本發明涉及一種無副槍無爐氣檢測一鍵式轉爐自動煉鋼方法，屬于鋼鐵冶煉技術領域。

背景技術：

轉爐自動煉鋼技術就是根據鐵水的成分、溫度、重量以及計劃鋼種終點溫度和成分要求，由二級計算機計算出煉鋼過程需要的吹氧量、氧槍吹煉高度、底吹量以及輔料加入量，并由計算機自動控制氧槍高度和調節氧氣流量及輔料的自動加入，在吹煉后期，通過副槍或其它檢測手段獲得鋼水溫度、成分等信息，再由二級計算機做出動態煉鋼模型調整數據，以確保煉鋼終點達到由二級計算機設定的命中區，從而實現煉鋼實時動態自動控制。目前，國內大中型轉爐的自動煉鋼技術多采用轉爐副槍和爐氣定碳等動態檢測裝置，這種動態檢測裝置雖然其終點命中率較高，但還存在以下不足：①安裝轉爐副槍系統必須有副槍及探頭更換設備的安裝空間，但是，多數轉爐不具備此條件；②資金投入大，一般平均每座轉爐估算投資約為1000萬元；③日常運行成本高，每爐鋼消耗副槍探頭2根，折合成本在2～3元/噸鋼；④不能對造渣過程進行有效監測和控制，不能降低轉爐噴濺率；⑤不能對終點[s]、[p]進行準確控制，由于[s]、[p]不符合成份要求而增加后吹次數。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種無副槍無爐氣檢測一鍵式轉爐自動煉鋼方法，投資少，無運行成本，無論轉爐噸位大小、設備裝置水平差異，均可采用，冶煉過程能實時計算和顯示轉爐內鋼水與爐渣的化學成份以及鋼水的溫度預測值，實現煉鋼過程的有效監測和控制，解決背景技術存在的上述問題。

本發明的技術方案是：

一種無副槍無爐氣檢測一鍵式轉爐自動煉鋼方法，在沒有副槍和爐氣定碳動態檢測裝置前提條件下，通過建立鋼水—爐渣—爐氣相關聯的熱力學動能曲線模型系統，該模型系統使用帕納馬連卡а.g.的電子共價理論為基礎來記錄熔渣的性質，熔渣并沒有僅僅看作成一套計量化學分子式，而是按照原子和共價電子描述的物相系統，把分子學說轉為原子和電子學說，把復雜的分子反應系統和構造，作為以電子離子形式獨立存在的物相方式，更準確完成煉鋼過程中復雜反應的數學描述，計算鋼水-爐渣-爐氣的平衡狀態；在冶煉過程中，通過采集實時槍位、氧壓、氧流量和入爐輔料變化信息，每隔3-5秒鐘實時計算和顯示轉爐內鋼水與爐渣的化學成份以及鋼水的溫度預測值，并根據預測值自動進行槍位和加料控制，冶煉過程中根據爐渣中feo變化趨勢，系統自動微調槍位，控制噴濺和溢渣，同時能對終點s、p進行監測和控制，實現轉爐煉鋼。

通過模型系統運行，采集運行操作數據和信息，利用計算機系統，建立和應用大數據，對爐次工藝參數進行梳理、歸類、分析，模擬回歸冶煉控制過程及調整因素，再次修正模型系統，使其更符合生產實際變化。

更具體的步驟如下：

采用二級計算機控制方案：一級基礎自動化控制系統，由氧槍自動控制系統、加料自動控制系統、底吹自動控制系統、煤氣回收自動控制系統、汽化冷卻自動控制系統、除塵自動控制系統、轉爐自動化儀表系統、天車稱重定位系統和化驗分析系統組成；功能是對轉爐煉鋼進行電氣傳動、數據采集、順序控制、生產過程控制及人機對話，并完成與系統的數據通訊；二級過程計算機控制系統，由數據庫服務器、附件服務器、數據采集器、二級工作站及其網絡通訊系統組成，功能是接受和傳遞冶煉過程的所有信息，完成冶煉過程參數的計算，提供工藝解決方案，對冶煉過程進行監控和控制。

