一种氧气顶吹转炉氧枪点吹操作自动控制方法

摘要

本发明提供一种氧气顶吹转炉氧枪点吹操作自动控制方法，在一级计算机、二级计算机中分别增设点吹控制画面和点吹计算模块，在转炉PLC中增设点吹数据通讯模块及点吹执行模块。二级计算机根据钢种目标数据和转炉测量结果数据计算出点吹方案并发送给转炉PLC，转炉PLC根据点吹方案对氧枪升降装置和氧气阀门进行自动控制，并将控制结果发送到二级和三级计算机，实现氧枪点吹操作的自动控制。本发明利用计算机计算出点吹方案，使计算与采取的点吹方案更加科学合理，氧枪点吹操作控制的准确性明显提高，点吹过程与结果数据记录更加精确，可避免各种人为因素的影响，并减轻操作工的劳动强度。

说明书

技术领域

本发明属于炼钢工艺领域，特别涉及一种用于氧气顶吹转炉氧枪点吹操作的自动控制方法。

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，已成为一种主要的炼钢设备。转炉自动化炼钢操作一般是指从吹氧打火开始至终点抬枪之前的自动冶炼控制过程，为实现自动冶炼控制过程，现场均配备有转炉测量仪表、一级计算机（人机操作界面计算机）、二级计算机（过程控制计算机）、三级计算机（生产管理计算机）、转炉计算机可编程序控制器（简称转炉PLC）。点吹操作是指一次拉碳未命中钢种目标时所采取的氧枪补吹操作。目前，国内转炉氧枪点吹操作的比例约占20%，并普遍使用手动操作。

这种手动操作存在着弊端：首先，操作工人根据钢种目标与冶炼终点处理结果进行对比，凭经验估算出点吹方案，由于操作工人的个人经验不同，采取的点吹方案不尽相同。其次，操作工人通过操作台手动控制氧枪的升降操作，由于操作工人的操作技能与精神状态不同，对点吹控制的准确性较差。另外，操作工是根据抬枪时间与氧枪到位的时间计算出点吹时间并进行记录，由于操作工人计算的准确性不同，因此对点吹数据的记录精确性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易行，稳定可靠，控制精度高，无需额外投资的氧气顶吹转炉氧枪点吹操作自动控制方法。

为此，本发明所采取的技术解决方案是：

一种氧气顶吹转炉氧枪点吹操作自动控制方法，包括转炉测量仪表、一级计算机、二级计算机、三级计算机、转炉计算机可编程序控制器即转炉PLC、氧枪升降装置及氧气阀门；其特征在于：

在一级计算机中增设点吹控制画面、点吹方式切换及状态显示按钮；

在二级计算机中增设点吹计算模块；

    在转炉PLC中增设点吹数据通讯模块，包括熔炼号、设定点吹时间、实际点吹时间；

在转炉PLC中增设点吹执行模块，包括点吹开始控制模块和点吹结束控制模块。

其具体控制过程为：

三级计算机将钢种目标温度T_tar、目标碳含量C_tar以电文形式发送给二级计算机，同时转炉PLC中的测量结果通讯模块亦将转炉测量仪表的测量温度T_m、测量碳含量C_m结果以电文形式发送给二级计算机；

二级计算机点吹计算模块根据三级计算机的钢种目标数据和转炉PLC的转炉测量仪表测量结果数据计算出包括目标枪高H_tar、目标吹氧时间D_tar的点吹方案，并将点吹方案发送给转炉PLC和一级计算机；

转炉PLC中的点吹数据通讯模块根据点吹方案，确定熔炼号、设定点吹时间及实际点吹时间，并发送给一级计算机；

一级计算机点吹控制画面显示设定点吹时间数据D_tar及实际点吹时间数据D_act；

转炉PLC启动点吹执行模块，当一级计算机点吹方式为自动状态且操作台上的氧枪到吹炼点信号启动时，转炉PLC点吹开始控制模块控制氧枪到达吹炼点位置即H_tar= H_act，并开启氧气阀门，同时开始计时并写入到实际点吹数据中；

当D_tar= D_act时，即实际点吹数据达到设定点吹数据时，转炉PLC点吹结束控制模块控制氧枪到达等候点位置，关闭氧气阀门，停止计时器，并将包括实际枪高H_act、实际吹氧时间D_act的控制结果发送到二级计算机；

二级计算机读取转炉PLC中点吹数据通讯模块数据，并以电文形式发送给三级计算机，从而实现氧气顶吹转炉氧枪点吹操作的全过程自动控制。

所述目标吹氧时间D_tar的计算公式为：

当C_tar＜C_m时：

C_tar为目标碳含量（%）；C_m为测量碳含量（%）；D_tar为目标吹氧时间（s）；为炉内钢水量（t）；C₀为极限碳含量（%）；F为氧气流量（Nm³/s）；、为脱碳速率，=0.27～0.30（t/Nm³），=88000；e为自然对数；

