计算机控制炼钢技术.ppt

转炉计算机控制炼钢技术转炉计算机控制炼钢技术n背景知识背景知识n转炉计算机控制炼钢的概念转炉计算机控制炼钢的概念n计算机控制炼钢的发展计算机控制炼钢的发展n计算机控制炼钢配置计算机控制炼钢配置n计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型n计算机过程控制主要画面计算机过程控制主要画面n计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用n结语结语背景知识背景知识 1转炉炼钢过程简介转炉炼钢过程简介:（1）原 料:主原料(铁水、废钢、生铁)副原料(石灰、轻烧白云石、矿石等)气体：氧气、氮气、氩气（2）产品:钢水（温度、成分要求合格）炉渣、烟气背景知识背景知识 2、转炉炼钢过程的控制形式、转炉炼钢过程的控制形式 开始吹炼SL1 副枪检测提枪停吹SL2 副枪检测出钢静态模型动态模型背景知识背景知识转炉吹炼示意图O2底吹（N2/Ar）熔池钢水氧气流股冲击区 乳浊液（CO气泡、炉渣、铁粒）炉气（CO+CO2）氧气流股氧枪副枪N2石灰、轻烧、烧结矿、萤石TSC、TSO偶头五孔拉瓦尔型喷头转炉计算机控制炼钢的概念转炉计算机控制炼钢的概念 n计算机控制炼钢的整个过程是：BOF二级机从ERP计算机接收排程计划，插入指令形成生产计划，并根据生产计划、工艺技术标准和计算机模型控制整个冶炼过程。n转炉冶炼的全程由转炉过程控制计算机运用静态模型和动态模型进行吹炼参数计算（包括出钢温度、主副原材料量和供氧量，副原料投料量和投料时刻，氧枪枪位和流量的变化，底吹气体种类和流量的变化，吹止前动态过程吹氧量和冷却剂加入量，动态过程熔池温度和碳含量的计算和预测，吹炼终点提枪时刻），并提供给转炉基础自动化按其计算设定的数值和步骤控制执行，做到吹止钢水温度和成分（碳）的精确控制，同时转炉基础自动化将过程执行结果上抛给转炉过程控制计算机，供其进行模型自学习和优化。n 计算机控制炼钢以过程计算机控制为核心，实行对冶炼过程的参数计算和优化、数据和质量跟踪、生产顺序控制和管理。计算机控制炼钢的发展计算机控制炼钢的发展 n 计算机控制炼钢的开发和应用源于60年代，美国和日本最先用数字计算机计算铁水、废钢和石灰用量，采用静态模型对在线终点碳含量和温度进行控制，70年代后，随着计算机应用飞速的发展和数学模型的研制与开发，加上采用副枪监测、炉气分析和声纳噪声分析，计算机控制炼钢取得了相当大的进展。近期成熟的计算机控制炼钢，其数学模型是以冶金反应机理和传输理论为基础，以经验或半经验关系式和数据为补充，以数值计算方法为手段的半机理半经验模型，以运行速度不断提高的计算机和副枪监测、炉气分析和声纳噪音分析为工具，使过程预测、优化和工艺过程控制日臻完善。而基于神经网络、模糊控制的（预报-控制型）专家系统模型近几年发展得也相当迅速。计算机控制炼钢的发展计算机控制炼钢的发展n 我国从六、七十年代首钢引进第一台用于控制转炉炼钢的生产工艺计算机HOC 510开始，太钢、鞍钢、宝钢和武钢等各大型转炉炼钢厂均先后引进了用于控制转炉炼钢生产的计算机系统，目前应用该项技术较好的是武钢和宝钢。计算机控制炼钢配置计算机控制炼钢配置 武钢三炼武钢三炼 宝钢二炼宝钢二炼 宁波建龙宁波建龙（1）过程控）过程控制计算机系统制计算机系统 硬件硬件 软件软件 模型模型主机服务器为ALPHA serverFortran等英文版本 静态模型+动态模型主机服务器为ALPHA serverDEC Fortran等静态模型+动态模型主机服务器为PC Server Intel Pentium Xeon 2.0GHzWindows 2000等中文版本 静态模型+动态模型（2）检测设）检测设备备 进口副枪 进口副枪 进口副枪（3）转炉基）转炉基础自动化础自动化 氧枪、副枪、转炉、加料等操作控制系统PLC同左氧枪、副枪、转炉、加料等操作控制系统PLC网络拓扑示意图应用服务器数据库服务器至三级机或四级机来自连铸二级机1#炉主控室调度室冶金办公室转炉基础自动化L1交换机分析仪器铁水行车称量接口废钢操作室2#氩站操作室倒罐站操作室1#脱硫操作室2#炉主控室LF操作室化验室钢水行车称量接口1#氩站操作室(预留2#脱硫)交换机工程师台计算机控制炼钢的计算机控制炼钢的模型模型n静态模型 静态模型是依据初始条件（如铁水质量、成分、温度；废钢质量、分类），要求的终点目标（如终点温度、终点成分），以及参考炉次的参考数据，计算出本炉次的氧耗量，确定各种副原料的加入量和吹炼过程中氧枪的高度。