铁水预处理喷粉速度的控制方法

摘要

本发明提供一种铁水预处理喷粉速度的控制方法，包括如下步骤：首先要对喷粉罐进行加压，根据设定的喷吹速度确定喷粉罐需要达到的压力，并保证喷粉罐内的压力恒定；当喷吹开始以后一定时间，把压力控制自动切换到压力差控制；当喷吹状态发生变化时，相应的控制参数也进行切换。本发明用于控制双罐合并喷吹达到稳定的喷吹速度，且当系统有扰动时，可以较快的排除扰动，回到稳定喷吹状态。

说明书

技术领域

本发明涉及铁水预处理方法，尤其涉及一种铁水预处理喷粉速度的控制方法。

背景技术

铁水预处理方法是当前国内外普遍采用的提高钢水质量、降低冶炼综合成本的工艺方法，是洁净钢发展的必然，成为钢铁企业提高产品质量及市场竞争力的重要手段。在铁水预处理冶炼中，稳定的粉剂喷吹速度对缩短吹炼时间，提高处理品质，减少氧耗，减少石灰、萤石和铁矿粉的消耗起到了决定性的作用，可以实现较明显的经济效益和环境效益。所以喷粉速度的控制是整个铁水预处理控制的核心。宝钢一钢不锈钢工程中，铁水预处理采用了双罐合并喷吹的工艺，因此在速度控制方面比单罐喷吹的复杂。为了达到稳定的喷吹速度，必须对控制模型和模型间的相互切换提出较高的要求。而目前现有的铁水预处理喷粉速度的控制方法均不能满足该工程的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁水预处理喷粉速度的控制方法，用于控制双罐合并喷吹达到稳定的喷吹速度，且当系统有扰动时，可以较快的排除扰动，回到稳定喷吹状态。

为了解决上述技术问题，本发明包括如下步骤：

步骤1、压力控制喷吹：首先要对喷粉罐进行加压，根据设定的喷吹速度确定喷粉罐需要达到的压力，并保证喷粉罐内的压力恒定，根据设定的喷吹速度确定下料可调节阀的预开度、流量调节阀的初始开度，当喷枪下降到喷吹点时，切换到自动控制模式进行喷吹；

步骤2、当喷吹开始以后一定时间，把压力控制自动切换到压力差控制，即：根据设定的喷吹速度保持喷粉罐压力和输送管道的压力差为一定值，当切换到压力差控制一段时间后，下料可调节阀切换到自动控制模式进行喷吹；

步骤3、当喷吹状态发生变化时，相应的控制参数也进行切换。

由于采用了上述技术方案，本发明的优点是：

(1)、具有较高的应用价值：

由于双罐合并喷吹的特殊性，两个罐的下料速度在喷吹过程中相互影响，系统不容易达到一个稳定的总管喷吹速度，所以选择科学的控制方法非常重要。通过生产实践，发现控制模型的好坏对粉剂喷吹速度有很大的影响，宝信开发的铁水预处理喷粉速度控制技术软件在当系统有扰动时(如料块的颗粒不均匀，一罐停止下料等情况)，可以较快的排除扰动，回到稳定喷吹状态。该控制模型在一钢的实际生产中，得到了很好的应用，对类似的喷粉系统有较高的应用价值。

(2)可用于不同的PLC系统

该应用软件模型不针对具体的PLC系统，控制模型采用了模块化流程图进行软件设计，只要在功能实现时，针对不同的PLC系统采用相应的编程软件，并进行重新编程下载。

(3)控制效果好

从图1中可以看到，在实际喷吹过程中，压力曲线、压力差曲线、输送气体流量曲线、喷吹速度曲线都能保持很好的稳定性，满足铁水预处理对粉剂喷吹速度的要求，从而提高了处理效果，降低了处理成本。

附图说明

图1是采用本方法的实际控制效果图。

图2是本发明的双罐合并喷工艺图。

图3是粉剂喷吹实际速度的计算示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例详细介绍如何利用合理的控制模型，来达到控制双罐合并喷吹速度的目的。

1、压力控制喷吹

首先要对喷粉罐进行加压，根据设定的喷吹速度计算出喷粉罐需要达到的压力，具体的计算方法为：当设定速度小于额定速度25％时，压力为一定值(约为0.55Mpa)；设定速度大于额定速度25％，小于额定速度75％时，速度和压力为一次函数关系，当设定速度大于额定速度75％，压力为一定值(约为0.7Mpa)。如图2所示：打开阀2对喷粉罐进行快速加压，当粉罐的实际压力大于设定压力时，关闭阀2，加压自动结束。然后，通过调节阀5、加压阀1和泻压阀3的控制，保证粉罐内的压力恒定，具体是当加压阀1和泻压阀3相互切换时，在切换瞬间程序把调节阀5设定到小开度(约10％)，切换完成后，才把调节阀5放到自动控制模式，通过这个改进，减小切换过程冲击，避免了频繁切换。压力的高低对喷吹初始速度影响很大，在联调过程中，必需针对不同速度值调试出相应的压力值，具体的调方式方法为：当调试时，按速度设定值的从10％～100％，每隔10％做一次喷吹试验，然后把该喷吹速度下的粉罐压力记录下来，然后把该压力值作为该喷吹速度的设定压力，防止喷吹启动时实际速度和设定速度偏差太大。