当T_tar＞T_m时：

T_tar为目标温度（℃）；T_m为测量温度T_m（℃）；a、b为升温参数，a=0.33～0.40（℃/ Nm³），b=-7～0（℃）。

本发明的有益效果为：

本发明充分利用转炉原有设备，在不改变原有工艺的条件下，通过增加通讯、控制模块，实现了氧气顶吹转炉氧枪点吹操作的全过程自动控制，投入少、见效快。

由于本发明根据钢种目标与冶炼终点测试结果，利用计算机计算出点吹方案，避免了由于操作工人个人经验不足而导致的计算误差，使计算与采取的点吹方案更加科学合理。

采用计算机全过程自动控制，完全替代了转炉氧枪点吹的手动操作，避免了由于操作工人操作技能与精神状态不同而造成的操作和控制偏差，使氧枪点吹操作控制的准确性明显提高。

由于使用计算机进行自动记录，避免了人为因素的影响，从而极大提高了点吹过程与结果记录数据的精确度，因此本发明可降低对操作工点吹操作技能的要求，减轻操作工的劳动强度。

附图说明

附图为氧气顶吹转炉点吹操作自动控制系统结构框图。

具体实施方式

从氧气顶吹转炉点吹操作自动控制系统结构框图中可见，本发明所涉及的主要设备有转炉测量仪表、一级计算机、二级计算机、三级计算机、转炉PLC、氧枪升降装置及氧气阀门，而上述设备均为转炉原有配置的设备。本发明是在原有设备的基础上，又在一级计算机、二级计算机、三级计算机和转炉PLC的通讯与控制程序中增设了相应的通讯模块、控制模块及画面。

增加的具体内容为：

1、在一级计算机中增设点吹控制画面、点吹方式切换及状态显示按钮，进行设定点吹时间和实际点吹时间显示及修改数据项。

2、在二级计算机中增设点吹计算模块，以便根据钢种目标数据和转炉测量仪表的测量结果计算出点吹方案，并与转炉PLC进行通讯。

    3、在转炉PLC中增设点吹数据通讯模块，包括熔炼号、设定点吹时间、实际点吹时间，并实现与一级计算机、二级计算机的通讯。

4、在转炉PLC中增设点吹执行模块，包括点吹开始控制模块和点吹结束控制模块。

本发明氧气顶吹转炉氧枪点吹操作自动控制方法控制过程实施例：

三级计算机将钢种目标数据，即目标温度T_tar与目标碳含量C_tar以电文形式发送给二级计算机，同时转炉PLC中的测量结果通讯模块亦将转炉测量仪表的测量结果，包括测量温度T_m、测量碳含量C_m以电文形式发送给二级计算机。 

二级计算机点吹计算模块根据三级计算机的钢种目标数据和转炉PLC的转炉测量仪表测量结果数据计算出目标枪高H_tar、目标吹氧时间D_tar及目标流量，并将点吹方案发送给转炉PLC和一级计算机。

目标枪高H_tar的计算公式为：

H_tar＝H_bs +H_bl+H_rb；

转炉炉底至零米地面的高度H_bs为14.24m，转炉内熔池液位高度H_bl为2m，点吹目标枪高H_rb为1.8m，故目标枪高H_tar为18.04 m。

目标吹氧时间D_tar的计算公式为：

目标碳含量C_tar设定为0.08%，测量碳含量C_m为0.11%，满足C_tar＜C_m条件：由目标吹氧时间D_tar的计算公式：

其中：炉内钢水量为272t，极限碳含量为0.019%, 脱碳速率参数取0.29t/Nm³，为88000，目标氧气流量F_tar为15Nm³/s，e为自然对数，取值为2.718。

将各数值代入目标吹氧时间D_tar的计算公式，得到D_tar=25.01（s）。

同时，由于目标温度T_tar当设定为1680℃，实测测量温度T_m为1672℃，满足T_tar＞T_m条件：采用公式：

其中：a为0.035℃/ Nm³、b为-5℃，代入后得到：D_tar=24.76（s）。

按照上述两种D_tar计算方法所得结果相差无几，故将目标吹氧时间D_tar取值为25（s）。

需要提及的是，当上述两条件同时满足时，取数值较大的D_tar；

当上述两条件都不符合时， D_tar＝0s，不需要进行点吹操作。

转炉PLC中的点吹数据通讯模块根据上述点吹方案，确定熔炼号、设定点吹时间及实际点吹时间，并发送给一级计算机。

一级计算机点吹控制画面显示设定点吹时间数据及实际点吹时间数据均为D_act＝25s。

转炉PLC启动点吹执行模块，当一级计算机点吹方式为自动状态且操作台上的氧枪到吹炼点信号启动时，转炉PLC点吹开始控制模块控制氧枪到达吹炼点位置，即H_tar= 18.04m，开启氧气阀门至目标氧气流量F_tar=15Nm³/s，同时开始计时并写入到实际点吹数据中。

当实际点吹数据达到设定点吹数据（D_act=25s）时，转炉PLC点吹结束控制模块控制氧枪到达等候点位置H_l =26.30m，关闭氧气阀门，停止计时器，并将控制结果（包括实际枪高H_act=18.04m、实际吹氧时间D_act=25s、实际氧气流量F_act=15Nm³/s发送到二级计算机。

二级计算机读取转炉PLC中点吹数据通讯模块数据，包括设定枪高H_tar= 18.04m、实际枪高H_act=18.04m、设定点吹时间D_tar＝25s、实际吹氧时间 D_act=25s、目标氧气流量F_tar=15Nm³/s、实际氧气流量F_act=15Nm³/s，并以电文形式发送给三级计算机，即可实现氧气顶吹转炉氧枪点吹操作的全过程自动控制。