专利名称：一种转炉炉渣状态检测控制装置及方法
技术领域：
本发明属于自动控制领域，具体涉及一种用于氧气顶吹转炉炉渣状态的监测控制 装置及其检测控制方法。
背景技术：
氧气顶吹转炉由于具有生产效率高、成本低的特点，目前已成为一种主要的炼钢 设备。在氧枪顶吹炼钢过程中，炉渣状态及氧枪控制是炼钢操作的核心技术。目前，判断炉 渣状态的方法一般是由工人观察炉口火焰，凭经验来做出判断。由于操作工的个人经验与 精神状态不同，对跑渣与返干的控制能力也不同。而且，火焰的形态受风机、加料、底吹、炉 形等影响很大，因此很难通过火焰的变化来准确地控制炉渣融化状态，转炉跑渣和返干现 象时有发生，严重影响钢材的生产成本。目前，部分转炉采用在转炉上方安装声音检测设备的方法，通过声音检测设备检 测的氧气流噪音强度来判断炉渣状态。但由于这种方法属于间接检测方法，且存在着转炉 烟罩下降及炉口积渣时噪音被阻断，不能准确检测等问题，因而其使用范围受到很大限制。而目前氧气顶吹转炉上安装的质谱仪，是用于检测转炉内的炉气成分的，根据质 谱仪对炉气成分的检测结果判断吹炼终点时间。因此，质谱仪只在冶炼接近终点时才打开。
发明内容
本发明的目的就是针对上述缺陷，提供一种系统运行稳定，检测精度高，控制准确 到位，可避免转炉跑渣或返干现象的全自动转炉炉渣状态实时检测控制装置及其检测控制 方法。为此，本发明所采取的技术解决方案是—种转炉炉渣状态检测控制装置，利用设于转炉锅炉上方的质谱仪、一、二级计算 机可编程序控制器(以下简称PLC)及氧枪枪位、流量控制系统，将质谱仪通过取样管路连 接到转炉烟气取样装置上，并在转炉二级计算机中建立氧枪实时控制程序，质谱仪PLC与 转炉二级计算机氧枪实时控制程序连接组成工业以太网，氧枪实时控制程序对质谱仪传输 的烟气分析数据进行实时接收和读取；在转炉一级PLC中增加包括当前氧累百分比、当前 设定氧枪枪位及当前设定氧气流量为内容的氧枪实时控制通讯数据模块，氧枪实时控制程 序通过转炉二级计算机与转炉一级PLC内通讯数据块进行通讯，并将当前数据进行实时写 入操作；同时，在转炉一级计算机操作画面中增设氧枪实时控制功能按钮。当实时控制功能 启动后，转炉一级PLC控制程序按照通讯数据模块内数据对氧枪枪位、氧气流量进行实时 控制。一种转炉炉渣状态检测控制方法，利用质谱仪对转炉烟气成分进行实时检测，通 过计算机系统对质谱仪PLC中数据进行读取和处理，分析转炉内烟气成分变化情况，得出 转炉炉渣状态判据，并将判断结果输送到计算机，再由计算机根据判断结果按照设定的内 容和数据计算出合理的冶炼控制枪位及氧气流量，通过PLC指导和控制氧枪操作。具体操作方法为开始吹氧时启动取样装置和质谱仪进行转炉烟气取样和成分分析。转炉二级计算机氧枪实时控制程序通过工业以太网，对质谱仪传输的烟气分析数 据进行实时接收和读取，并结合铁水成分及转炉液位值计算出实时氧累百分比、氧枪设定 枪位和流量，并将此数据写入通讯数据模块中。吹氧开始至吹氧30%期间二级计算机氧枪实时控制程序根据铁水成分及转炉 液位值，计算出静态氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC按照计算结果控制氧枪和氧气。吹氧30% 80%之间根据质谱仪提供的实时烟气成分及静态氧枪枪位和氧气 流量值，二级计算机计算出设定氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC根据设定结果对氧枪 枪位和氧气流量进行实时控制。当烟气中CO < 40%时，通过转炉一级PLC降低氧枪枪位、 增加氧气流量或采取加料的方式，打破渣中的CO气泡，避免跑渣现象；当CO > 60%时，则 提高氧枪枪位、降低氧气流量，以避免返干现象。吹氧80%至副枪测试前，通过降低氧枪枪位、提高氧气流量的方式降低渣中FeO 含量，防止出现副枪粘枪现象。