專利名稱：電弧爐用氧計算機模塊化控制技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于煉鋼領域，特別適用于電弧爐煉鋼的用氧及燃料控制。
本發明的控制過程是通過電弧爐計算機控制系統，根據每爐的原料情況，利用物料平衡和熱平衡確定合理的供氧量，然后結合爐內的各冶煉階段，分解不同供氧方式的供氧量，通過控制系統調節各個模塊的氧氣流量及其它燃料流量，這些調節經由現場總線和PLC作用到相應閥組上，控制氧氣及其它燃料的實際流量。生產過程中，控制系統根據各種測量儀器反饋回來的數據不斷修改各控制參數，最終達到最優控制。
一種電弧爐計算機模塊化控制技術，其特征在于根據電弧爐各個位置用氧的特點，將各種用氧方式分成一個個模塊，實行模塊化控制，模塊包括總氧模塊、氧燃助熔模塊、爐門吹氧模塊、電爐偏心爐底--EBT吹氧模塊、二次燃燒模塊、集束氧槍模塊和噴碳模塊；通過調節氧氣或其它介質的流量和壓力，控制生產過程中氧氣或其它介質的供應；控制方法上，采用負反饋控制法中的PID控制。
圖1為電弧爐計算機模塊控制系統構成圖。
在氧氣總管中，主要是監控氧氣的流量、壓力。為了使輸送的氧氣穩定，不至于氧壓忽高忽低而對生產造成不利影響，需要對氧氣壓力實行PID調節。總管內氧氣的流量應等于各支管氧氣流量之和。當各吹氧設備同時工作時，總管內的流量達到最大。當某一吹氧設備停止工作時，總管氧氣流量應立即相應調小，減少數值就是該設備工作時的氧氣流量值。
如上所述的電弧爐計算機模塊化控制技術，其特征在于總氧模塊控制上根據生產需要設定氧氣總管的氧氣壓力，然后根據現場反饋的閥后壓力利用PID控制算法對調節閥的閥位進行調節，當氧氣壓力超過上限時，立即關閉切斷閥；而當氧氣壓力低于下限時，立即打開切斷閥。其控制程序流程見圖2。
爐門吹氧模塊其特征在于氧氣流量設定值和吹氧時間在系統運行初期根據理論計算或生產經驗確定，在運行一定時間后，系統根據對歷史數據的統計和回歸分析結果自動判斷執行，為了防止切斷閥在關閉狀態由于壓力低于報警下限而無法打開，在停吹時，停止控制程序的作用，只有切斷閥打開幾秒后才啟動控制程序。
爐門吹氧開始以后，爐門吹氧模塊的控制程序流程見圖3，爐門吹氧模塊氧流量計算見圖7。
氧燃助熔模塊調節程序流程見圖4，其特征在于供氣與供油系統是相互連鎖的，當需要供油時打開供油切斷閥，供氧系統切斷閥自動打開供氣；當供油停止時，吹掃氣自動打開吹掃管路，根據工藝要求，柴油管路吹掃干凈后，反吹自動關閉，壓縮空氣切斷閥打開后，經過一定時間的延遲，打開供油切斷閥，此時根據需要輸送油，使霧化達到最佳狀態，當油—氧助熔系統停止運行時，關閉柴油切斷閥，回油系統閥門自動打開，柴油自動回流到吸油罐；在氧油比調節的程序中，為了防止調節閥頻繁動作，通常隔一定時間進行一次油氧比調節，具體間隔時間設定為1-5min。