所述轉爐煉鋼，有三種控制模式：

a模式，即全自動一鍵式煉鋼模式，按二級過程計算機控制系統給定的氧槍槍位，自動控制和跟蹤槍位，按二級過程計算機控制系統給定氧氣流量自動調節氧氣流量，按二級過程計算機控制系統分批給定輔原料加入量，自動配料、分批加料；

b模式，即半自動煉鋼模式，按二級過程計算機控制系統給定的氧槍槍位，自動控制和跟蹤槍位，按二級過程計算機控制系統給定氧氣流量自動調節氧氣流量，二級過程計算機控制系統分批給定輔原料加入量，操作工手動控制加料；

c模式，即手動煉鋼模式，氧槍槍位、氧氣流量、輔原料加料均由操作工手動控制，二級過程計算機控制系統只給出氧槍槍位、氧氣流量、輔原料加入時間和加入量的信息指令。

在冶煉過程中，三種控制模式可以自由轉換。在控制模式轉換過程中，該系統計算和預測不停止，繼續跟蹤記錄煉鋼設備上所有發生的事件并記錄在冶煉報告中，以提供給管理人員進行生產和技術分析。

所述a模式，先是數據采集器采集入爐數據，包括冶煉鋼種、入爐鐵水重量、溫度和成分、廢鋼種類和重量，再由模型系統根據預存的鋼種冶煉方案和煉鋼原輔材料的條件，條件包括成份、裝入量，自動設計出一爐鋼的冶煉方案，再向一級基礎自動化控制系統發出指令，自動控制氧槍高度、氧氣流量和輔原料的自動加入，在冶煉過程中，模型系統根據采集的氧氣流量、氧槍高度、入爐輔原料種類和重量等實時數據，每3-5秒鐘實時計算和顯示轉爐內鋼水和渣的化學成份以及鋼水的溫度預測值，并根據預測值變化曲線，計算輔原料補加量；當爐內鋼水成份、溫度的計算預測值達到鋼種出鋼設定要求時，模型系統向一級自動化控制系統發出提槍指令，自動提出氧槍，完成一爐鋼的冶煉任務。

本發明的有益效果是：在無副槍、無爐氣定碳等動態檢測裝置的前提條件下，仍然可以實現轉爐冶煉過程的動態自動控制，達到一鍵式自動煉鋼控制水平。本發明適用范圍廣，設備投資少，無運行成本，并且能夠對冶煉過程進行有效監測和控制，對降低轉爐噴濺率也有明顯作用。

附圖說明

圖1是本發明計算模型系統原理圖；

圖2是本發明轉爐控制系統網絡配置圖；

圖3是本發明工作示意圖；

圖4是本發明軟件控制模塊內容和工藝流程圖；

圖中標記如下：1.物料的數量和成份、溫度和壓力，2.鋼水和爐渣量、成份和溫度，3.鋼水，4.爐渣，5.爐氣，6.數據采集器，7.二級系統數據庫服務器，8.二級工作站，9.二級系統附件服務器，10.氧槍工作站，11.加料工作站，12.化驗分析系統服務器，13.天車稱重系統服務器，14.化驗分析數據采集器，15.天車稱重通訊系統，16.儀表系統plc，17.鐵水溫度，18鋼水溫度，19.汽化冷卻系統plc，20.加料控制系統plc，21.氧槍控制系統plc，22.轉爐底吹系統plc，23.煤氣回收系統plc，24.除塵系統plc，25.二級過程計算機控制系統，26.一級基礎自動化控制系統，27.指令，28.氧槍開關手動控制位，29.氧槍開關自動控制位，30執行機構，31.轉爐，32.氧槍，33.實時數據，34.統計分析模塊，35.工藝設計組合體，36.過程工藝跟蹤模塊，37.模型動力適應模塊，38.執行控制組合體，39.成分預報模塊快，40.溫度預報模塊，41.冶煉可視化模塊，42.確認鋼種，43.選擇冶煉模式，44.a模式，45.b模式，46.c模式，47.兌鐵加廢鋼，48.輸入廢鋼種類比例重量，49.開始吹煉，50.加料自動控制，51.氧槍自動控制，52.加料手動控制，53.氧槍手動控制，54.實時預測值，55.測溫取樣，56.出鋼。

具體實施方式

以下結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。

一種無副槍無爐氣檢測一鍵式轉爐自動煉鋼方法，在沒有副槍和爐氣定碳動態檢測裝置前提條件下，通過建立鋼水—爐渣—爐氣相關聯的熱力學動能曲線模型系統，該模型系統使用帕納馬連卡а.g.的電子共價理論為基礎來記錄熔渣的性質，熔渣并沒有僅僅看作成一套計量化學分子式，而是按照原子和共價電子描述的物相系統，把分子學說轉為原子和電子學說，把復雜的分子反應系統和構造，作為以電子離子形式獨立存在的物相方式，更準確完成煉鋼過程中復雜反應的數學描述，計算鋼水-爐渣-爐氣的平衡狀態；在冶煉過程中，通過采集實時槍位、氧壓、氧流量和入爐輔料變化信息，每隔3-5秒鐘實時計算和顯示轉爐內鋼水與爐渣的化學成份以及鋼水的溫度預測值，并根據預測值自動進行槍位和加料控制，冶煉過程中根據爐渣中feo變化趨勢，系統自動微調槍位，控制噴濺和溢渣，同時能對終點s、p進行監測和控制，實現轉爐煉鋼。