过程测试后至吹炼终点根据烟气中CO含量的变化情况进行拉碳控制，当烟气中 C0 < 20%时，逐渐降低氧枪枪位直至达到拉碳枪位，以避免测试后出现跑渣现象。本发明的有益效果为本发明利用原有的质谱仪和自动控制系统，以转炉内烟气为对象，通过增设烟气 检测、分析和氧枪控制程序和装置，准确反应炉渣熔化状态，实现实时控制。由于质谱仪分 析数据准确，受其他因素干扰少，因而确保了检测精度；系统运行平稳可靠，测量与控制精 度高，杜绝了跑渣与返干现象的发生，并且在工作氧压不稳定的情况下，能准确的根据变化 的氧气流量调整枪位；程序编制设计合理，反馈迅速，计算准确无误，实现了实时定量准确 监测和控制转炉炉渣熔化状态，在提高转炉钢水收得率的同时，极大提高了转炉生产效率， 减少操作工人清理残渣的工作量，避免跑渣造成的人员及设备伤害，降低了转炉生产成本。
附图为转炉炉渣状态检测控制装置结构框图。
具体实施例方式由附图可见，本发明之转炉炉渣状态检测控制装置主要由取样装置、质谱仪、质谱 仪PLC、转炉二级计算机、转炉一级终端、以太网、转炉一级计算机及氧枪系统所组成。取样 装置连接质谱仪，质谱仪连接质谱仪PLC，质谱仪PLC连接二级计算机并组成工业以太网， 二级计算机连接一级计算机，一级计算机实时控制氧枪系统进行枪位和流量调整，转炉一 级终端对检测及控制全过程进行实时数据及状态显示。具体结构与连接方式为设于转炉锅炉上方的质谱仪通过取样管路连接转炉烟气取样装置，同时质谱仪还 连接转炉二级计算机。在转炉二级计算机PLC中增设有氧枪实时控制程序，质谱仪PLC与 转炉二级计算机氧枪实时控制程序连接组成工业以太网，氧枪实时控制程序对质谱仪传输 的烟气分析数据进行实时接收和读取。在转炉一级PLC中增加包括当前氧累百分比、当前 设定氧枪枪位及当前设定氧气流量为内容的氧枪实时控制通讯数据模块，氧枪实时控制程序通过转炉二级计算机与转炉一级PLC内通讯数据块进行通讯，并将当前数据进行实时写 入操作。同时，在转炉一级计算机操作画面中增设氧枪实时控制功能按钮。当实时控制功 能启动后，转炉一级PLC控制程序按照通讯数据模块内数据对氧枪枪位、氧气流量进行实 时控制。本发明转炉炉渣状态检测控制方法是利用质谱仪对转炉烟气成分进行实时检测， 通过计算机系统对质谱仪PLC中数据进行读取和处理，分析转炉内烟气成分变化情况，得 出转炉炉渣状态判据，并将判断结果输送到计算机，再由计算机根据判断结果按照设定内 容和数据计算出合理的控制枪位及氧气流量，通过PLC控制氧枪操作。本发明根据烟气中 CO含量出现急骤下降后又伴有急骤上升趋势时将出现跑渣现象，当烟气中CO含量出现持 续升高时将发生返干现象这一显著特点，通过调整氧枪枪位和氧气流量的方式，将烟气中 CO含量控制在合理范围内，从而避免跑渔和返干现象的发生。自检测开始后，转炉一级终端 便开始对检测及控制全过程进行实时数据及状态显示。具体方法为开始吹氧时启动取样装置和质谱仪进行转炉烟气取样和成分分析。转炉二级计算机氧枪实时控制程序通过工业以太网，对质谱仪传输的烟气分析数 据进行实时接收和读取，并结合铁水成分及转炉液位值计算出实时氧累百分比、氧枪设定 枪位和流量，并将此数据写入通讯数据模块中。吹氧开始至吹氧30%期间二级计算机氧枪实时控制程序根据铁水成分及转炉 液位值，计算出静态氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC按照计算结果控制氧枪和氧气。吹氧30% 80%之间根据质谱仪提供的实时烟气成分及静态氧枪枪位和氧气 流量值，二级计算机计算出设定氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC根据设定结果对氧枪 枪位和氧气流量进行实时控制。当烟气中CO < 40%时，通过转炉一级PLC降低氧枪枪位、 增加氧气流量或采取加料的方式，打破渣中的CO气泡，避免跑渣现象；当C0 > 60%时，则 提高氧枪枪位、降低氧气流量，以避免返干现象。吹氧80%至副枪测试前，通过降低氧枪枪位、提高氧气流量的方式降低渣中FeO 含量，防止出现副枪粘枪现象。过程测试后至吹炼终点根据烟气中C0含量的变化情况进行拉碳控制，当烟气中 C0 < 20%时，逐渐降低氧枪枪位直至达到拉碳枪位，以避免测试后出现跑渣现象。