當需要進行油—氧助熔時，通過氧氣切斷閥打開氧氣管道系統，經過調節閥調節后使氧氣流量和壓力達到工業要求，當需要關閉油—氧燃燒系統時，首先關小氧氣使氧氣流量控制在不致使油氧復合燒嘴堵塞時再順序關閉柴油、壓縮空氣；氧氣切斷閥打開后，經過一定時間的延遲，打開壓縮空氣切斷閥，根據要求進行供氣。經過一定時間的延遲，打開供油切斷閥，此時根據需要輸送油，使霧化達到最佳狀態，為安全起見，氧燃助熔模塊采取一定的防范措施，通常是將壓力控制在一定的范圍內，其特征在于設定了燃油壓力的上限值和氧氣、壓縮空氣壓力的下限值，并使燃油壓力的上限值不大于氧氣、空氣的下限值，當超過限值時，油—氧助熔系統立即關閉。這樣可以有效地防止燃油進入氣體管道而形成油氣霧造成嚴重的安全事故。其控制程序流量見附圖5。
集束氧槍模塊其特征在于實際控制中，首先打開副氧系統，延遲一定時間打開壓縮空氣系統，然后再延遲一定時間后打開燃油系統，同時進行主氧氣的供給；關閉時，首先關閉燃油和主氧氣，然后順序關閉壓縮空氣和副氧氣；另外，還設定了報警自動處理系統，防止油壓超過壓縮空氣壓力造成嚴重安全事故。由于集束氧槍模塊比油氧助熔模塊多了副氧供給系統，因此控制流程也比較復雜，控制流程圖見圖6。以上各個模塊組成了電弧爐計算機用氧模塊化控制系統。在控制系統中，包括各模塊的控制界面、實時曲線顯示、歷史曲線查詢、各種報表顯示和打印、歷史數據瀏覽與查詢等功能。該控制系統能夠對各種大量生產數據進行存儲、提取，可以進行各用氧模塊的控制等。
本發明通過電弧爐計算機控制技術，解決了電弧爐氧氣均衡噴吹問題，提高了金屬收得率，降低了電極消耗和冶煉電耗。
圖2為總氧模塊控制流程圖。
圖3為爐門吹氧模塊控制流程圖。
圖4為氧油比調節流程圖。
圖5為氧燃助熔模塊控制流程圖。
圖6為集束氧槍模塊控制流程圖。
圖7為爐門吹氧模塊氧流量計算流程圖。
圖8為主控界面圖。
圖9為總氧模塊控制界面圖。
圖10為氧燃助熔控制界面圖。
總氧模塊控制是根據生產需要設定氧氣總管的氧氣壓力，當總氧壓力超過1.4Mpa時，主控界面和總氧模塊界面上的總管壓力上限報警燈開始閃爍，總管切斷閥自動關閉；而當氧氣壓力低于0.6MPa時，主控界面和總氧模塊界面上的總管壓力下限報警燈開始閃爍，總管切斷閥自動打開。在氧燃助熔正常后，當助熔壓力或空氣壓力低于0.25Mpa或燃油壓力超過0.25Mpa時，主控界面和氧燃助熔模塊控制界面上的氧氣、空氣壓力下限或燃油上限報警燈開始閃爍，此時助熔燃油、氧氣和空氣切斷閥都將自動切斷。同樣，當其它模塊需要開始正常噴吹后，如果氧氣壓力低于0.25Mpa，該模塊的氧氣切斷閥將自動切斷。
爐門吹氧模塊，其氧氣流量設定值和吹氧時間在系統運行初期根據理論計算或生產經驗確定，在運行一定時間后，系統根據對歷史數據的統計和回歸分析結果自動判斷執行，為了防止切斷閥在關閉狀態由于壓力低于報警下限而無法打開，在停吹時，停止控制程序的作用，只有切斷閥打開幾秒后才啟動控制程序。
爐門吹氧開始以后，爐門吹氧模塊的控制程序流程見圖3。
