專利名稱：一種rh鋼水溫度、成分閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于RH自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了 RH鋼水溫度、成分閉環(huán)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
RH精煉工藝是依靠真空室和大氣間的壓差，將鋼包中的鋼水提升到真空室，并通 過(guò)吹氬造成鋼水連續(xù)地循環(huán)處理的一種冶金方法。該工藝主要用于脫氫、脫氮、脫氧、脫碳 和脫硫，同時(shí)具有合金微調(diào)和溫度調(diào)整的功能。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋼材質(zhì)量的要求越 來(lái)越高，它的應(yīng)用為煉鋼廠生產(chǎn)高附加值品種鋼奠定了基礎(chǔ)。由于RH生產(chǎn)的操作模式相對(duì) 比較規(guī)范化，鋼水溫度檢測(cè)、預(yù)報(bào)和控制自動(dòng)化水平較高，在保證終點(diǎn)鋼水溫度和成分的基 礎(chǔ)上，便于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。由于RH終點(diǎn)鋼水溫度、碳含量要求精度高，操作人員常使用一次性熱電偶測(cè)溫定 氧和鋼樣化驗(yàn)來(lái)獲取RH鋼水溫度、成分信息，提高了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也無(wú)法連 續(xù)掌握鋼水溫度、碳含量等信息，存在操作盲點(diǎn)。建立RH閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要是在準(zhǔn)確預(yù)報(bào) 鋼水溫度和成分的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)真空脫碳、頂槍吹氧、料倉(cāng)加料的自動(dòng)控制，規(guī)范化生產(chǎn)。北京科技大學(xué)的韓傳基博士建立了 RH-MFB精煉過(guò)程中鋼水溫度的數(shù)學(xué)模型，通 過(guò)Delphi程序計(jì)算了精煉過(guò)程中鋼水溫度的變化。研究發(fā)現(xiàn)，RH-MFB精煉開始階段，鋼水 溫度急劇下降，前IOmin溫降速率約為3°C /min，加Al吹氧、加合金和真空室內(nèi)壁初始溫度 對(duì)鋼水溫度影響較大，采用模型預(yù)測(cè)了精煉結(jié)束時(shí)刻的鋼水溫度，與生產(chǎn)中鋼水溫度平均 誤差在士5°C以內(nèi)的占80%。鞍鋼的李德剛等人，根據(jù)冶金熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)理論，針對(duì)260噸的RH-TB真空處理 設(shè)備建立了真空處理過(guò)程碳含量及鋼水溫度預(yù)報(bào)模型。碳預(yù)報(bào)模型綜合考慮了碳、氧的平 衡濃度、鋼水的循環(huán)流動(dòng)以及湍流擴(kuò)散傳質(zhì)對(duì)脫碳的影響。命中率達(dá)到70%。寶鋼的杜斌、謝樹元、黃可為等人對(duì)RH過(guò)程控制模型進(jìn)行了研究。根據(jù)冶金學(xué)的 基本原理與RH精煉處理的內(nèi)在原理，以總體應(yīng)用效果和滿足過(guò)程控制的要求為目標(biāo)，建立 了靜態(tài)脫碳模型、動(dòng)態(tài)脫碳模型、溫度模型、合金模型等，在寶鋼內(nèi)部應(yīng)用。寶鋼的李青、馬志剛等針對(duì)RH脫碳模型的研究，主要是在碳氧平衡原理的基礎(chǔ) 上，結(jié)合工藝人員提供的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和仿真測(cè)試建立的脫碳模型。計(jì) 算結(jié)果具備一定的精度，能給操作人員一定的指導(dǎo)作用，比寶鋼引進(jìn)的同類模型更適用。但 是，本模型雖然實(shí)現(xiàn)了精煉過(guò)程的再現(xiàn)，但是由于在建立過(guò)程中的諸多必須的簡(jiǎn)化步驟和 冶金反應(yīng)的開放性和復(fù)雜性，仍然有一些不足之處。寶鋼的李成林、胡江，在增設(shè)RH排氣流量?jī)x后，基于測(cè)量的方法和基于推定的方 法建立脫碳模型，通過(guò)比較分析，確定了應(yīng)該在原模型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，繼續(xù)采用基于推定的方 法利用排氣流量數(shù)據(jù)。RH部分實(shí)測(cè)碳含量失真是模型參數(shù)調(diào)整的主要障礙，主要原因是脫 碳后期加合金的影響，或者是由于處理后期回碳，導(dǎo)致鋼水中的碳濃度分布不均勻，對(duì)分析 結(jié)果造成影響?；跍y(cè)量的方法優(yōu)點(diǎn)在于原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精度依賴