权利要求
一种转炉炉渣状态检测控制装置，包括设于转炉锅炉上方的质谱仪，其特征在于，所述的质谱仪通过取样管路连接转炉烟气取样装置，在转炉二级计算机中建立氧枪实时控制程序，质谱仪PLC与转炉二级计算机氧枪实时控制程序连接组成工业以太网，氧枪实时控制程序对质谱仪传输的烟气分析数据进行实时接收和读取；在转炉一级PLC中增加氧枪实时控制通讯数据模块，氧枪实时控制程序通过转炉二级计算机与转炉一级PLC内通讯数据块进行通讯，并将当前数据进行实时写入操作；在转炉一级计算机操作画面中增设氧枪实时控制功能按钮。
2.一种基于权利要求1所述转炉炉渣状态检测控制装置的检测控制方法，其特征在 于，利用质谱仪对转炉烟气成分进行实时检测，通过计算机系统对质谱仪PLC中数据进行 读取和处理，分析转炉内烟气成分变化情况，得出转炉炉渣状态判据，并将判断结果输出到 计算机，再由计算机根据判断结果按照设定的内容和数据计算出合理的冶炼控制枪位及氧 气流量，并通过PLC指导和实时控制氧枪操作，转炉一级终端对检测及控制全过程进行实 时数据及状态显示。
3.根据权利要求2所述的转炉炉渣状态检测控制方法，其特征在于，具体操作方法为 开始吹氧时启动取样装置和质谱仪进行转炉烟气取样和成分分析；转炉二级计算机氧枪实时控制程序通过工业以太网，对质谱仪传输的烟气分析数据进 行实时接收和读取，并结合铁水成分及转炉液位值计算出实时氧累百分比、氧枪设定枪位 和流量，并将此数据写入通讯数据模块中；吹氧开始至吹氧30%期间二级计算机氧枪实时控制程序根据铁水成分及转炉液位 值，计算出静态氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC按照计算结果控制氧枪和氧气；吹氧30% 80%之间根据质谱仪提供的实时烟气成分及静态氧枪枪位和氧气流量 值，二级计算机计算出设定氧枪枪位和氧气流量，转炉一级PLC根据设定结果对氧枪枪位 和氧气流量进行实时控制；当烟气中CO < 40%时，通过转炉一级PLC降低氧枪枪位、增加 氧气流量或采取加料的方式，打破渣中的CO气泡，避免跑渣现象；当CO > 60%时，则提高 氧枪枪位、降低氧气流量；吹氧80%至副枪测试前，通过降低氧枪枪位、提高氧气流量的方式降低渣中FeO含量； 过程测试后至吹炼终点根据烟气中CO含量的变化情况进行拉碳控制，当烟气中CO < 20%时，逐渐降低氧枪枪位直至达到拉碳枪位；自检测开始后，转炉一级终端便开始对检测及控制全过程进行实时数据及状态显示。
全文摘要
本发明涉及一种转炉炉渣状态检测控制装置及方法，将连接烟气取样装置的质谱仪PLC与转炉二级计算机氧枪实时控制程序组成工业以太网，在转炉一级PLC中增加氧枪实时控制通讯数据模块，并在操作画面中增设氧枪实时控制按钮，转炉一级PLC控制程序按照通讯数据模块内数据对氧枪枪位、氧气流量进行实时控制。质谱仪分析数据准确，确保了检测精度；测量与控制精度高，杜绝了跑渣与返干现象的发生；程序编制设计合理，实现了实时定量监测和控制转炉炉渣熔化状态，提高转炉钢水收得率和生产效率，减少操作工人清理残渣的工作量，避免跑渣造成的人员及设备伤害，降低了转炉生产成本。
文档编号F27D19/00GK101993970SQ20091001336
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者王军, 王金辉, 翟宝鹏, 许化为, 贾春辉, 金百刚, 魏春新 申请人:鞍钢股份有限公司