專利名稱：一種電弧爐能量分段輸入控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電爐煉鋼領(lǐng)域，特別涉及一種電弧爐煉鋼全程操作控制技術(shù)。
技術(shù)背景電弧爐煉鋼能量來源主要有電能和化學(xué)能兩部分組成。目前，電弧爐電能輸入 和化學(xué)能輸入是由不同的控制系統(tǒng)操作，沒有考慮冶煉過程各階段物料衡算和能量 衡算，不利于能量輸入的優(yōu)化控制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)低能耗及低成本冶煉，提出了電弧爐能量分段輸入控 制技術(shù)。本發(fā)明是一種電弧爐能量?jī)?yōu)化控制技術(shù)。該技術(shù)通過基于PLC的控制系統(tǒng)，按 金屬料的不同配料方式，首先進(jìn)行電弧爐煉鋼冶煉過程的能量分段，以物料衡算與 能量衡算模塊為基礎(chǔ)，定量計(jì)算不同能量分段中電能及化學(xué)能的輸入量。并按照模 塊的計(jì)算結(jié)果，將所需要的電、氧氣、燃料、碳粉等輸入到電弧爐冶煉各能量分段 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能及化學(xué)能優(yōu)化輸入。本發(fā)明包括電弧爐冶煉能量分段模塊；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊； 電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算模塊；電弧爐能量輸入控制模塊；電弧爐供電模塊；電弧 爐化學(xué)能輸入模塊。本發(fā)明的控制過程依據(jù)PLC系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)分析實(shí)現(xiàn)冶煉過程的能量分 段；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊與電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算模塊根據(jù)爐內(nèi)原 料結(jié)構(gòu)組成，分別分析計(jì)算各分段內(nèi)能量供需分配狀況；電弧爐能量輸入控制模塊 將衡算結(jié)果轉(zhuǎn)換成電弧爐冶煉中電能、化學(xué)能等輸入系統(tǒng)的工作參數(shù)，由電能及化 學(xué)能輸入模塊分別完成冶煉任務(wù)。如圖l。電弧爐冶煉能量分段模塊通過PLC系統(tǒng)監(jiān)視電弧爐的輸入情況，按照不同爐料 的加入情況將冶煉過程分為3-50個(gè)分段，并確定每個(gè)段所需能量輸入量。每種原料 的加入，都會(huì)使冶煉過程各分段的物料及能耗發(fā)生變化，成為一個(gè)新的冶煉分段。 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為爐料加入信號(hào)、電能輸入信號(hào)、化學(xué)能輸入信號(hào)，分別循環(huán)檢測(cè)，信號(hào) 采集循環(huán)周期為O. 1S，循環(huán)l:檢測(cè)是否有新爐料加入，如果有則結(jié)束本冶煉分段， 如果沒有，則計(jì)算爐料的加入總量，與預(yù)設(shè)值比較，如果超過預(yù)設(shè)值，則結(jié)束本冶煉分段；循環(huán)2:采集電能輸入信號(hào)，計(jì)算電能輸入量，與預(yù)設(shè)值比較，如果大于預(yù) 設(shè)值，則結(jié)束本冶煉分段；循環(huán)3:采集化學(xué)能輸入信號(hào)，計(jì)算電能輸入量，與預(yù)設(shè) 值比較，如果大于預(yù)設(shè)值，則結(jié)束本冶煉分段。運(yùn)行過程如圖2。電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊根據(jù)各個(gè)分段過程中原料的變化，結(jié)合所要 達(dá)到的冶煉效果，定量計(jì)算熔池成分變化，溫度變化，爐渣成分變化，爐氣成分變 化等，為電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算預(yù)測(cè)模塊提供數(shù)據(jù)。