3太大，實(shí)踐很難實(shí)現(xiàn)；基于推定的方法正好相反，機(jī)理復(fù)雜但對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)要求低，因此這里 將排氣流量數(shù)據(jù)作為一個(gè)指標(biāo)來(lái)參考比較。梅鋼RH經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，采用RH動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化，提高了梅鋼的脫碳命中率。 河北理工的劉柏松、艾立群也對(duì)脫碳模型進(jìn)行了研究，在脫碳機(jī)理的基礎(chǔ)上，將脫碳模型轉(zhuǎn) 換成常微分方程組，用龍格_庫(kù)塔法進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步將模型編譯成RH脫碳預(yù)報(bào)軟件。目前，寶鋼公司已經(jīng)有一項(xiàng)RH溫度預(yù)報(bào)和合金計(jì)算的專利。該專利提供一種RH 精煉爐鋼水溫度實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的方法，從而既提高了精煉處理結(jié)束時(shí)的溫度命中率，又減少了 測(cè)溫次數(shù)。雖然該專利有一定的效果，但對(duì)于整個(gè)RH精煉的二級(jí)模型來(lái)說(shuō)，還只是其中的 一小部分，系統(tǒng)地開發(fā)出RH閉環(huán)控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種RH鋼水溫度、成分閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼水溫度和成 分的自動(dòng)控制，提高RH生產(chǎn)自動(dòng)化水平，滿足鋼水質(zhì)量要求。RH冶煉過(guò)程中，該設(shè)備提供鋼 水溫度和成分信息，并顯示在操作界面上，具備閉環(huán)自動(dòng)控制功能。監(jiān)控模塊能夠根據(jù)鋼水 的處理模式和初始信息，自動(dòng)劃分冶煉階段，下發(fā)真空度、吹氧量、料倉(cāng)加料等設(shè)定值，實(shí)現(xiàn) 閉環(huán)操作；鋼水溫度模塊可以精確預(yù)報(bào)鋼水實(shí)時(shí)溫度和終點(diǎn)溫度，滿足閉環(huán)控制鋼水溫度 的要求；脫碳模塊能夠?qū)崟r(shí)預(yù)報(bào)鋼水碳含量，是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制鋼水成分的條件。自學(xué)習(xí)模塊 基于不同爐次的處理模式和生產(chǎn)信息，不斷優(yōu)化操作參數(shù)，為閉環(huán)控制提供更加合理的操 作參數(shù)。本發(fā)明基于能量守恒、冶金機(jī)理、自學(xué)習(xí)算法，建立了監(jiān)控模塊、自學(xué)習(xí)模塊、脫碳 模塊、鋼水溫度模塊，模塊之間相互協(xié)作。利用熱電偶進(jìn)行有限的溫度成分檢測(cè)，以監(jiān)控模 塊為核心設(shè)計(jì)了一套R(shí)H閉環(huán)控制系統(tǒng)。從鋼水進(jìn)入處理位真空處理開始，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水溫 度和成分，根據(jù)不同的冶煉步驟下發(fā)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)真空度、吹氧量、料倉(cāng)加料、處理時(shí)間的自 動(dòng)控制。將無(wú)法連續(xù)測(cè)溫化驗(yàn)的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為以直觀的溫度、碳含量曲線圖的形式顯示出 來(lái)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)預(yù)報(bào)功能；將閉環(huán)控制模式，轉(zhuǎn)化為以冶煉步驟表格的形式顯示在界面上，逐 步下發(fā)不同的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操作。本發(fā)明的系統(tǒng)包括在線控制的硬件和軟件處理模塊硬件有測(cè)溫、定氧熱電偶，通 過(guò)以太網(wǎng)連接RH生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)；軟件處理模塊包括數(shù)據(jù)通訊模塊、監(jiān)控模塊、溫度模塊、 脫碳模塊、自學(xué)習(xí)模塊、調(diào)鋁經(jīng)驗(yàn)?zāi)K、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。