静态模型计算是假定整个炉役的冶炼参数与目标值的关系是一个连续函数。即在同一原料条件下，采用同样的吹炼工艺，则应获得相同的冶炼效果。基本公式如下：y=yo+（x-xo）式中y本炉次计算的终点目标值；yo参考炉次的实际目标值；x本护次确定目标值的因素；xo参考护次确定目标值的因素。在x=xo 时y=yo，即在原料、工艺条件相同时，冶炼结果重现。如xxo，可根据本炉次与参考炉次的原原料、工艺等条件的差异，推算出本炉次的目标值。n动态模型-动态模型的功能 当转炉供氧量达到氧耗量的85左右时，降低吹氧流量，副枪开始测温、定碳，并把测到的温度值及碳含量送入过程计算机。过程计算机根据副枪测到的实际值，计算出达到目标温度和目标碳含量所需补吹的氧量及冷却剂加入量，并以副枪测到的实际值作为初值，以后每吹3秒的氧气量，启动一次动态计算，预测熔池内温度和目标碳含量，当温度和碳含量都进入目标范围时，发出停吹命令。后面的图是动态过程碳温预测示意图。计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型n动态模型计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型A A动态阶段钢水温度与碳含量预测示意图B温度碳含量-动态模型参数计算动态阶段吹氧量的 推算式：计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型式中：CM副枪测定的含碳量，10-2%C0-临界碳含量（常数），10-2%CEA目标含碳量，10-2%WST钢水重量，tBi-冷却剂的氧量，m3/t Ri-副枪测定后加入的冷却剂量，td-熔池脱碳速度系数 d-熔池脱碳速度常数 OXM副枪开始测量时的氧耗量计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型-动态模型参数计算动态阶段钢水含碳量的 推算式：式中：CM副枪测定的含碳量，10-2%C0-临界碳含量（常数），10-2%WST钢水重量，t Bi-冷却剂的氧量，m3/t Ri-副枪测定后加入的冷却剂量，t d-熔池脱碳速度常数 d-熔池脱碳速度系数 OX从开始吹氧算起的吹氧量 OXM副枪开始测量时的氧耗量计算机控制炼钢的模型计算机控制炼钢的模型-动态模型参数计算动态阶段钢水温度的 推算式：式中 TM副枪测定的钢水温度，；D升温系数，/（m3t）；D升温常数，；Ki冷却剂的冷却能力，/t；Ri副枪测定后的冷却剂量，t。计算机控制炼钢的计算机控制炼钢的模型模型 计算机控制炼钢具体的模型主要包括：出钢温度计算模型、主原料计算模型、熔剂计算模型、静态计算模型、过程控制模型（吹炼模式）、动态计算模型和合金计算模型。模型的计算机理主要是基于熔池内各种元素的化学反应和由此带来的物料平衡和热平衡。铁水的重量、温度和成分（C、Si、Mn、P、S）、废钢量、钢水量、终点温度、熔剂加入量、渣量和供氧量等将作为物料平衡和热平衡的主要项。计算机控制炼钢的计算机控制炼钢的模型模型模型模型机机 理理 简简 要要 描描 述述 出钢温度计算-出钢温度计算 根据生产计划、钢种制造标准计算出冶炼炉次的出钢温度。主 原 料计算-铁水和废钢计算 根据钢种的要求选择熔剂组号，计算终渣的成分。根据终渣的成分和铁平衡、热平衡、氧平衡决定最终的铁水和废钢量。