電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量平衡預(yù) 測(cè)計(jì)算模塊根據(jù)動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊的計(jì)算結(jié)果，分析本冶煉分段的能量收支情況，計(jì)算能量的需求量。如圖3。根據(jù)動(dòng)態(tài)物料衡算和動(dòng)態(tài)能量衡算預(yù)測(cè)結(jié)果，確定電能和化學(xué)能輸入系統(tǒng)的任 務(wù)，電弧爐能量輸入控制模塊結(jié)合已知設(shè)備工作能力，工作能力為設(shè)備的基本參數(shù)， 程序內(nèi)為預(yù)設(shè)值，工作任務(wù)與工作能力相除，得出完成工作的最基本時(shí)間，將供電 任務(wù)最少與化學(xué)能認(rèn)為最少時(shí)間比較，需要時(shí)間較長的任務(wù)為本分段冶煉任務(wù)的限 制性環(huán)節(jié)，此時(shí)間為本冶煉分段持續(xù)時(shí)間，應(yīng)該按照該時(shí)間安排生產(chǎn)，將電能輸入 任務(wù)與化學(xué)能輸入任務(wù)分別除以本冶煉分段持續(xù)時(shí)間，確定具體的電能化學(xué)能輸入量，交電弧爐供電和電弧爐化學(xué)能輸入模塊完成，運(yùn)行過程如圖4。電弧爐供電模塊是完成電能輸入任務(wù)的執(zhí)行者，它將上述計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成合理 的供電參數(shù)，調(diào)節(jié)變壓器檔位，完成供電任務(wù)。供電模塊電壓調(diào)節(jié)級(jí)別為220V 892V， 電流調(diào)節(jié)范圍為15KA 83. 7KA。電弧爐供電視在功率確定方法，如式式中S為視在功率Ea為噸鋼電耗G為 鋼水重量 t為通電時(shí)間^為電效率 ^為熱效率電弧爐化學(xué)能輸入模塊是完成氧氣、燃料噴吹任務(wù)的控制系統(tǒng)，包括氧氣閥組 站，燃料閥組站，碳粉噴吹系統(tǒng)等，氧氣噴吹強(qiáng)度控制在500 30000NmVh，燃料噴 吹強(qiáng)度控制在50 3000NmVh，碳粉的流量調(diào)節(jié)在5 200kg/min。它按照計(jì)算結(jié)果合理調(diào)節(jié)電弧爐各支噴槍的噴吹流量，達(dá)到氧氣、碳粉和燃料的高效利用，完成本分 段的冶煉任務(wù)。在不同冶煉分段的供電、供氧強(qiáng)度調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線和PLC控制變壓器 和閥組，控制電能輸入強(qiáng)度、氧氣及其它燃料的實(shí)際流量。生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng) 根據(jù)各種測(cè)量?jī)x器反饋回來的數(shù)據(jù)不斷修改各控制參數(shù)，最終達(dá)到最優(yōu)控制。本發(fā)明可提高金屬收得率1 5%，降低電極消耗O. 3 1. 5kg/t，降低冶煉電耗5 60kWh/t，節(jié)約氧氣3 15m7t。


圖1為電弧爐能量分段輸入控制技術(shù)發(fā)明的控制過程示意2為電弧爐冶煉能量分段模塊工作過程示意3為電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算模塊&動(dòng)態(tài)能量衡算模塊示意4為電弧爐能量輸入控制模塊工作過程示意5為電弧爐能量分段輸入?yún)?shù)曲線注圖5中實(shí)線為供電曲線；長虛線為爐壁供氧曲線；短虛線為爐壁天然氣曲線；點(diǎn)劃線為爐門槍供氧曲線；雙點(diǎn)劃線為噴吹碳粉曲線具體實(shí)施方式
該發(fā)明在某鋼廠100tUHP電弧爐應(yīng)用。該廠有一座100噸UHP-EAF-EBT-AC 電爐，電爐變壓器為90MVA，爐殼直徑為5800mm，電極直徑700mm，平均出鋼量 為100噸，冶煉周期為55min。根據(jù)能量輸入分段原理，將冶煉過程分成起弧、穿井、熔化、脫碳升溫四個(gè)過 程，根據(jù)程序計(jì)算，分別劃分成若干個(gè)分段，其中起弧2個(gè)分段，穿井3個(gè)分段， 熔化3 — 5個(gè)分段，脫碳升溫2—4個(gè)分段。根據(jù)以上各分段工作狀況，電弧爐煉鋼 動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模型與電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算模型分別計(jì)算冶煉過程能量需 求，電弧爐能量輸入控制模型根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電弧爐各種能量輸入?yún)?shù)，包括供 電，爐壁槍氧氣，爐壁碳粉，燒嘴燃料，爐門槍氧氣，爐門槍碳粉六個(gè)控制量，能 量分段輸入?yún)?shù)如圖5所示。實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果證明可提高金屬收得率1 2%，降低電極消耗0. 1 0.3kg/t，降 低冶煉電耗5 20kWh/t，節(jié)約氧氣3 5m7t。