由于油氧燒嘴操作的目的是使用最經濟的方法向電弧爐內提供輔助能源，所以氧氣與燃料的比值是很重要的噴吹及參數，其最佳比值應是理想配比。因此，在控制過程中必須保證這一比值，根據現場反饋的數據發現發生偏離時，應立即根據具體情況自動進行糾正，氧燃助熔模塊調節程序流程見圖4，供氣與供油系統是相互連鎖的，當需要供油時打開供油切斷閥，供氧系統切斷閥自動打開供氣；當供油停止時，吹掃氣自動打開吹掃管路，根據工藝要求，柴油管路吹掃干凈后，反吹自動關閉，壓縮空氣切斷閥打開后，經過一定時間的延遲，打開供油切斷閥，此時根據需要輸送油，使霧化達到最佳狀態，當氧燃助熔系統停止運行時，關閉柴油切斷閥，回油系統閥門自動打開，柴油自動回流到吸油罐；在氧油比調節的程序中，為了防止調節閥頻繁動作，通常隔一定時間進行一次油氧比調節，具體間隔時間設定為3min。
當需要進行油—氧助熔時，通過氧氣切斷閥打開氧氣管道系統，經過調節閥調節后使氧氣流量和壓力達到工業要求，當需要關閉油—氧燃燒系統時，首先關小氧氣使氧氣流量控制在不致使油氧復合燒嘴堵塞時再順序關閉柴油、壓縮空氣；氧氣切斷閥打開后，經過一定時間的延遲，打開壓縮空氣切斷閥，根據要求進行供氣。經過一定時間的延遲，打開供油切斷閥，此時根據需要輸送油，使霧化達到最佳狀態，EBT吹氧模塊EBT氧槍主要是為了解決EBT處的冷區問題，通過EBT氧槍可以加快該區廢鋼的熔化速度，其對鋼液的攪拌作用可以有效均勻熔池鋼液成分等。在冶煉過程中，EBT氧槍主要用來加熱熔化廢鋼，均勻鋼液溫度和成分。如果必要，熔清后也可以進行吹氧脫碳。EBT吹氧模塊的控制流程圖與爐門吹氧模塊一樣，可以參考圖3。
二次燃燒模塊電弧爐內用氧槍吹氧和造泡沫渣產生大量的CO，爐膛內的CO并不能進一步燃燒生成CO2。而且廢氣直接與熔渣或熔池接觸，使CO的溫度可達1600～1760℃。這樣大量的顯熱和化學熱被廢氣帶走，大大增加了廢氣處理系統的負擔，供氧效率也不高。環保上也要求限制CO的排放量。因此，要最大限度地發揮爐內氧的優勢，就應該使CO在電弧爐內進一步燃燒。二次燃燒模塊的控制流程也可以參考圖3。
集束射流吹氧技術是電弧爐用氧的一個重要發展方向，它對廢鋼的切割熔化更加迅速，能夠將氧氣更加有效地吹入熔池中，大大提高氧氣的利用率。在集束氧槍模塊中，雖然集束氧槍的燃油主要是用來保護主氧氣流的，用量比較少，與油氧助熔控制系統中不同。但在其控制中，也必須實現燃油、副氧氣和壓縮空氣三者的聯鎖控制，以確保氧槍吹氧系統和電弧爐生產的安全。
集束氧槍模塊實際控制中，首先打開副氧系統，延遲一定時間打開壓縮空氣系統，然后再延遲一定時間后打開燃油系統，同時進行主氧氣的供給；關閉時，首先關閉燃油和主氧氣，然后順序關閉壓縮空氣和副氧氣；另外，還設定了報警自動處理系統，防止油壓超過壓縮空氣壓力造成嚴重安全事故。由于集束氧槍模塊比油氧助熔模塊多了副氧供給系統，因此控制流程也比較復雜，控制流程圖見圖6。
在控制系統中，包括各模塊的控制界面、實時曲線顯示、歷史曲線查詢、各種報表顯示和打印、歷史數據瀏覽與查詢等功能。該控制系統能夠對各種大量生產數據進行存儲、提取，可以進行各用氧模塊的控制等。
權利要求