在圖2中，在轉爐模塊室設置二級過程計算機控制系統25,包括二級系統數據庫服務器7、二級系統附件服務器9，用于系統模型計算，及數據存儲功能，同時設置數據采集器6一臺，用于采集一級基礎自動化控制系統26各plc數據。在轉爐主控室設有一級系統氧槍工作站10一臺，用于轉爐煉鋼氧槍操作，設有一級系統加料工作站11一臺，用于轉爐煉鋼輔原料加料操作，設置二級系統工作站8一臺，用于輔助煉鋼操作。

在圖2中，二級過程計算機控制系統數二級系統數據庫服務器7、二級系統附件服務器9與數據采集器6、二級系統工作站8聯網。鐵水測溫站的鐵水溫度17數據和轉爐鋼水溫度18數據接至轉爐自動化儀表系統plc16。數據采集器6與氧槍自動控制系統plc21聯網，數據采集器6與加料自動控制系統plc20聯網，數據采集器6與底吹自動控制系統plc22聯網，數據采集器6與煤氣回收自動控制系統plc23聯網，數據采集器6與汽化冷卻自動控制系統plc19聯網，數據采集器6與除塵自動控制系統plc24聯網，數據采集器6與轉爐自動化儀表系統plc16聯網，數據采集器6與天車系統服務器13聯網，數據采集器6與化學分析服務器14聯網。

在圖4中，二級過程計算機控制系統25的軟件控制模塊內容：統計分析模塊34、工藝設計組合體35、過程工藝跟蹤模塊36、模型動力適應模塊37、執行控制組合體38、成分預報模塊快39、溫度預報模塊40、冶煉可視化模塊41。

在圖4所示，冶煉前，對如圖3所示的二級系統工作站8上所顯示的冶煉“鋼種”進行鋼種確認42，如需更改，應打開二級系統工作站上“輸入任務”對話框，點擊選定要煉的“鋼種”。在如圖3所示的氧槍工作站10操作畫面上選擇冶煉模式43，有a模式44、b模式45和c模式46三種冶煉模式。

（1）當選擇a模式44

即“氧槍、流量、加料”操作全部為計算機自動控制，操作工僅對冶煉過程的狀態進行監控。

如圖4所示，冶煉前，將如圖3所示的氧槍操作轉換開關轉換到氧槍開關自動控制位29，上一爐濺渣護爐后，二級過程計算機控制系統25即給出下一爐一批料配料指令27（一批料為固定值，也可根據原料情況調整），如圖3所示的一級基礎自動化控制系統26執行機構30根據一批料指令27進行自動配料。濺渣后，進行兌鐵加廢鋼47。加入廢鋼后，在如圖3所示的二級系統工作站8上打開“爐料輸入”對話框，按照廢鋼分類“廢鋼、渣鐵、鐵塊”，人工輸入各類廢鋼的比例重量48。二級過程計算機控制系統25通過將如圖3所示的數據采集器6采集如圖3所示的入爐原始數據1，并自動計算出一爐鋼的冶煉方案，待如圖3所示的二級系統工作站8出現開吹槍位后，在如圖3所示的一級氧槍工作站10操作畫面上點擊“啟動”按鈕開始冶煉49。冶煉過程氧槍自動按二級過程計算機控制系統25設定槍位和氧流量進行氧槍自動控制51。開始冶煉時即氧槍下槍后，如圖3所示的二級工作站8顯示加料指令27，如圖3所示的一級基礎自動化控制系統26根據加料指令27，通過如圖3所示的執行機構30進行加料自動控制50，一批料一般2分鐘以內加完，然后二級過程計算機控制系統25根據如圖3所示的入爐原始數據1計算的冶煉方案指令27，如圖3所示的一級基礎自動化控制系統26進行自動配二批料，并在冶煉3分半鐘后開始二批料加料自動控制50，一般開吹后5分鐘內一二批料全部加完。隨著冶煉過程變化，二級過程計算機控制系統25周期性的采集氧槍搶位、流量、副原料加入量等如圖3所示的實時數據33，每3-5秒鐘實時計算并在如圖3所示的二級工作站8顯示轉爐內鋼水和爐渣的化學成份以及鋼水溫度的實時預測值54，并根據預測值變化曲線，計算輔原料補加量，并通過向如圖3所示的一級基礎自動化控制系統26發出指令27，自動調整氧槍高度、氧氣流量、和加入各種附原料量。冶煉過程根據爐渣中(feo)變化趨勢，二級過程計算機控制系統25自動微調槍位，控制噴濺和溢渣，同時能對終點[s]、[p]進行有效監測和控制。終點時按設定的預測碳含量和鋼水溫度自動提槍，提槍后自動轉為c模式。此時，操作工應立即把如圖3所示的氧槍操作轉換開關轉換到氧槍開關手動控制位28。倒爐測溫取樣55后，如果滿足出鋼條件，就進行出鋼56操作，如未達到出鋼設定要求，則根據終點情況，可用任意選擇操作模式進行補吹后再出鋼56。

