[发明专利]一种智能降低转炉终渣氧化性的系统及方法

权利要求书

1.一种智能降低转炉终渣氧化性的方法，其特征在于采用智能降低转炉终渣氧化性的系统自动向转炉内加入炉渣脱氧剂，所述智能降低转炉终渣氧化性的系统由碳粉称量装置、碳粉加入装置和过程控制装置三部分组成；碳粉称量装置，由碳粉仓(1)、上插板阀(14)、电振系统(2)、称量系统(3)组成，碳粉仓(1)与上插板阀(14)连接；然后，上插板阀(14)与电振系统(2)相连接；电振系统(2)之后连接称量系统(3)；碳粉仓(1)用于存储炉渣脱氧所需的碳粉；上插板阀(14)用于控制碳粉进入电振系统(2)中；电振系统(2)用于将碳粉仓(1)中的碳粉振动到称量系统(3)中；称量系统(3)对振动下来的碳粉重量进行称重；

碳粉加入装置，由碳粉罐(5)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、止逆阀(16)、喷吹气体引入管(6)、混合软管(7)、喷吹小车(8)、喷吹管(9)、轨道(12)、喷吹电磁阀(17)组成，下插板阀(15)分别与称量系统(3)和密封蝶阀(4)相连接；密封蝶阀(4)与碳粉罐(5)相连接；碳粉罐(5)再与止逆阀(16)相连接；止逆阀(16)通过混合软管(7)与喷吹管(9)相连接；喷吹管(9)架设在喷吹小车(8)上，在其带动下插入到转炉(10)炉膛内；喷吹小车(8)被安置在轨道(12)上；喷吹气体引入管(6)分出的两根支管被分别与碳粉罐(5)和混合软管(7)上，喷吹气体引入管上安装喷吹电磁阀(17)；碳粉罐(5)存储计划使用的碳粉；下插板阀(15)用于控制碳粉进入碳粉罐(5)中；密封蝶阀(4)用于确保碳粉进入碳粉罐(5)后，不会在外部气体压力的作用下，重新进入碳粉称量装置的诸多设备中；止逆阀(16)用于确保碳粉能够在外部气体压力的作用下能够完全进入转炉(10)内，而不会被重新吹入到碳粉罐(5)中；喷吹气体引入管(6)用于引入携载碳粉所需的高压氮气；混合软管(7)用于输送碳粉和高压氮气的混合物；喷吹管(9)用于将碳粉和高压氮气的混合物吹入转炉(10)内部；喷吹小车(8)用于控制喷吹管(9)在转炉(10)内的插入深度，从而确保碳粉脱氧效果；轨道(12)用于运输喷吹小车(8)；喷吹电磁阀(17)用于高压氮气的进入；

过程控制装置，由计算机(25)、等待限位开关(11)、喷吹限位开关(13)、电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)，喷吹小车控制PLC(23)、信号反馈PLC(24) 组成，等待限位开关(11)和喷吹限位开关(13)用于检测喷吹小车(8)在轨道(12)上所处于的位置，被分别安装在轨道(12)上，并分别置于喷吹小车(8)的两侧，用于向喷吹小车(8)指示等待位置和喷吹位置；电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)、喷吹小车控制PLC(23)，分别与电振系统(2)、上插板阀(14)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、喷吹电磁阀(17)、喷吹小车(8)相连接，用于辅助计算机(25)，实现对电振系统(2)、上插板阀(14)、下插板阀(15)、密封蝶阀(4)、喷吹电磁阀(17)、喷吹小车(8)的控制；信号反馈PLC(24)分别与等待限位开关(11)、喷吹限位开关(13)、称量系统(3)相连接，用于接收相关装置的实时反馈信号，并将其发送给计算机；信号反馈PLC(24)将实时接收现场转炉生产控制系统发送过来的转炉倾动角度信号、氧枪内的氧气流量、烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并将这些信息发送给计算机(25)；计算机分别与电振系统PLC(18)、上插板阀PLC(19)、下插板阀PLC(20)、密封蝶阀PLC(21)、喷吹电磁阀PLC(22)，喷吹小车控制PLC(23)、信号反馈PLC(24)连接，利用内置的控制模型，通过实时分析不同数据的变化，同时发出针对性的控制信号，从而实现对转炉终渣脱氧的智能控制；

所采用的炉渣脱氧剂为碳粉，该碳粉由焦炭磨制而成，碳粉颗粒度为2～5mm；包含以下步骤：

步骤1：现场操作人员实时观察转炉(10)的生产状态，当转炉(10)开始冶炼生产时，将计算机(25)的工作模式调整为“冶炼开始”模式，此时计算机将进行以下操作步骤：

①计算机(25)分别向上插板阀PLC(19)、电振系统PLC(18)、密封蝶阀PLC 20、下插板阀PLC(20)和喷吹电磁阀PLC(22)发送控制信号，将上插板阀(14)、电振系统(2)、密封蝶阀(4)、下插板阀(15)和喷吹电磁阀(17)关闭；此外，计算机还将向喷吹小车控制PLC(23)发送信号，控制喷吹小车(8)向等待位置运动；当喷吹小车(8)接触上等待限位开关(11)后，该开关会通过信号反馈PLC(24)向计算机(25)发出信号；计算机在接到该信号后，会通过向喷吹小车控制PLC(23)发送信号，停止喷吹小车(8)的运行；