權(quán)利要求
1.一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是通過基于PLC的控制系統(tǒng)，按金屬料的不同配料方式，首先進(jìn)行電弧爐煉鋼冶煉過程的能量分段，以物料衡算與能量衡算模塊為基礎(chǔ)，定量計(jì)算不同能量分段中電能及化學(xué)能的輸入量，并按照模塊的計(jì)算結(jié)果，將所需要的電、氧氣、燃料、碳粉等輸入到電弧爐冶煉各能量分段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能及化學(xué)能優(yōu)化輸入；方法包括電弧爐冶煉能量分段模塊；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算模塊；電弧爐能量輸入控制模塊；電弧爐供電模塊；電弧爐化學(xué)能輸入模塊；控制過程依據(jù)PLC系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)分析實(shí)現(xiàn)冶煉過程的能量分段；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊與電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量衡算模塊根據(jù)爐內(nèi)原料結(jié)構(gòu)組成，分別分析計(jì)算各分段內(nèi)能量供需分配狀況；電弧爐能量輸入控制模塊將衡算結(jié)果轉(zhuǎn)換成電弧爐冶煉中電能、化學(xué)能輸入系統(tǒng)的工作參數(shù)，由電弧爐供電模塊及化學(xué)能輸入模塊分別完成冶煉任務(wù)。
2. 如權(quán)利要求1所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是電弧爐冶煉 能量分段模塊通過PLC系統(tǒng)監(jiān)視電弧爐的輸入情況，按照不同爐料的加入情況將冶 煉過程分為3-50個(gè)分段，并確定每個(gè)段所需能量輸入量；每種原料的加入，都會(huì)使 冶煉過程各分段的物料及能耗發(fā)生變化，成為一個(gè)新的冶煉分段；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為爐料 加入信號(hào)、電能輸入信號(hào)、化學(xué)能輸入信號(hào)，分別循環(huán)檢測(cè)，信號(hào)釆集循環(huán)周期為 O.IS，循環(huán)l:檢測(cè)是否有新爐料加入，如果有則結(jié)束本冶煉分段，如果沒有，則計(jì) 算爐料的加入總量，與預(yù)設(shè)值比較，如果超過預(yù)設(shè)值，則結(jié)束本冶煉分段；循環(huán)2: 采集電能輸入信號(hào)，計(jì)算電能輸入量，與預(yù)設(shè)值比較，如果大于預(yù)設(shè)值，則結(jié)束本 冶煉分段；循環(huán)3:采集化學(xué)能輸入信號(hào)，計(jì)算電能輸入量，與預(yù)設(shè)值比較，如果大 于預(yù)設(shè)值，則結(jié)束本冶煉分段。
3. 如權(quán)利要求l所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是電弧爐煉鋼 動(dòng)態(tài)物料衡算預(yù)測(cè)模塊根據(jù)各個(gè)分段過程中原料的變化，結(jié)合所要達(dá)到的冶煉效果， 定量計(jì)算熔池成分變化，溫度變化，爐渣成分變化，爐氣成分變化，為電弧爐煉鋼 動(dòng)態(tài)能量衡算預(yù)測(cè)模塊提供數(shù)據(jù)；電弧爐煉鋼動(dòng)態(tài)能量平衡預(yù)測(cè)計(jì)算模塊根據(jù)動(dòng)態(tài) 物料衡算預(yù)測(cè)模塊的計(jì)算結(jié)果，分析本冶煉分段的能量收支情況，計(jì)算能量的需求 量°