數(shù)據(jù)通訊模塊進(jìn)行一級(jí)、三級(jí)與 二級(jí)的通訊；監(jiān)控模塊，根據(jù)處理模式劃分冶煉階段，自動(dòng)下發(fā)設(shè)定值，并通過(guò)自學(xué)習(xí)模塊 調(diào)整控制參數(shù)；溫度模塊，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水溫度；脫碳模塊，通過(guò)真空控制和吹氧強(qiáng)制脫碳， 滿足終點(diǎn)脫碳要求監(jiān)控模塊，根據(jù)不同的鋼種制定好的處理模式，劃分冶煉步驟。本系統(tǒng)有五種處理 模式，包括RH普通處理模式、RH自然脫碳模式、RH強(qiáng)制脫碳模式、RH脫氣模式、RH輕處理 模式。本系統(tǒng)自動(dòng)劃分冶煉階段，進(jìn)而確定循環(huán)吹氬流量、吹氧量、真空操作和加料操作。真 空時(shí)間和吹氧量根據(jù)自學(xué)習(xí)結(jié)果不斷優(yōu)化。冶煉過(guò)程中，鋼水溫度和成分自動(dòng)校正一次后， 系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整真空時(shí)間和合金加入量，滿足終點(diǎn)鋼水溫度和成分要求。所述的自動(dòng)劃分冶煉階段，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)爐次開始后，根據(jù)鋼水處理模式，自動(dòng)劃分冶煉步驟；
(2)冶煉步驟根據(jù)鋼水處理模式確定，每一步驟由真空時(shí)間限制；(3)基于鋼水初始氧含量、碳含量、鋼水溫度，計(jì)算脫碳量和溫度調(diào)控需求，根據(jù)自 學(xué)習(xí)模型確定的脫碳系數(shù)，計(jì)算真空時(shí)間和吹氧量；(4)鋼水溫度和成分校正后，根據(jù)鋼水溫度和成分要求，基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)K調(diào)鋁脫氧、
合金化。脫碳模塊是基于冶煉機(jī)理和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)模型方法，在鋼水初始碳的基礎(chǔ) 上減去從廢氣中排出的碳來(lái)推斷鋼水中剩余的碳；采用廢氣分析測(cè)量系統(tǒng)，及時(shí)獲取真空 脫碳過(guò)程中的廢氣信息、及處理前初始碳含量，處理過(guò)程中碳含量、游離氧、鋼水重量、鋼水 溫度等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)鋼水中當(dāng)前碳含量、脫碳速度、脫碳總量等，保證動(dòng)態(tài)脫碳的計(jì)算 精度。脫碳模塊是基于冶煉機(jī)理和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定影響鋼水碳含量的主要因素，在機(jī)理 模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷優(yōu)化模型系數(shù)，提高碳含量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。常規(guī)的脫碳模塊是采用碳氧平衡原理，脫碳反應(yīng)依賴于鋼水中的熱力學(xué)條件，在 鋼水溫度和真空度一定的情況下碳和氧濃度會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，由此得出碳、氧隨時(shí)間變 化的規(guī)律。但是由于公式存在大量假設(shè)，對(duì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率影響很大。本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)脫碳模 型的基本原理，在鋼水初始碳的基礎(chǔ)上減去從廢氣中排出的碳來(lái)推斷鋼水中剩余的碳。能夠及時(shí)獲取真空脫碳過(guò)程中的廢氣信息、及處理前初始碳含量，處理過(guò)程中碳 含量、游離氧、鋼水重量、鋼水溫度等數(shù)據(jù)，能夠迅速準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)鋼水中當(dāng)前碳含量、脫碳速 度、脫碳總量等。脫碳模塊實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)以鋼水初始碳含量為計(jì)算起點(diǎn)；(2)實(shí)時(shí)采集廢氣分析測(cè)量系統(tǒng)中的廢氣信息，以及廢氣中0)、0)2等百分含量，計(jì) 算脫碳變化值(3)當(dāng)發(fā)生強(qiáng)制吹氧脫碳時(shí)，廢氣中CO2百分含量發(fā)生顯著變化，脫碳變化量與吹 氧速度、燃燒速度成比例關(guān)系，燃燒速度與廢氣中的CO和CO2的典型含量有關(guān)；(4)預(yù)報(bào)碳含量=化驗(yàn)碳含量_脫碳變化量。