具体采用二次出铁模型：在当前转炉冶炼炉次基础上提前2炉，根据现有鱼雷罐铁水的成分和温度（其中用作计算使用的温度为脱硫后考虑过程温降的最终折算出的温度）进行第一次计算，并从鱼雷罐中出80的铁水，再实测铁水温度（其中用作计算使用的温度为脱硫后考虑过程温降的最终折算出的温度）和成分进行第二次主原料计算，并补足所差铁水。计算机控制炼钢的计算机控制炼钢的模型模型模型模型机机 理理 简简 要要 描描 述述 熔剂计算-熔剂（石灰、轻烧白云石和萤石等）的计算 根据终渣的成分要求和渣量来计算熔剂的量。静态计算-供氧量的计算 根据铁水和废钢量、终点成分温度的要求，在转炉静态自学习的基础上，根据相关的校正系数来进行供氧量和冷却剂的计算。计算机控制炼钢的计算机控制炼钢的模型模型模型模型机机 理理 简简 要要 描描 述述 吹炼模式-吹炼过程的枪位、氧流量、底吹流量和副枪测量的控制 吹炼过程的枪位、氧流量和底吹流量的控制是根据氧枪的设计、炉型的状况和终点成分的要求等来确定。副枪测量在吹炼氧量占总氧量的85左右开始。动态计算-动态过程供氧量和冷却剂的计算 副枪1测量以后，根据副枪1测量（TSC）的温度和碳以及终点钢水温度和钢种成分的要求，计算供氧量和冷却剂（包括发热剂），进行动态校正。转炉炼钢工艺模型转炉炼钢工艺模型模型模型机机 理理 简简 要要 描描 述述出钢合金计算-计算出钢过程合金的加入 根据钢水终点的氧含量和不同合金的氧化程度和合金的收得率来计算出钢合金的加入量。计算机过程控制主要画面计算机过程控制主要画面一、工程师画面-主画面 一、工程师画面-钢种标准画面一、工程师画面-钢种标准画面-标准温度表一、工程师画面-钢种标准画面-标准合金表一、工程师画面-钢种标准画面-脱硫方式表一、工程师画面-熔剂数据表一、工程师画面-合金数据表一、工程师画面-吹炼模式一、工程师画面-废钢标准一、工程师画面-计算边界条件一、工程师画面-温度计算系数一、工程师画面-静态计算系数一、工程师画面-动态计算系数一、工程师画面-熔剂计算系数一、工程师画面-静态自学习数据一、工程师画面-动态自学习数据计算机过程控制主要画面计算机过程控制主要画面n二、转炉操作画面-主画面二、转炉操作画面-转炉常规数据二、转炉操作画面-出钢温度计算二、转炉操作画面-主原料计算二、转炉操作画面-熔剂加入量计算二、转炉操作画面-氧量冷却剂计算二、转炉操作画面-吹炼跟踪二、转炉操作画面-动态计算计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用一一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高 高高 1、实现计算机控制自动炼钢，自行完成的自动化通讯调试工作：将过程计算机吹炼模式成功地传递到基础自动化使基础自动化准确采集铁水、废钢和熔剂的数据，并向过程计算机传递理顺了基础自动化与过程计算机之间熔炼号的变化与传递关系一一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高 联通了炉次操作顺序信号联通了炉座转换操作信号编制了吹炼终点自动提枪程序编写了计算机通讯自动恢复程序计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用一一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高 2、开展的工艺和设备方面工作副枪及其偶头攻关铁水脱硫攻关降低转炉设备故障率严格控制入厂原材料质量计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用一一、计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高计算机控制炼钢的实现及其应用率的提高将其作为关键工序进行管理，操作人员自觉采用计算机控制自动炼钢进一步降低副枪故障提高副枪偶头测成率减少计算机之间通讯故障消灭吹炼中断计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用二、计算机炼钢控制水平的提高二、计算机炼钢控制水平的提高 