1.一種電弧爐用氧計算機模塊化控制技術，其特征在于根據電弧爐各個位置用氧的特點，將各種用氧方式分成一個個模塊，實行模塊化控制，模塊包括總氧模塊、氧燃助熔模塊、爐門吹氧模塊、電爐偏心爐底--EBT吹氧模塊、二次燃燒模塊、集束氧槍模塊和噴碳模塊；通過調節氧氣或其它介質的流量和壓力，控制生產過程中氧氣或其它介質的供應；控制方法上，采用負反饋控制法中的PID控制。
2.如權利要求1所述的計算機模塊化控制技術，其特征在于總氧模塊控制上根據生產需要設定氧氣總管的氧氣壓力，然后根據現場反饋的閥后壓力利用PID控制算法對調節閥的閥位進行調節，當氧氣壓力超過上限時，立即關閉切斷閥；而當氧氣壓力低于下限時，立即打開切斷閥。
3.如權利要求1所述的計算機模塊化控制技術，其特征在于爐門吹氧模塊氧氣流量設定值和吹氧時間在系統運行初期根據理論計算或生產經驗確定，在運行一定時間后，系統根據對歷史數據的統計和回歸分析結果自動判斷執行，為了防止切斷閥在關閉狀態由于壓力低于報警下限而無法打開，在停吹時，停止控制程序的作用，只有切斷閥打開幾秒后才啟動控制程序。
4.如權利要求1所述的計算機模塊化控制技術，其特征在于氧燃助熔模塊供氣與供油系統是相互連鎖的，當需要供油時打開供油切斷閥，供氧系統切斷閥自動打開供氣；當供油停止時，吹掃氣自動打開吹掃管路，根據工藝要求，柴油管路吹掃干凈后，反吹自動關閉，壓縮空氣切斷閥打開后，經過一定時間的延遲，打開供油切斷閥，此時根據需要輸送油，使霧化達到最佳狀態，當油—氧助熔系統停止運行時，關閉柴油切斷閥，回油系統閥門自動打開，柴油自動回流到吸油罐；在氧油比調節的程序中，為了防止調節閥頻繁動作，通常隔一定時間進行一次油氧比調節，具體間隔時間設定為1-5min。
5.如權利要求1所述的計算機模塊化控制技術，其特征在于氧燃助熔模塊設定了燃油壓力的上限值和氧氣、壓縮空氣壓力的下限值，并使燃油壓力的上限值不大于氧氣、空氣的下限值，當超過限值時，油—氧助熔系統立即關閉。
6.如權利要求1所述的計算機模塊化控制技術，其特征在于集束氧槍模塊實際控制中，首先打開副氧系統，延遲一定時間打開壓縮空氣系統，然后再延遲一定時間后打開燃油系統，同時進行主氧氣的供給；關閉時，首先關閉燃油和主氧氣，然后順序關閉壓縮空氣和副氧氣；另外，還設定了報警自動處理系統，當油壓的上限值接近壓縮空氣壓力的下限值時，報警指示器自動報警。
全文摘要
本發明涉及一種電弧爐用氧計算機模塊化控制技術,將各種用氧方式分成若干個模塊,模塊包括總氧模塊、氧燃助熔模塊、爐門吹氧模塊、電爐偏心爐底——EBT吹氧模塊、二次燃燒模塊、集束氧槍模塊和噴碳模塊,通過調節氧氣或其它介質的流量和壓力,控制生產過程中氧氣或其它介質的供應控制方法上,采用負反饋控制法中的PID控制。本發明結合電弧爐用氧計算機分時段控制技術,氧氣用量降低10～20%,并可提高金屬收得率1～2%,降低電極消耗0.3～0.5kg/t,降低冶煉電耗35～50kWh/t。
文檔編號F27B3/28GK1385665SQ0211650
公開日2002年12月18日 申請日期2002年3月27日 優先權日2002年3月27日
發明者朱榮, 李桂海, 王勤樸, 劉艷敏, 王廣連, 仇永全, 劉欽學, 劉廣會, 李曉強 申請人:北京科技大學