所述的自學(xué)習(xí)模塊，主要是以同一處理模式、同一鋼種最近20爐鋼水冶煉信息作 為學(xué)習(xí)樣本，計(jì)算鋼水的脫碳速率。輸入變量為鋼種、真空時(shí)間、吹氧量、初始鋼水溫度、碳 含量、氧活度、終點(diǎn)碳含量、氧活度，輸出變量為脫碳系數(shù)。所述的調(diào)鋁經(jīng)驗(yàn)?zāi)K，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)基于RH實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不同的鋼水氧含量、鋁成分要求，制定了經(jīng)驗(yàn)鋁粒加入 量；主要相關(guān)參數(shù)有鋁粒百分含量、用于脫氧的鋁粒收得率、用于合金化的鋁粒收得率、
鋼水重量。(2)在調(diào)鋁脫氧階段，基于鋼水氧含量和鋁成分要求，計(jì)算加鋁設(shè)定值。本發(fā)明是在公認(rèn)的冶金機(jī)理的基礎(chǔ)上，著重細(xì)化研究了自然脫碳、強(qiáng)制脫碳引起 的脫碳速率的變化，進(jìn)一步提高了鋼水碳含量的預(yù)報(bào)精度，因此上述自學(xué)習(xí)方法優(yōu)化參數(shù) 屬于本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的限定。本發(fā)明在監(jiān)控模塊、脫碳模塊、自學(xué)習(xí)模塊、溫度模塊、合金模型的基礎(chǔ)上，配合數(shù) 據(jù)通訊模塊、客戶端、數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了 RH閉環(huán)自動(dòng)控制。監(jiān)控模塊，主要是判斷各冶煉步驟，
5進(jìn)而啟動(dòng)設(shè)定值計(jì)算。各模塊互相協(xié)作，構(gòu)成了統(tǒng)一整體。具體的技術(shù)內(nèi)容包括(1)采用監(jiān)控模塊，自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；(2)采用自學(xué)習(xí)方法優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)；(3)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；(4)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)查詢；自學(xué)習(xí)模塊和監(jiān)控模塊有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成統(tǒng)一整體，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制系統(tǒng)。本發(fā)明RH閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、操作規(guī)范、自動(dòng)化水平高的特點(diǎn)。用戶可 以通過(guò)有限的檢測(cè)數(shù)據(jù)校正鋼水預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)鋼水閉環(huán)控制。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的生產(chǎn)工藝圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的監(jiān)控模塊流程圖。圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的脫碳模塊流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本系統(tǒng)通過(guò)Li、L3通訊模塊自動(dòng)采集生產(chǎn)信息和化驗(yàn)成分、生產(chǎn)計(jì)劃，寫入L2數(shù) 據(jù)庫(kù)中；監(jiān)控模塊利用通訊模塊采集的信息自動(dòng)判斷各冶煉步驟，進(jìn)而啟動(dòng)設(shè)定值計(jì)算； 溫度模塊和脫碳模塊基于冶金原理和經(jīng)驗(yàn)操作，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)；自學(xué)習(xí)模塊通過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析、優(yōu) 化系統(tǒng)參數(shù)。