4. 如權(quán)利要求l所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是根據(jù)動(dòng)態(tài)物 料衡算和動(dòng)態(tài)能量衡算預(yù)測(cè)結(jié)果，確定電能和化學(xué)能輸入系統(tǒng)的任務(wù)，電弧爐能量 輸入控制模塊結(jié)合已知設(shè)備工作能力，工作能力為設(shè)備的基本參數(shù)，程序內(nèi)為預(yù)設(shè) 值，工作任務(wù)與工作能力相除，得出完成工作的最基本時(shí)間，將供電任務(wù)最少與化 學(xué)能認(rèn)為最少時(shí)間比較，需要時(shí)間較長的任務(wù)為本分段冶煉任務(wù)的限制性環(huán)節(jié)，此 時(shí)間為本冶煉分段持續(xù)時(shí)間，要按照該時(shí)間安排生產(chǎn)，將電能輸入任務(wù)與化學(xué)能輸 入任務(wù)分別除以本冶煉分段持續(xù)時(shí)間，確定具體的電能化學(xué)能輸入量，交電弧爐供 電和電弧爐化學(xué)能輸入模塊完成。
5. 如權(quán)利要求l所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是電弧爐供電 模塊是完成電能輸入任務(wù)的執(zhí)行者，它將上述計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成合理的供電參數(shù)，調(diào) 節(jié)變壓器檔位，完成供電任務(wù)；供電模塊電壓調(diào)節(jié)級(jí)別為220V 892V，電流調(diào)節(jié)范 圍為15KA 83. 7KA;電弧爐供電視在功率確定方法，如式S=EaXG/(tX77lX;72)式中S為視在功率、^為噸鋼電耗、G為鋼水重量、t為通電時(shí)間、 仏為電效率、^為熱效率。
6. 如權(quán)利要求l所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是電弧爐化學(xué) 能輸入模塊是完成氧氣、燃料噴吹任務(wù)的控制系統(tǒng)，包括氧氣闊組站，燃料閥組站， 碳粉噴吹系統(tǒng)，氧氣噴吹強(qiáng)度控制在500 30000Nm7h，燃料噴吹強(qiáng)度控制在50 3000Nm7h，碳粉的流量調(diào)節(jié)在5 200kg/min;它按照計(jì)算結(jié)果合理調(diào)節(jié)電弧爐各支 噴槍的噴吹流量，達(dá)到氧氣、碳粉和燃料的高效利用，完成本分段的冶煉任務(wù)。
7. 如權(quán)利要求l所述一種電弧爐能量分段輸入控制方法，其特征是在不同冶煉 分段的供電、供氧強(qiáng)度調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線和PLC控制變壓器和閥組，控制電 能輸入強(qiáng)度、氧氣及其它燃料的實(shí)際流量；生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)各種測(cè)量?jī)x 器反饋回來的數(shù)據(jù)不斷修改各控制參數(shù)，最終達(dá)到最優(yōu)控制。
全文摘要
一種電弧爐能量分段輸入控制方法，屬于電弧爐煉鋼領(lǐng)域。該技術(shù)通過基于PLC的控制系統(tǒng)，按金屬料的不同配料方式，電弧爐能量分段輸入控制技術(shù)首先進(jìn)行電弧爐煉鋼過程的能量分段，以物料衡算與能量衡算模塊為基礎(chǔ)，定量計(jì)算不同段中能量的需求。電弧爐電能與化學(xué)能輸入量按照模塊的計(jì)算結(jié)果，將所需要的電能、氧氣、燃料、碳粉等輸入到電弧爐冶煉各能量分段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能及化學(xué)能輸入優(yōu)化配置。本發(fā)明可提高金屬收得率1～5％，降低電極消耗0.3～1.5kg/t，降低冶煉電耗5～60kWh/t，節(jié)約氧氣3～15m³/t。
文檔編號(hào)C21C5/52GK101329567SQ20081011699
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者綱 劉, 盧帝維, 榮 朱, 李國豐, 李士琦, 凱 董, 健 郁 申請(qǐng)人:榮 朱