当处理开始时，下料可调节阀7(参见图2)根据喷粉设定速度有一个预开度，具体打开值从开度DB数据块中调用，所述喷粉设定速度与预开度的关系是一根速度开度分段曲线，当设定速度小于额定速度25％时，开度为一定值(约为25％)；设定速度大于额定速度25％，小于额定速度75％时，速度和开度为一次函数关系，当设定速度大于额定速度75％，开度为一定值(约为55％)，同样喷粉罐的压力设定值也是根据喷粉设定速度从相应的压力DB数据块中调用，同样，所述压力设定值与喷粉设定速度的关系也为一根速度压力分段曲线，当设定速度小于额定速度25％时，压力为一定值(约为0.55Mpa)；设定速度大于额定速度25％，小于额定速度75％时，速度和压力为一次函数关系，当设定速度大于额定速度75％，压力为一定值(约为0.7Mpa))。压力设定的参数非常重要，如果太大，会出现起始的喷吹速度太大，系统就不容易控制速度；如果太小，粉剂就有可能喷不出来。输送气体的流量调节阀8的初始开度也是根据喷粉设定速度从相应的流量DB数据块中调用，同样，所述流量调节阀8的初始开度与喷粉设定速度的关系也为一根速度流量分段曲线，当设定速度小于额定速度25％时，流量为一定值(约为4.5Nm³/min)；设定速度大于额定速度25％，小于额定速度75％时，速度和流量为一次函数关系，当设定速度大于额定速度75％，流量为一定值(约为约为7Nm³/min)。当喷抢下降到喷吹点时，粉罐压力和输送气体切换到PID自动控制模式，下料可调节阀7保持预设定开度不变，喷吹开始。

2 压力差控制喷吹

当喷吹开始以后一分钟，把压力控制自动切换到压力差控制(保持粉罐压力和输送管道的压力差为一定值，此值是根据喷吹速度从压力差DB数据块中调用)，所述的压力差值与喷吹速度的关系也为一根速度压力差分段曲线，当设定速度小于额定速度25％时，压力差为一定值(约为0.01Mpa)；设定速度大于额定速度25％，小于额定速度75％时，速度和压力差为一次函数关系，当设定速度大于额定速度75％，压力差为一定值(约为0.02Mpa)。压力差控制综合了粉罐和输送管道的压力变化对速度产生的影响，比单纯的压力控制效果好。压力差的保持，可以参照图2，是通过调节阀5、加压1和泻压阀3来完成控制的，具体的方法是当加压阀1和泻压阀3相互切换时，在切换瞬间程序把调节阀5设定到小开度(约10％)，切换完成后，才把调节阀5放到自动控制模式，通过这个改进，减小切换过程冲击，避免了频繁切换)。由于处理刚开始时，输送管道里还没有充满粉剂，管道压力波动比较大，不宜进行压力差控制，所以压力差控制的投入一般在压力控制形成一定喷吹速度以后。

当切换到压力差控制半分钟以后，下料可调节阀7(参见图2)切换到PID(比例积分微分)自动控制模式，通过控制下料阀的开度来调节下料速度，得到铁水预处理所需要的喷吹速度。这时系统进入稳定喷吹阶段，通过压力差自动控制，输送气体流量自动控制，下料阀开度自动控制，达到控制粉剂喷吹速度的目的。

3、从双罐喷吹切换到单罐喷吹

当喷吹时，如果一个罐首先停止下料，那么由于平衡被打破，另一个罐的喷吹速度将大幅上升，从而引起单罐喷吹的速度振荡。所以每个罐的喷吹控制参数(主要是PID参数，压力曲线，压力差曲线，输送气体流量曲线，下料阀预开度曲线)分两套，当喷吹状态发生变化时(双罐喷吹切换到单罐喷吹)，相应的控制参数也进行切换，保证系统能够尽快消除振荡，达到单罐稳定喷吹的效果。

4、实际速度计算

由于，速度控制是PID控制，必须有实际速度作为反馈信号参与控制。假设设定速度是100kg/min，那么如果计算出的实际的速度在95kg/min，那么就要加大下料可调节阀7的开度，如果计算出的实际的速度在105kg/min，要减小下料可调节阀7的开度，所以实际速度的计算方法非常重要，如果不合理，阀一会儿开大，一会儿减小，就要引起喷吹振荡了。因此本发明还包括一个计算实际速度并作为反馈信号参与控制的步骤。

实际速度的计算应选择合理的数学模型，粉剂的实际喷吹速度是通过单位时间粉剂重量的减少计算出来的，由于固体本身的特性，这样计算出来的实际速度振荡比较厉害，用它来参与控制，系统就不容易稳定。所以首先在重量采集时应进行过滤，保证采集的重量值没有突变；其次，采用移动平均方法来计算粉剂的喷吹速度。

如图3所示：当处理开始后，延迟时间a后(大于为一分钟，延迟的目的是让粉剂把空的输送管道填满)，才开始喷粉罐重量变化的采集，每隔一秒钟采集一次重量值(用w(k)表示k时刻采集到的重量值)；当采集到的重量数据个数大于c时(在宝钢一钢项目中，c＝15)，开始计算各采集点的速度 $>>>(>>k>\prime >>)>>=>>>w>>(>k>->c>)>>->w>>(>k>)>>>c>>,>>>并保存；当保存的采集点速度个数大于d时(在宝钢一钢项目中，d＝5)，把最后的d个速度进行平均，作为该时刻的实际喷吹速度s(k)，整个计算公式如下：$

a：延迟时间，b：重量值采样间隔时间(1s)，c：速度计算间隔，d：速度求平均系数

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