1、所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)方法如下RH閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用VC進(jìn)行開發(fā)，以O(shè)RACLE數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分為客戶端 和后臺(tái)系統(tǒng)兩部分，后臺(tái)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、通訊進(jìn)程、計(jì)算模塊，實(shí)現(xiàn)了 RH鋼水溫度和成分 的閉環(huán)控制。各模塊功能見表1，生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。表1 RH 二級(jí)系統(tǒng)模塊構(gòu)成 (1)數(shù)據(jù)通訊本系統(tǒng)采用C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)高速以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 TCP/IP/0PC方式，將料倉(cāng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氧槍系統(tǒng)、吹氬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù) 中。同時(shí)二級(jí)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的設(shè)定值也通過(guò)一級(jí)通訊進(jìn)程下發(fā)到一級(jí)PLC自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn) 閉環(huán)自動(dòng)生產(chǎn)。(2)客戶端系統(tǒng)客戶端分為工程師界面和操作人員界面，將后臺(tái)系統(tǒng)采集和模塊計(jì)算得到的結(jié)果 以圖形、數(shù)據(jù)的形式直觀的顯示給用戶。通過(guò)客戶端接管爐次后，鋼水即進(jìn)入閉環(huán)控制系 統(tǒng)，直到爐次結(jié)束。(3)后臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)控模塊是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，以滿足鋼水目標(biāo)溫度成分為目標(biāo)，根據(jù)鋼水的處理模 式和當(dāng)前狀態(tài)，計(jì)算真空度、循環(huán)吹氬、頂槍吹氧設(shè)定值，下發(fā)給Ll系統(tǒng)，直至爐次結(jié)束。溫度模塊、脫碳模塊、合金模塊，是在爐次開始后，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水信息，為監(jiān)控模塊 提供計(jì)算基礎(chǔ)。自學(xué)習(xí)模塊是在爐次結(jié)束后，根據(jù)鋼水各相關(guān)因素，優(yōu)化脫碳速率等參數(shù)。2、監(jiān)控模塊基于鋼種處理模式，劃分各冶煉步驟，計(jì)算真空時(shí)間、吹氧量等控制參 數(shù)。控制模塊與預(yù)報(bào)模塊有機(jī)結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)RH閉環(huán)控制的關(guān)鍵。下面就監(jiān)控模塊做詳細(xì)說(shuō) 明。(1)本系統(tǒng)將處理模式分為5種，包括RH普通處理模式、RH自然脫碳模式、RH強(qiáng) 制脫碳模式、RH本處理模式、RH輕處理模式。監(jiān)控模塊根據(jù)每一爐次開始獲得的初始碳、氧 活度、鋼液溫度和目標(biāo)碳含量等信息，在精煉過(guò)程中給操作人員提供為達(dá)到一定目標(biāo)碳濃 度所必須的處理時(shí)間、吹氧量、循環(huán)吹氬和合金設(shè)定值。監(jiān)控模塊將冶煉步驟劃分為主控制模塊和輔控制模塊。主控制模塊按照爐次開始 前設(shè)定好的真空時(shí)間和設(shè)定值控制生產(chǎn)；經(jīng)過(guò)再次測(cè)溫定氧后，輔控制模塊的真空時(shí)間和 控制參數(shù)根據(jù)終點(diǎn)要求自動(dòng)調(diào)整一次，保證鋼水質(zhì)量。表2各階段劃分 (2)主控制模塊“化學(xué)升溫”階段，實(shí)現(xiàn)步驟如下1)讀取溫度模塊計(jì)算的鋼水預(yù)測(cè)目標(biāo)溫度；2)如果鋼水預(yù)測(cè)目標(biāo)溫度小于目標(biāo)溫度要求，下發(fā)吹氧量設(shè)定值；3)如果鋼水預(yù)測(cè)目標(biāo)溫度大于目標(biāo)溫度要求，下發(fā)廢鋼設(shè)定值；“脫碳”階段，實(shí)現(xiàn)步驟如下1)讀取鋼水初始信息鋼種、初始碳含量、氧活度、目標(biāo)碳含量；2)根據(jù)鋼水初始信息讀取自學(xué)習(xí)脫碳系數(shù)；3)計(jì)算吹氧量和真空時(shí)間；根據(jù)到站碳、到站氧含量按如下公式計(jì)算吹氧量吹氧量計(jì)算02(Nm3) = (([C]到站_[C]目標(biāo))X4/3X脫碳系數(shù)_
