[發明專利]一種轉爐冶煉終點鋼水碳、溫度控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201010172148.5
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101845531A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 胡丕俊;蔣學軍;邱成國;楊偉強;李海森
• 申請（專利權）人: 北京首鋼自動化信息技術有限公司
• 主分類號: C21C5/30
• 分類號: C21C5/30
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于轉爐煉鋼自動控制技術領域，特別是提供了一種轉爐冶煉終點鋼水碳、溫度控制系統及其方法。適用于大、中型轉爐生產各種高、中、低碳鋼產品。

背景技術

轉爐煉鋼以脫碳、升溫為主要目的，準確控制轉爐冶煉終點鋼水碳含量、鋼水溫度，是轉爐冶煉操作的核心目標。以前受轉爐容積及自動化水平影響，轉爐終點判斷以人工經驗為主，在準確度、冶煉周期、生產節奏等各方面都不能滿足企業生存和發展的需求。隨著企業對轉爐煉鋼自動化需求的不斷提高，兩種自動化煉鋼技術正迅速發展，一、采用副槍為檢測工具，在冶煉后期測量鋼水溫度、成分，采用數學模型計算，動態調整冶煉后期供氧量和冷卻劑加入量，實現冶煉后期溫度、成分預報及終點控制。二、采用氣體成分分析設備，在線分析轉爐廢氣成分，采用熱平衡、物料平衡原理，計算鋼水溫度、成分，進行轉爐冶煉終點控制。

鋼鐵研究總院胡志剛等，采用質譜儀為檢測手段，建立碳積分模型、碳指數模型，實現了冶煉過程鋼水碳含量的預測，結論表明，整個過程使用碳積分模型偏差較大，冶煉終點使用碳指數模型，在低碳范圍具有較好效果，但對于高碳鋼種，計算誤差較大。鋼水溫度計算則以熱平衡和數理統計為原理，計算結果準確率不高。

東北大學萬雪峰等，同樣采用質譜儀作為檢測手段，鋼水碳含量計算采用碳平衡計算原理，結論表明在國內各種原材料水平下，不能取得準確預報結果，對于鋼水溫度計算，采用碳含量、廢氣CO、CO₂分壓相結合的擬合公式，但實際應用效果不顯著。

武漢鋼鐵集團余志祥等，采用副槍測量手段，應用控制模型，實現了轉爐煉鋼終點自動化控制，終點碳溫雙命中率超過90％。

目前各冶金企業都在提高轉爐自動化煉鋼控制水平，采用副槍或質譜儀等檢測手段，使用與之相應的控制模型進行冶煉終點控制。從運行效果看，單獨采用副槍，在冶煉后期進行TSC測量，采用動態模型進行終點控制，具有非常高的終點控制效果，但隨之產生的消耗，增加了產品成本；單獨采用質譜儀進行廢氣分析，能很好控制低碳鋼冶煉終點碳含量，但無論對于鋼水溫度控制要求，還是高碳鋼的碳含量控制，都不能很好滿足企業的需求。

發明內容

本發明目的在于提供一種轉爐冶煉終點鋼水碳、溫度控制系統及其方法，解決了目前單獨采用副槍或廢氣分析的弊端，提高轉爐煉鋼終點鋼水碳含量、溫度準確度；適應于各企業大中型轉爐生產高中低碳鋼產品要求。

本發明利用計算機控制技術、網絡通信技術、數據分析技術，以轉爐副槍、質譜儀為檢測手段，完成轉爐冶煉過程數據跟蹤、采集、運算、存儲，代替人工以經驗，判斷冶煉終點，提高轉爐終點溫度、碳準確率。

本發明采用轉爐副槍、質譜儀為檢測手段，檢測鋼水溫度、成分，轉爐廢氣成分，方法以冶金熱平衡、數理統計、數值計算為原理設計控制模型，可有效控制轉爐冶煉終點。

本發明的控制系統包括硬件設備和軟件處理模塊；硬件設備包括：轉爐副槍測量設備、轉爐廢氣分析設備；軟件處理模塊包括：轉爐生產過程數據采集模塊、轉爐冶煉終點碳計算模塊、轉爐冶煉終點溫度計算模塊、信息顯示模塊；軟件處理模塊都運行在計算機上；硬件設備及軟件模塊通過以太網同轉爐生產過程數據庫相連接，實現數據交互。

本發明所述的轉爐副槍測量設備安裝于轉爐上方，由計算機自動控制探頭裝卸；在冶煉后期及冶煉結束，采用T(測溫)、TSC(測溫、取樣、定碳)、TSO(測溫、取樣、定氧)三種測量探頭，完成轉爐鋼水溫度、碳含量、氧活度測量；測量數據結果通過以太網傳送至轉爐過程數據服務器中。

所述的轉爐廢氣分析設備為質譜儀，通過轉爐煙道廢氣取樣、過濾裝置獲取轉爐廢氣，分析廢氣中CO、CO₂、O₂、N₂、Ar氣體的體積百分比含量；分析數據結果通過以太網傳送至轉爐過程數據服務器中。

所述轉爐生產過程數據采集模塊完成冶煉過程數據的采集工作，為冶煉過程監控、控制模型計算、生產數據存儲提供數據支持。具體采集內容如下：

(1)冶煉生產計劃數據接收；

(2)鐵水重量、成分、溫度數據；廢鋼、生鐵重量數據采集；

(3)轉爐吹煉過程原料加入重量、時間采集；

(4)轉爐吹煉過程氧氣槍位、氧氣流速、底吹流速數據采集；

(5)副槍測量數據，廢氣分析數據采集；

(6)鋼水成分化驗數據接收。

本發明所述轉爐鋼水終點碳計算模塊，是根據副槍TSC測量鋼水碳，或者質譜儀對轉爐廢氣分析成分，計算鋼水碳含量，步驟如下：

(1)冶煉后期副槍測量，使用T或TSC測量探頭；