專利名稱：一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電弧爐煉鋼領域，涉及一種適用于2(Tl50t的直流或交流電弧爐的煉鋼過程鋼水成分與溫度的預測方法和以預測結果為基礎的冶煉過程控制方法。
背景技術：
現(xiàn)代電弧爐煉鋼使用電能和氧氣共同作用于爐體內的金屬原料，最終生產出成分溫度符合要求的鋼水。鋼水脫碳和升溫同時進行，實際生產中很難實現(xiàn)鋼水升溫與脫碳的協(xié)調，往往出現(xiàn)冶煉結束時鋼水溫度或鋼水成分不符合要求的情況，必須通過測溫取樣的手段掌握熔池中的冶煉情況，確定下一步冶煉操作。鋼鐵企業(yè)使用電熱偶測量鋼水溫度，使用取樣器獲取鋼水樣品，再用快速檢測手段分析樣品中化學成分，這種方法只能實現(xiàn)對某一時刻電弧爐內溫度和成分的檢測。為了保證電弧爐冶煉全程可控，需要對電弧爐內鋼液進行連續(xù)的溫度成分測量。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法，該方法能實現(xiàn)電弧爐冶煉全程的鋼水溫度成分預報，并在預報的基礎上對電弧爐供電供氧操作進行控制， 保證鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行，實現(xiàn)冶煉過程最優(yōu)，提高冶煉終點鋼水溫度和成分的命中率。本發(fā)明的技術方案是一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法，其特征在于具體包括以下步驟
步驟1 在電弧爐第四孔處爐氣溫度測量儀和水冷取樣器，在煙道上安裝爐氣流量計， 所述水冷取樣計通過煙氣冷卻裝置、煙氣凈化裝置和輸氣管道與氣體分析儀連接；所述爐氣溫度測量儀、氣體分析儀和所述爐氣流量計與PLC連接，PLC與上位機連接，主程序初始化，加載數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫；
步驟2 所述主程序對電弧爐冶煉全程進行爐氣成分溫度流量數(shù)據(jù)分析采集，結合電弧爐供電系統(tǒng)、電弧爐供氧系統(tǒng)運行參數(shù)，在數(shù)據(jù)的基礎上計算電弧爐內鋼水的成分和溫度，具體包括以下步驟
(2. 1)電弧爐冶煉開始前，對電弧爐內的所有原料的初始狀態(tài)進行計算，獲得電弧爐爐體內所有原料中C、Si、Mn、P、S和狗元素的總質量和總物理熱量；
(2. 2)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時脫碳速度，將脫碳速度對時間積分，獲得電弧爐的脫碳總量，進而預測電弧爐內剩余C 元素含量；
(2. 3)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐內瞬時脫碳放熱速度；由電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣溫度數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時熱損失速度；根據(jù)步驟2. 1得到電弧爐爐體內所有原料中Si、Mn、P、S和!^e元素計算電弧爐其他化學反應放熱速度；將瞬時脫碳放熱速度加其他化學反應放熱速度減瞬時熱損失數(shù)據(jù)并
3對時間積分，獲得電弧爐的能量收入總量，進而計算電弧爐內鋼水的溫度，并把得到的數(shù)據(jù)存儲到所述數(shù)據(jù)庫中；
步驟3.所述主程序從所述數(shù)據(jù)庫中提取相應的數(shù)據(jù)，根據(jù)如下控制策略通過所述上位機動態(tài)調節(jié)供電供氧強度，爐內鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行調節(jié)控制，具體如下
(1)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供氧流量l(Tl00Nm7h，
(2)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供氧流量l(Tl00Nm7h，
(3)當電弧爐升溫比例高于電弧爐冶煉時間比例，而電弧爐脫碳比例低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供電強度2(Tl00kVA，提高供氧流量l(Tl00Nm7h，
(4)當電弧爐升溫比例低于電弧爐冶煉時間比例，而與電弧爐脫碳比例高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供電強度2(Tl00kVA，降低供氧流量l(Tl00Nm7h，
(5)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都電弧爐冶煉時間比例一致時，不進行調
