一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法 |
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| 申请号 | CN201610846564.6 | 申请日 | 2016-09-23 | 公开(公告)号 | CN106435085A | 公开(公告)日 | 2017-02-22 |
| 申请人 | 河钢股份有限公司邯郸分公司; | 发明人 | 翟晓毅; 李巨辉; 苑卫科; 郭朝军; 陈东宁; 张炳森; 温彦文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种解决转炉自动化炼 钢 氧 枪工作氧压不稳定的方法，属 冶金 自动化，属于转炉炼钢自动化控制技术领域。技术方案是：通过建立转炉炼钢工作氧压与供氧流量关系的数学模型，根据实际工作氧压计算供氧流量，并用该计算供氧流量替代仪表测量流量值，参与自动化炼钢模型控制，实现自动化炼钢过程的准确控制和稳定操作。本发明积极效果：不进行任何投资的情况下，采用模拟量参与自动化炼钢的流量控制，使自动化炼钢模型脱离总管氧压 波动 对其的干扰，实现100%自动化炼钢，模型不断得到优化完善，炼钢终点命中率得到有效提高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法，其特征在于：通过建立转炉炼钢工作氧压与供氧流量关系的数学模型，根据实际工作氧压计算供氧流量，并用该计算供氧流量替代仪表测量流量值，参与自动化炼钢模型控制，实现自动化炼钢过程的准确控制和稳定操作。 |
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| 说明书全文 | 一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法[0002] 背景技术：转炉炼钢的目的是对兑入转炉的铁水和废钢等原料，通过氧枪连续吹氧的方式，不断降低原料中的碳含量和提升温度的过程。在转炉出钢前的冶炼终点，能否直接出钢的判断依据，是钢水碳含量和温度能否满足目标要求；因此，能准确判断冶炼过程和终点钢水碳含量是转炉炼钢的关键，冶炼终点命中率高的控制技术能减少补吹和倒炉取样的次数，可有效地缩短冶炼时间，提高转炉产量，降低生产成本，是转炉炼钢的关键技术。例如：某厂转炉氧枪供氧管道受场地空间限制，孔板流量计的布置不能满足计量的准确性，总管氧压的波动造成流量计量发生大的偏差，而且很不稳定，供氧压力受氧气管网压力波动影响，总管氧压波动较大，波动范围在1.3-2.5Mpa，每天均不同程度大范围波动，给转炉自动化炼钢的顺利进行造成极大影响。 [0003] 现有的转炉自动化炼钢模型，大都采用达涅利自动化炼钢模型，是按氧气流量及累计氧气消耗量及初始输入物料参数、终点目标参数按照模型来进行自动计算，按计算结果对整个吹炼过程中加料量、吹氧量、加料时机、氧枪枪位变化时机、副枪动作时机、吹炼终点确定等过程进行自动控制，实现自动化炼钢的目标；所以氧流量的计量稳定及准确性是所有工作的基础。不同转炉，不同总管氧压情况下，要达到相同的工作氧压，需要的氧气流量值均不相同，而当设定同一流量值时，氧枪工作氧压会发生大的波动，造成吹炼无法进行。因此，背景技术的转炉自动化炼钢模型难以适应这样的供氧条件，自动学习的结果常常偏离真实值，转炉自动化炼钢模型很难指导生产操作。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法，采用模拟计算量替代实际测量值参与自动化炼钢模型控制，与自动化炼钢系统实现无缝对接，改善自动化炼钢效果，提高自动化炼钢率；在供氧不稳情况下转炉自动化炼钢率可实现100%，终点命中率可通过软件原有的自学习功能不断得到提高，解决背景技术存在的上述问题。 [0005] 本发明的技术方案是：一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法，通过建立转炉炼钢工作氧压与供氧流量关系的数学模型，根据实际工作氧压计算供氧流量，并用该计算供氧流量替代仪表测量流量值，参与自动化炼钢模型控制，实现自动化炼钢过程的准确控制和稳定操作。 [0006] 包括以下几个步骤：①计算供氧流量模型的确定 基于在供氧管路固定、氧枪参数已确定的情况下，氧枪的流量与喷头参数及出口氧压相关的原理，按照流体力学及气体方程可推导出通过氧枪喷孔的气体流量公式如下： F0：氧气流量，m3/min P工作：工作氧压，Mpa T环：氧气环境温度，℃ Cd:氧枪喷孔流量系数，通常取0.96-0.99 N：氧枪喷孔个数 A喉：氧枪喷孔喉口面积，mm2 通过上述公式计算结果，确定计算供氧流量与工作氧压的关系； 验证：通过物料平衡计算，与上述计算供氧流量的模拟计算值相比，验证后基本符合实际，因此，用此计算供氧流量替代流量计测量值，参与自动化冶炼过程控制，能够准确反应实际氧气消耗与入炉料条件及终点目标之间的关系； ②模型实现 采用氧枪工作氧压及氧气工作环境温度按理想气体方程及喷头设计流量压力特性计算供氧流量，用计算供氧流量替代孔板流量计流量，参与转炉吹炼过程的流量控制，并把计算供氧流量应用到已有的转炉自动化炼钢模型上，同时保留孔板流量计流量做为参考，不参与控制。 [0008] 依据氧压与氧流量的关系，经过嵌入程序进行计算，实时产生工作氧压与供氧流量的对应值，并将计算供氧流量显示的操作界面上，与副枪自动化炼钢氧流量控制模型无缝对接，为自动化炼钢顺利进行提供了保障。 [0009] 在转炉自动化炼钢模型中设定目标流量，通过自动化炼钢程序来实时自动调整流量，实现对流量的控制，进而稳定了供氧压力，避开了总管氧压大范围波动对流量表测量值精确度的干扰；副枪系统，通过在每炉吹炼前中期采用静态模型进行过程控制，利用副枪TSC探头在不终断吹炼的情况下直接插入钢水中进行定C、定温并取样分析，利用TSC测量结果和设定终点目标差值在后续的吹炼过程中采用动态控制模式，重新计算后续吹炼用氧量及辅料用量，自动控制吹炼终点，实现转炉吹炼终点碳、温度的自动命中。 [0010] 本发明采用吹炼过程氧气模拟计算供氧流量直接替代仪表测量值，参与转炉吹炼过程自动化控制，实时根据氧枪工作氧压计算吹炼过程供氧流量，实现了稳定吹炼过程供氧压力的目的。 [0011] 本发明的主要创新特点有：(1)不需要增加仪表及稳压阀组或改造氧气管道，而是通过模拟计算供氧流量替代测量值实现自动控制氧流量及工作氧压，因此无需投入，不占空间；(2)计算时间响应快速，可忽略不计； (3) 计算供氧流量与实际流量值偏差小，能够保证自动化炼钢模型的正确运算；(4) 能与现有的达涅利自动化炼钢模型无缝对接，实现自动化炼钢。 [0012] 本发明的实用性在于：(1) 适用于国内炼钢转炉供氧管路设计缺陷或供氧系统压力波动大，同时配备转炉副枪自动化炼钢系统的所有炼钢厂，采用本方法可快速解决问题，免去巨额改造投资及时间；(2) 无额外设备维护费用，全部功能通过现有装备实现；（3）本方法软件程序简单，可自主开发和优化。 [0013] 本发明适用于现有炼钢厂炼钢系统供氧气条件不稳定、自动化炼钢不能正常进行且无改造空间或无资金改造的情况下使用。 [0014] 本发明积极效果：转炉自动化炼钢需要对吹炼过程氧气流量及工作氧压进行准确控制，并对数据进行收集、分析，以不断通过软件自学习功能自动调整模型参数适应吹炼过程，达到准确控制转炉炼钢钢水终点成份、温度的目的。当各种因素造成总管供氧压力波动时，造成吹炼氧气流量检测的准确性受到较大的影响，从而影响到自动化炼钢过程吹氧工作氧压的巨大波动，被迫使自动化炼钢不能进行而改用手动控制，自动化炼钢模型无法应用，大大影响转炉炼钢的命中率。本专利申请是不进行任何投资的情况下，采用模拟量参与自动化炼钢的流量控制，使自动化炼钢模型脱离总管氧压波动对其的干扰，实现100%自动化炼钢，模型不断得到优化完善，炼钢终点命中率得到有效提高。附图说明 [0015] 图1为本发明实施例计算供氧流量与工作氧压关系图；图2为本发明实施例修改达涅利自动化炼钢模型程序说明示意图； 图3为本发明实施例1号炉使用本发明后氧平衡值情况（100炉数据）； 图4为本发明实施例2号炉使用本发明后氧平衡值情况（100炉数据）。 具体实施方式[0016] 以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。 [0017] 一种解决转炉自动化炼钢氧枪工作氧压不稳定的方法，通过建立转炉炼钢工作氧压与供氧流量关系的数学模型，根据实际工作氧压计算供氧流量，并用该计算供氧流量替代仪表测量流量值，参与自动化炼钢模型控制，实现自动化炼钢过程的准确控制和稳定操作。 [0018] 包括以下步骤：①计算供氧流量模型的确定 基于在供氧管路固定、氧枪参数已确定的情况下，氧枪的流量与喷头参数及出口氧压相关的原理，按照流体力学及气体方程可推导出通过氧枪喷孔的气体流量公式如下： F0：氧气流量，m3/min P工作：工作氧压，Mpa T环：氧气环境温度，℃ Cd:氧枪喷孔流量系数，通常取0.96-0.99 N：氧枪喷孔个数 A喉：氧枪喷孔喉口面积，mm2 通过上述公式计算结果，确定计算供氧流量与工作氧压的关系； ②模型实现 采用氧枪工作氧压及氧气工作环境温度按理想气体方程及喷头设计流量压力特性计算供氧流量，用计算供氧流量替代孔板流量计流量，参与转炉吹炼过程的流量控制，并把计算供氧流量应用到已有的转炉自动化炼钢模型上，同时保留孔板流量计流量作为参考，不参与控制。 [0019] 把计算供氧流量应用到已有的转炉自动化炼钢模型上，通过修改已有转炉自动化炼钢模型的程序实现。 [0020] 依据氧压与氧流量的关系，经过嵌入程序进行计算，实时产生工作氧压与供氧流量的对应值，并将计算供氧流量显示的操作界面上，与副枪自动化炼钢氧流量控制模型无缝对接，为自动化炼钢顺利进行提供了保障。 [0021] 在转炉自动化炼钢模型中设定目标流量，通过自动化炼钢程序来实时自动调整流量，实现对流量的控制，进而稳定了供氧压力，避开了总管氧压大范围波动对流量表测量值精确度的干扰；副枪系统，通过在每炉吹炼前中期采用静态模型进行过程控制，利用副枪TSC探头在不终断吹炼的情况下直接插入钢水中进行定C、定温并取样分析，利用TSC测量结果和设定终点目标差值在后续的吹炼过程中采用动态控制模式，重新计算后续吹炼用氧量及辅料用量，自动控制吹炼终点，实现转炉吹炼终点碳、温度的自动命中。 [0022] 在实施例中，参照附图1，确定计算供氧流量与工作氧压的关系图。 [0023] 实施例的计算模型验证，参照表1、表2。 [0024]表1：转炉装入物料情况表 铁水装入量 废钢装入量 铁水比% 废钢比% 成钢量比% 吨钢返矿加入比% 135 10 0.93 0.068 0.924 0.020 表2：氧平衡计算表 由以上物料平衡计算，与（1）项中流量模拟计算值相比，基本符合实际，验证：通过物料平衡计算，与上述计算供氧流量的模拟计算值相比，验证后基本符合实际，因此，用此计算供氧流量替代流量计测量值，参与自动化冶炼过程控制，能够准确反应实际氧气消耗与入炉料条件及终点目标之间的关系； 实施例中模型实现：现经过分析，采用氧枪工作氧压及氧气工作环境温度按理想气体方程及喷头设计流量压力特性计算氧枪流量，用此流量替代孔板流量计流量参与转炉吹炼过程的流量控制，并把此参数应用到达涅利自动化炼钢模型L1及L2，同时保留原孔板流量计流量做为参考（不参与控制），具体修改要求如下： 流量计算程序修改程序说明，参照附图2. 3 附图2中：F计算：氧气流量,m/min；P：氧枪工作氧压，Mpa；T1、T2：供氧管路支路末端截止阀状态（1：表示阀关限位触发；0：表示阀关限位未触发）；P1、P2：1号、2号氧枪工作氧压，Mpa；T环：氧气工作环境温度，℃。 [0025] 应用范围：本实施例对3座转炉进行改造，3座转炉L1东、西氧枪氧流量调节阀控制；3座转炉副枪L1单炉实际氧耗累积量计量；3座转炉副枪自动化炼钢L2模型单炉氧耗累积量计量、氧流量计量；其它需更改的点（现场确定）。 [0026] 在没有任何资金投入的情况下，成功解决了氧压波动及氧量计量波动对转炉自动化炼钢供氧模型影响的问题，统一了3座转炉供氧模型参数，使转炉供氧模型全面实现自动化。 [0027] 主要效果如下：（1）总氧耗的稳定性 根据投入应用后300炉数据分析，单炉氧耗量波动在5900-6400m3/t（与铁水成份、温度、废钢量、是否留渣、返矿加入量等因素的影响具有较强的对应性），吨钢氧耗波动在49- 52m3/t，与理论计算相符，也与实际转炉冶炼工艺经验值相符。 [0028] （2）、总管氧压对工作氧压及氧流量的影响使用该发明后三座转炉过程控制参数如下，在总管氧压波动时，氧流量及工作氧压基本不受影响，转炉自动化炼钢模型实现了参数统一，100%支持自动化炼钢，具体见表3。 [0029] 表3：典型供氧参数实际情况表120t转炉1号炉炼钢生产，铁水140t,废钢5t，吹炼过程总管氧压波动在1.3～2.5MPa，调节阀后氧压波动在1.3～1.5MPa，氧枪吹炼流量设定在400M3/min，吹炼工作氧压稳定在 0.6MPa左右，氧平衡值设定为2000，模型单炉实际氧平衡值稳定在2250±200，波动范围 1990～2500。1号炉使用本发明后氧平衡值情况（100炉数据）参照附图3。 [0030] 120t转炉2号炉炼钢生产，铁水140t,废钢5t，吹炼过程总管氧压波动在1.3～2.5MPa，调节阀后氧压波动在1.3～1.5MPa，氧枪吹炼流量设定在400M3/min，吹炼工作氧压稳定在0.6MPa左右，氧平衡值设定为2000，模型实际单炉氧平衡值稳定在1850±200。2号炉使用本发明后氧平衡值情况（100炉数据）参照附图4。 |
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