②计算机(25)将实时接收信号反馈PLC(24)反馈过来的当前时刻转炉(10)的烟气流量以及直插式烟气分析仪检测得到的烟气中CO、CO₂、O₂的体积百分含量，并利用内置模型，计算得到氧枪吹入转炉内的氧气、以及烟气中的CO、CO₂、O₂的体积累积量，具体是：

式中：V_oxg为转炉冶炼过程中吹入转炉(10)内的总氧气体积，m³；

V_CO为转炉冶炼过程中烟气内的CO总体积，m³；

V_CO2为转炉冶炼过程中烟气内的CO₂总体积，m³；

V_O2为转炉冶炼过程中烟气内的残余O₂总体积，m³；

为转炉冶炼过程中吹入转炉(10)内当前时刻的氧气流量，m³/s；

为转炉冶炼过程中当前时刻的烟气流量，m³/s；

为转炉冶炼过程中当前时刻的烟气中的CO体积百分含量，％；

为转炉冶炼过程中当前时刻的烟气中的CO₂体积百分含量，％；

为转炉冶炼过程中当前时刻的烟气中的残余O₂体积百分含量，％；

t为上述相关参数的检测周期，为1～2s；

步骤2：当当前炉次冶炼结束后，现场操作人员将计算机(25)的工作模式调整为“冶炼结束”模式，此时计算机(25)将首先根据冶炼过程中的检测结果，利用内置模型，得到转炉终渣中所含有的游离总氧质量，并进而得到所需加入的碳粉质量，即：

m_O＝1.429·(V_oxg-0.5·V_CO-V_CO2-V_O2)

式中：m_O为计算得到的转炉终渣中所含有的游离总氧质量，kg；

m_C＝0.75·m_O·a

式中：m_C为加入到转炉终渣中的设定碳粉质量，kg；

a为权值，为1.1～1.3；

步骤3：计算机(25)在计算得到转炉终渣脱氧所需的碳粉后，开始进行碳粉称量的操作，具体操作步骤如下：

①计算机(25)向上插板阀PLC(19)发出指令，控制上插板阀(14)打开； 此时，碳粉将从碳粉仓(1)中流出，落到电振系统(2)；

②计算机(25)向电振系统PLC(18)发出指令，启动电振系统(2)； 此时，碳粉将在电振系统(2)的作用下，落到称量系统(3)中；

③称量系统(3)不断称量落下来的碳粉的重量，并实时通过信号反馈PLC(24)将其传递给计算机(25)； 当计算机(25)检测到当前称量系统(3)中的碳粉重量与计算得到的设定碳粉质量m_C之间差值在-0.1kg～﹢0.1kg时，将同时向上插板阀PLC(19)和电振系统PLC(18)发出指令，关闭上插板阀(14)和电振系统(2)；

④计算机(25)同时向下插板阀PLC(20)和密封蝶阀PLC(21)发出指令，将下插板阀(15)和密封蝶阀(4)同时打开，并开始记录时间； 此时，称量好的碳粉将从称量系统(3)落到碳粉罐(5)中； 当计算机(25)分析出下插板阀(15)和密封蝶阀(4)已经打开10s后，将再次向下插板阀PLC(20)和密封蝶阀PLC(21)发出指令，将下插板阀(15)和密封蝶阀(4)同时关闭；

步骤4：当完成碳粉称量操作后，将进行碳粉加入操作，具体操作步骤为：

①计算机(25)实时接收信号反馈PLC(24)反馈过来的转炉倾动角度信号； 当计算机(25)接收到转炉倾动角度为-5°～﹢5°范围内时，表明此时的转炉(10)炉口已经基本水平，此时，计算机(25)将向喷吹小车控制PLC(23)发送信号，控制喷吹小车(8)将沿轨道(12)向喷吹位置运动；

②当喷吹小车(8)与安装在轨道(12)上的喷吹限位开关(13)接触时，喷吹限位开关(13)将通过信号反馈PLC(24)向计算机(25)发出反馈信号； 计算机(25)在接收到信号后，将向喷吹小车控制PLC(23)发出指令，停止喷吹小车(8)运动；

③计算机(25)在向喷吹小车控制PLC(23)发出指令，停止喷吹小车(8)运动的同时，将同时向喷吹电磁阀PLC(22)发出指令，从而将喷吹电磁阀(17)打开； 此时，压力为6bar～8bar的高压氮气将沿着喷吹气体引入管(6)进入碳粉罐(5)和混合软管(7)中，在与碳粉进行充分混合的同时，将碳粉沿着混合软管(7)和喷吹管(9)带入转炉(10)内，并喷吹到转炉终渣表面；

步骤5：计算机(25)在向喷吹电磁阀PLC(22)发出指令，打开喷吹电磁阀(17)，向炉内喷吹碳粉的同时，开始记录时间； 当计算机(25)分析出已经向炉内喷吹300s后，将同时向喷吹电磁阀PLC(22)和喷吹小车控制PLC(23)发出指令，关闭喷吹电磁阀(17)，并控制喷吹小车(8)向等待位置方向运动； 当喷吹小车(8)与等待限位开关(11)接触时，等待限位开关(11)将通过信号反馈PLC(24)向计算机(25)发出反馈信号；计算机(25)在接收到信号后，将向喷吹小车控制PLC(23)发出指令，停止喷吹小车(8)运动；

通过上述步骤，完成向转炉内的碳粉喷吹操作。