到站)X0. 1498(3)輔控制模塊冶煉過(guò)程中經(jīng)過(guò)再次測(cè)溫、取樣后，調(diào)整鋁粒、廢鋼、合金設(shè)定 值，可精確控制鋼水終點(diǎn)溫度和成分。1) “調(diào)鋁脫氧”階段，“鋁粒加入量”設(shè)定值計(jì)算公式加鋁量=(到站氧/1000*鋼水重*1. 124/合金含量*100/脫氧鋁吸收率 *100) + (目標(biāo)鋁/10八3*鋼水重/合金含量*100/合金化鋁吸收率*100)脫氧鋁吸收率60%、58%、56%。合金化鋁吸收率90%。2) “合金化”階段，“合金加入量”的計(jì)算基于物料守恒定律，計(jì)算公式
X°kfV+ XWAiXAi,ΛXPk =--+ Ck
W^YjVAi
i=\Xl—加合金前鋼水中k元素的含量，％ ；XPk—加合金后鋼水中k元素的含量，％ ；W——加合金前鋼水重量，t ；WAi——i合金加入量，t ；β k——i合金中k元素含量，％ ；XAijk——k元素的收得率。Ck——k元素的修正值。
3) “終調(diào)溫度”階段，“廢鋼加入量”設(shè)定值計(jì)算方法如下；廢鋼量=調(diào)整溫度/鋼水冷卻因子*鋼水重量；3、RH脫碳模塊采用動(dòng)態(tài)脫碳理論，在鋼水初始碳的基礎(chǔ)上減去從廢氣中排出的 碳來(lái)推斷鋼水中剩余的碳，重點(diǎn)研究了自然脫碳和強(qiáng)制脫碳廢氣百分含量和脫碳系統(tǒng)的關(guān) 系。系統(tǒng)總流程如圖3所示。能夠及時(shí)獲取真空脫碳過(guò)程中的廢氣信息、及處理前初始碳含量，處理過(guò)程中碳 含量、游離氧、鋼水重量、鋼水溫度等數(shù)據(jù)，能夠迅速準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)鋼水中當(dāng)前碳含量、脫碳速 度、脫碳總量等。所述的“脫碳模塊”，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)讀取鋼水初始碳含量、氧含量；(2)實(shí)時(shí)采集廢氣分析測(cè)量系統(tǒng)中的廢氣信息，以及廢氣中0)、0)2等百分含量，計(jì)
算脫碳變化值 式中，a[c]——脫碳量；qgas——廢氣流量；(p_\(p、C02)——廢氣中CO、CO2體積分?jǐn)?shù)；tl、t2——間隔時(shí)間點(diǎn)。(3)當(dāng)發(fā)生強(qiáng)制吹氧脫碳時(shí)，廢氣中CO2百分含量發(fā)生顯著變化，脫碳變化量與吹 氧速度、燃燒速度成比例關(guān)系，燃燒速度與廢氣中的CO和CO2的典型含量有關(guān)；(4)預(yù)報(bào)碳含量=化驗(yàn)碳含量_脫碳變化量。
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權(quán)利要求
一種RH鋼水溫度、成分閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括在線檢測(cè)預(yù)報(bào)控制的硬件和軟件處理模塊；其特征在于，硬件有測(cè)溫、定氧機(jī)器人，通過(guò)以太網(wǎng)連接RH生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)；軟件處理模塊包括數(shù)據(jù)通訊模塊、監(jiān)控模塊、溫度模塊、脫碳模塊、自學(xué)習(xí)模塊、調(diào)鋁經(jīng)驗(yàn)?zāi)K、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊；數(shù)據(jù)通訊模塊進(jìn)行一級(jí)、三級(jí)與二級(jí)的通訊；監(jiān)控模塊，根據(jù)處理模式劃分冶煉階段，自動(dòng)下發(fā)設(shè)定值，并通過(guò)自學(xué)習(xí)模塊調(diào)整控制參數(shù)；溫度模塊，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水溫度；脫碳模塊，通過(guò)真空控制和吹氧強(qiáng)制脫碳，滿足終點(diǎn)脫碳要求；監(jiān)控模塊，根據(jù)不同的鋼種制定好的處理模式，劃分冶煉步驟；本系統(tǒng)有五種處理模式，包括RH普通處理模式、RH自然脫碳模式、RH強(qiáng)制脫碳模式、RH脫氣模式、RH輕處理模式；本系統(tǒng)自動(dòng)劃分冶煉階段，進(jìn)而確定循環(huán)吹氬流量、吹氧量、真空操作和加料操作；當(dāng)鋼水溫度和成分校正一次后，監(jiān)控模塊根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和目標(biāo)要求，自動(dòng)調(diào)整真空時(shí)間、加料設(shè)定值，滿足終點(diǎn)鋼水溫度和成分要求；脫碳模塊是基于冶煉機(jī)理和