（2）當選擇b模式45

即“氧槍、流量”操作為計算機自動控制，“加料”操作，由操作工手動根據二級提示的指令進行手動加料控制。

如圖4所示，冶煉前，將如圖3所示氧槍操作轉換開關轉換到氧槍開關自動控制位29，濺渣后，進行兌鐵加廢鋼47。加入廢鋼后，在如圖3所示的二級系統工作站8上打開“爐料輸入”對話框，按照廢鋼分類“廢鋼、渣鐵、鐵塊”，人工輸入各類廢鋼的比例重量48。二級過程計算機控制系統25通過將如圖3所示的數據采集器6采集如圖3所示的入爐原始數據1，并自動計算出一爐鋼的冶煉方案，待將如圖3所示的二級系統工作站8出現開吹槍位后，在如圖3所示的一級氧槍工作站10操作畫面上點擊“啟動”按鈕開始冶煉49。冶煉過程氧槍自動按二級設定槍位和氧流量進行氧槍自動控制51。開始冶煉時即氧槍下槍后，如圖3所示的二級系統工作站8給出原輔料“設定加入重量”和“加入時間”，操作工必須嚴格準確地按照二級自動化系統25給定的加料指令27，在如圖3所示的一級加料工作站11畫面上通過人機對話進行加料手動控制52。隨著冶煉過程變化，二級過程計算機控制系統25周期性的采集氧槍搶位、流量、副原料加入量等如圖3所示的實時數據33，每3-5秒鐘實時計算并在如圖3所示的二級工作站8顯示轉爐內鋼水和渣的化學成份以及鋼水溫度的實時預測值54，并根據預測值變化曲線，計算輔原料補加量，并在如圖3所示的二級工作站8上顯示加料指令27，操作工根據指令27進行加料手動控制52。終點時按規定的預測碳含量和鋼水溫度自動提槍，提槍后自動轉為c模式。此時，操作工應立即把如圖3所示的氧槍操作轉換開關轉換到氧槍開關手動控制位28。倒爐測溫取樣55后，如果滿足出鋼條件，就進行出鋼56操作，如未達到出鋼要求，則根據終點情況，進行補吹后再出鋼56。

（3）當選擇c模式46

即“氧槍、流量、加料”操作全部由操作工根據計算機二級顯示畫面給定的指令手動控制操作。

如圖4所示，冶煉前，將如圖3所示氧槍操作轉換開關轉換到氧槍開關手動控制位28，濺渣后，進行兌鐵加廢鋼47。加入廢鋼后，在如圖3所示的二級系統工作站8上打開“爐料輸入”對話框，按照廢鋼分類“廢鋼、渣鐵、鐵塊”，人工輸入各類廢鋼的比例重量48。二級過程計算機控制系統25通過數據如圖3所示的采集器6采集如圖3所示的入爐原始數據1，并自動計算出一爐鋼的冶煉方案。操作工手動下槍開始冶煉49。冶煉過程操作工根據如圖3所示的二級工作站8顯示畫面上給定的“氧槍、流量、加料”指令27進行加料手動控制52和氧槍手動控制53。冶煉過程中，二級過程計算機控制系統25采集氧槍搶位、流量、副原料加入量等如圖3所示的實時數據33，實時計算（每3-5秒鐘）并在如圖3所示的二級工作站8上顯示轉爐內鋼水和渣的化學成份以及鋼水溫度的實時預測值54，并在如圖3所示的二級系統工作站8上顯示調整氧槍高度、氧氣流量和輔原料補加量指令27，操作工參考指令27進行操作。終點時按規定的預測碳含量和鋼水溫度手動提槍。倒爐測溫取樣55后，如果滿足出鋼條件，就進行出鋼56操作，如未達到出鋼要求，則根據終點情況，進行補吹后再出鋼56。