節(jié)；
步驟4.通過所述上位機通過調節(jié)控制后，間隔1(Γ100秒，系統(tǒng)循環(huán)到步驟1繼續(xù)進行采集。本發(fā)明的有益效果是該方法能實現(xiàn)電弧爐冶煉全程的鋼水溫度成分預報，并在預報的基礎上對電弧爐供電供氧操作進行控制，保證鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行，實現(xiàn)冶煉過程最優(yōu)，提高冶煉終點鋼水溫度和成分的命中率，使電弧爐平均冶煉電耗降低3%，噸鋼氧耗降低5%，電弧爐冶煉終點溫度、成分雙命中率提高10%，并且金屬料消耗降低1。


圖1為本發(fā)明基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法的電弧爐鋼水成分溫度預報方法策略流程示意圖。圖2為本發(fā)明基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法的電弧爐供電供氧調節(jié)方法控制策略流程示意圖。圖3為本發(fā)明一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法的系統(tǒng)安裝示意圖。圖 3 中
1.氣體分析儀2.水冷取樣器、3.煙氣冷卻裝置，4.煙氣凈化裝置，5爐氣溫度測量儀， 6. PLC, 7.數(shù)據(jù)服務器8.上位機，9.爐氣流量計。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法，具體包括以下步驟
步驟1 在電弧爐第四孔處爐氣溫度測量儀和水冷取樣器，在煙道上安裝爐氣流量計， 所述水冷取樣計通過煙氣冷卻裝置、煙氣凈化裝置和輸氣管道與氣體分析儀連接；所述爐氣溫度測量儀、氣體分析儀和所述爐氣流量計與PLC連接，PLC與上位機連接，主程序初始化，加載數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫；
步驟2 所述主程序對電弧爐冶煉全程進行爐氣成分溫度流量數(shù)據(jù)分析采集，結合電弧爐供電系統(tǒng)、電弧爐供氧系統(tǒng)運行參數(shù)，在數(shù)據(jù)的基礎上計算電弧爐內鋼水的成分和溫度，具體包括以下步驟
(2. 1)電弧爐冶煉開始前，對電弧爐內的所有原料的初始狀態(tài)進行計算，獲得電弧爐爐體內所有原料中C、Si、Mn、P、S和狗元素的總質量和總物理熱量；
(2. 2)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時脫碳速度，將脫碳速度對時間積分，獲得電弧爐的脫碳總量，進而預測電弧爐內剩余C 元素含量；
(2. 3)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐內瞬時脫碳放熱速度；由電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣溫度數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時熱損失速度；根據(jù)步驟2. 1得到電弧爐爐體內所有原料中Si、Mn、P、S和!^e元素計算電弧爐其他化學反應放熱速度；將瞬時脫碳放熱速度加其他化學反應放熱速度減瞬時熱損失數(shù)據(jù)并對時間積分，獲得電弧爐的能量收入總量，進而預測電弧爐內鋼水的溫度，并把得到的數(shù)據(jù)存儲到所述數(shù)據(jù)庫中；
步驟3.所述主程序從所述數(shù)據(jù)庫中提取相應的數(shù)據(jù)，根據(jù)如下控制策略通過所述上位機動態(tài)調節(jié)供電供氧強度，爐內鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行調節(jié)控制，具體如下
(1)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供氧流量l(Tl00Nm7h，
(2)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供氧流量l(Tl00Nm7h，
(3)當電弧爐升溫比例高于電弧爐冶煉時間比例，而電弧爐脫碳比例低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供電強度2(Tl00kVA，提高供氧流量l(Tl00Nm7h，
(4)當電弧爐升溫比例低于電弧爐冶煉時間比例，而與電弧爐脫碳比例高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供電強度2(Tl00kVA，降低供氧流量l(Tl00Nm7h，