n 制造良好的静态模型计算条件n 准确设定静态模型计算参数n 优化动态模型参数n 控制水平提高的实绩计算机控制炼钢的应用计算机控制炼钢的应用n制造良好的静态模型计算条件-预出铁工艺应用-钢包周转攻关-铁水脱硫攻关-进厂石灰优质优价管理计算机炼钢控制水平的提高计算机炼钢控制水平的提高 预出铁模型预出铁模型 第一炉第一炉 第二炉第二炉 第三炉第三炉 第四炉第四炉 第五炉第五炉 脱硫脱硫脱硫结束脱硫结束计算一次出铁量计算一次出铁量一次出铁结束一次出铁结束计算二次出铁量计算二次出铁量二次出铁结束二次出铁结束扒渣扒渣加料加料 开吹开吹停吹停吹出钢出钢溅渣结束溅渣结束计算机炼钢控制水平的提高计算机炼钢控制水平的提高活性石灰质量变化图活性石灰质量变化图n准确设定静态模型计算参数-设定准确的温度计算标准参数和校正参数-确定精确的主原料计算标准参数-正确进行熔剂计算和静态分组-设定好进入静态学习参考炉次的条件计算机炼钢控制水平的提高计算机炼钢控制水平的提高计算机炼钢控制水平的提高计算机炼钢控制水平的提高n 优化动态模型参数-与静态学习组一样，将动态学习组按终点C、P要求分组。-通过对不同钢种组和不同复吹条件下动态脱碳和升温规律的研究，分析得到了符合三炼钢钢种冶炼特点和转炉复吹状况的动态模型参数脱碳系数和升温系数等值。-终点碳温双命中控制要求：吹炼终点C0.05%，C终点C目标0.010 T终点T目标12 吹炼终点C0.05%，C终点C目标0.015 T终点T目标12-控制水平较好的2000年12月：熔池碳含量控制命中率：94.83%温度控制命中率：96.91%碳温双命中率：91.9%控制水平提高的实绩控制水平提高的实绩 “*”表示转炉动态吹炼冶炼目标 “+”表示实际吹炼过程终点的温度结果 熔池温度预测结果与实际值的对照图熔池温度预测结果与实际值的对照图控制水平提高的实绩“*”表示转炉动态吹炼冶炼目标 “+”表示实际吹炼过程终点的碳结果 熔池含碳量预测结果与实际值的对照图熔池含碳量预测结果与实际值的对照图控制水平提高的实绩转炉冶炼终点熔池温度的控制误差图转炉冶炼终点熔池温度的控制误差图控制水平提高的实绩转炉冶炼终点熔池碳含量的控制误差图转炉冶炼终点熔池碳含量的控制误差图1.转炉主要技术经济指标的变化转炉主要技术经济指标的变化 控制水平提高的实绩控制水平提高的实绩2.主要应用效果主要应用效果结语结语n计算机控制炼钢的优点 与经验炼钢比较，计算机控制炼钢具有以下优点：（1）较精确地计算吹炼参数。计算机控制炼钢计算模型是半机理半经验的模型，且可不断优化，比经验炼钢的粗略计算精确许多，因此其吹炼所需的氧量和造渣剂用量控制在最佳；（2）无倒炉出钢。计算机控制炼钢后吹率8%，比经验炼钢低一倍以上，其炼钢时间缩短510分钟，合金和耐材消耗明显降低；（3）终点命中率高。计算机控制炼钢终点命中率，一般水平80%，先进水平90%，比经验炼钢终点命中率60%左右大大提高，因此钢水中气体含量低，钢水质量最优。结语结语n计算机控制炼钢应具备的条件 用计算机对转炉炼钢吹炼进行控制，不仅需要计算机硬件设备和描述转炉吹炼过程的数学模型为转炉炼钢计算机提供运行所要求的软件，而且转炉炼钢厂必须具备以下条件：（1）计算机控制炼钢要求生产连续稳定。因此要求转炉系统设备工作正常，基础自动化运行正常，设备无故障或故障率很低，设备准确地执行基础自动化发出的工作指令，基础自动化准确控制设备运行，保证生产能连续正常地按顺序进行。结语结语n计算机控制炼钢应具备的条件（2）要求吹炼前的初始条件如铁水、废钢、造渣材料成分和铁水温度等质量稳定，使计算值修正变化量较少，使吹炼处于平稳状态。（3）要求企业要有很高的管理水平，要有高素质的管理人员、技术人员、操作人员和设备维修人员，保证整个系统的正常运转。谢谢大家！