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用動(dòng)態(tài)模型方法，在鋼水初始碳的基礎(chǔ)上減去從廢氣中排出的碳來(lái)推斷鋼水中剩余的碳；采用廢氣分析測(cè)量系統(tǒng)，及時(shí)獲取真空脫碳過(guò)程中的廢氣信息、及處理前初始碳含量，處理過(guò)程中碳含量、游離氧、鋼水重量、鋼水溫度數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)鋼水中當(dāng)前碳含量、脫碳速度、脫碳總量，保證動(dòng)態(tài)脫碳的計(jì)算精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的自動(dòng)劃分冶煉階段，實(shí)現(xiàn)如下步 驟(1)爐次開始后，根據(jù)鋼水處理模式，自動(dòng)劃分冶煉步驟；(2)冶煉步驟根據(jù)鋼水處理模式確定，每一步驟由真空時(shí)間限制；(3)基于鋼水初始氧含量、碳含量、鋼水溫度，計(jì)算脫碳量和溫度調(diào)控需求，根據(jù)自學(xué)習(xí) 模型確定的脫碳速率，計(jì)算真空時(shí)間和吹氧量；(4)鋼水溫度和成分校正后，根據(jù)鋼水溫度和成分要求，基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)K調(diào)鋁脫氧、合金化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的脫碳模塊，實(shí)現(xiàn)如下步驟(1)以鋼水初始碳含量為計(jì)算起點(diǎn)；(2)實(shí)時(shí)采集廢氣分析測(cè)量系統(tǒng)中的廢氣信息，以及廢氣中C0、C02等百分含量，計(jì)算脫 碳變化值；(3)當(dāng)發(fā)生強(qiáng)制吹氧脫碳時(shí)，廢氣中CO2百分含量發(fā)生顯著變化，脫碳變化量與吹氧速 度、燃燒速度成比例關(guān)系，燃燒速度與廢氣中的CO和CO2的典型含量有關(guān)；(4)預(yù)報(bào)碳含量=化驗(yàn)碳含量-脫碳變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的自學(xué)習(xí)模塊，是以同一處理模式、 同一鋼種最近20爐鋼水冶煉信息作為學(xué)習(xí)樣本，計(jì)算鋼水的脫碳速率；輸入變量為鋼種、 真空時(shí)間、吹氧量、初始鋼水溫度、碳含量、氧活度、終點(diǎn)碳含量、氧活度，輸出變量為脫碳系 數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào)鋁經(jīng)驗(yàn)?zāi)K，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)基于RH實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不同的鋼水氧含量、鋁成分要求，制定了經(jīng)驗(yàn)鋁粒加入量； 主要相關(guān)參數(shù)有鋁粒百分含量、用于脫氧的鋁粒收得率、用于合金化的鋁粒收得率、鋼水重量；(2)在調(diào)鋁脫氧階段，基于鋼水氧含量和鋁成分要求，計(jì)算加鋁設(shè)定值。
全文摘要
一種RH鋼水溫度、成分閉環(huán)控制系統(tǒng)，屬于RH自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括在線檢測(cè)預(yù)報(bào)控制的硬件和軟件處理模塊；其特征在于，硬件有測(cè)溫、定氧機(jī)器人，通過(guò)以太網(wǎng)連接RH生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)；軟件處理模塊包括數(shù)據(jù)通訊模塊、監(jiān)控模塊、溫度模塊、脫碳模塊、自學(xué)習(xí)模塊、合金模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。優(yōu)點(diǎn)在于，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、生產(chǎn)規(guī)范、自動(dòng)化水平高。優(yōu)點(diǎn)在于，閉環(huán)控制、生產(chǎn)規(guī)范、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、自動(dòng)化水平高。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101881981SQ20101021974
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者劉丹妹, 廖慧, 李海森, 楊偉強(qiáng), 胡丕俊, 蔣學(xué)軍, 邱成國(guó) 申請(qǐng)人:北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司