(5)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都電弧爐冶煉時間比例一致時，不進行調
節(jié)；
步驟4.通過所述上位機通過調節(jié)控制后，間隔1(Γ100秒，系統(tǒng)循環(huán)到步驟1繼續(xù)進行采集。 本發(fā)明使用后，電弧爐平均冶煉電耗降低3%，噸鋼氧耗降低5%，電弧爐冶煉終點溫度、成分雙命中率提高10%，并且金屬料消耗降低m。
權利要求
1. 一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法，其特征在于具體包括以下步驟 步驟1 在電弧爐第四孔處爐氣溫度測量儀(5)和水冷取樣器(2)，在煙道上安裝爐氣流量計(9)，所述水冷取樣計(2)通過煙氣冷卻裝置(3)、煙氣凈化裝置(4)和輸氣管道與氣體分析儀(1)連接；所述爐氣溫度測量儀(5)、氣體分析儀(1)和所述爐氣流量計(9)與PLC (6)連接，PLC (6)與上位機(8)連接，主程序初始化，加載數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫(7)；步驟2 所述主程序對電弧爐冶煉全程進行爐氣成分溫度流量數(shù)據(jù)分析采集，結合電弧爐供電系統(tǒng)、電弧爐供氧系統(tǒng)運行參數(shù)，在數(shù)據(jù)的基礎上計算電弧爐內鋼水的成分和溫度，具體包括以下步驟(2. 1)電弧爐冶煉開始前，對電弧爐內的所有原料的初始狀態(tài)進行計算，獲得電弧爐爐體內所有原料中C、Si、Mn、P、S和狗元素的總質量和總物理熱量；(2. 2)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時脫碳速度，將脫碳速度對時間積分，獲得電弧爐的脫碳總量，進而預測電弧爐內剩余C 元素含量；(2. 3)電弧爐冶煉過程中，由電弧爐爐氣成分數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)計算電弧爐內瞬時脫碳放熱速度；由電弧爐爐氣流量數(shù)據(jù)和電弧爐爐氣溫度數(shù)據(jù)計算電弧爐瞬時熱損失速度；根據(jù)步驟2. 1得到電弧爐爐體內所有原料中Si、Mn、P、S和!^e元素計算電弧爐其他化學反應放熱速度；將瞬時脫碳放熱速度加其他化學反應放熱速度減瞬時熱損失數(shù)據(jù)并對時間積分，獲得電弧爐的能量收入總量，進而計算電弧爐內鋼水的溫度，并把得到的數(shù)據(jù)存儲到所述數(shù)據(jù)庫(7)中；步驟3.所述主程序從所述數(shù)據(jù)庫中提取相應的數(shù)據(jù)，根據(jù)如下控制策略通過所述上位機(8)動態(tài)調節(jié)供電供氧強度，爐內鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行調節(jié)控制，具體如下(1)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供氧流量l(Tl00Nm7h，(2)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供氧流量l(Tl00Nm7h，(3)當電弧爐升溫比例高于電弧爐冶煉時間比例，而電弧爐脫碳比例低于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐降低供電強度2(Tl00kVA，提高供氧流量l(Tl00Nm7h，(4)當電弧爐升溫比例低于電弧爐冶煉時間比例，而與電弧爐脫碳比例高于電弧爐冶煉時間比例時，控制電弧爐提高供電強度2(Tl00kVA，降低供氧流量l(Tl00Nm7h，(5)當電弧爐升溫比例與電弧爐脫碳比例都電弧爐冶煉時間比例一致時，不進行調節(jié)；步驟4.通過上述步驟調節(jié)控制后，間隔1(Γ100秒，主程序返回到步驟2繼續(xù)進行采集。
全文摘要
本發(fā)明屬于電弧爐煉鋼領域，涉及一種基于爐氣分析的電弧爐冶煉過程控制方法。電弧爐鋼水成分溫度預報方法為對電弧爐爐氣成分、溫度和流量進行連續(xù)檢測，實時計算電弧爐脫磷速度、脫碳放熱速度、熱損失速度，進而計算預測電弧爐內鋼水的成分與溫度，根據(jù)電弧爐內鋼水成分和溫度的預報數(shù)據(jù)，實時動態(tài)調節(jié)供電強度和供氧流量，使電弧爐內鋼水脫碳和鋼水升溫協(xié)調進行。本發(fā)明的有益效果是該控制方法使電弧爐平均冶煉電耗降低3%，噸鋼氧耗降低5%，電弧爐冶煉終點溫度、成分雙命中率提高10%，并且金屬料消耗降低2%。
文檔編號C21C5/52GK102382937SQ20111023275
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權日2011年8月15日
發(fā)明者呂明, 朱榮, 楊凌志, 畢秀榮, 董凱, 魏鑫燕 申請人:北京科技大學