉次开始时，L2底吹控制模块计算不同冶炼阶段的底吹气体类型和流量数据，通过L1-L2通信模块，将数据下发给L1底吹控制模块，由L1底吹控制模块控制PLC对底吹的气体类型、流量进行调整。
7.根据权利要求2所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，所述步骤二(2)停吹提枪控制过程为，在副枪TSC测量成功后，对L2数据收集模块收集的数据，启动L2动态控制模块计算实时的碳含量和钢水温度，每1~5秒进行一次计算，在模型计算的碳含量和钢水温度满足提枪条件时，通过L1-L2通信模块，将提枪信号下发给L1氧枪控制模块控制PLC执行提枪操作。
8.根据权利要求6所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，在不同冶炼阶段重启L2底吹控制模块，对底吹进行调整。
9.根据权利要求7所述的转炉单渣全自动控制方法，其特征在于，L2动态控制模块计算实时的碳含量和钢水温度，每2秒计算一次。
【文档编号】C21C5/35GK104480248SQ201410687847
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】梁明芹, 王绪国 申请人:上海梅山科技发展有限公司