专利名称：转炉汽包水位的四冲量控制方法
技术领域：
本发明涉及炼钢转炉生产工艺，更具体地说，涉及一种转炉汽包水位的四冲量控制方法。
背景技术：
汽包水位是确保转炉安全生产和给水的重要参数，对于现代先进控制的炼钢厂而言，允许的汽包蓄水量波动也越来越小，因此必须严格控制水位在规定范围之内。汽包水位反映了负载与给水的平衡关系，汽包水位过高会造成蒸汽带水影响汽水分离效果；水位过低会造成汽包水循环的破坏，容易使水全部汽化烧坏蒸汽包甚至爆炸。影响汽包水位的因素除了加热汽化这一正常因素外，还有蒸汽负载和给水流量的波动这两个因素。当负载迅速增大，汽包压力迅速降低，水就会急剧汽化，出现大量气泡，最终会形成“虚假水位”。现有的汽包控制方式一般分为三种1、单水位控制模式，只通过检测汽包实际水位来控制水量。2、双冲量水位控制模式，检测汽包实际水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈_反馈的控制方式。3、三冲量控制模式，汽包水位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号在稳定状态下，水位测量信号等于给定值，水位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量等三个信号，通过加法器得到的输出电流为=Itl = K1I1-K2IfK3I3，式中，I1为水位调节器的输出电流；12为蒸汽流量变送器的电流；13为给水流量变送器的电流而、1(2、1(3分别为加法器各通道的衰减系数。目前，一般比较大型的汽包系统都采用的三冲量控制模式。三冲量控制模式较另外两种控制模式而言，增加了蒸汽流量和给水流量信号控制，蒸汽流量是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。但是，三冲量控制在负载比较大的炼钢转炉汽包控制系统上应用，还是无法避免虚假水位的产生。这是因为在炼钢前期时主要是氧化反应，升温快，冷却水消耗量大，汽包负载大，并容易汽化，导致内压大，水里含有大量的气泡，如果汽包控制为纯水位三冲量控制的话，就会出现供水不足，容易产生“虚假水位”现象。虚假水位的出现，会带来水位的报警信号的虚报，有时会因信号连锁而引起冶炼终止情况；同时，虚假水位的出现，为三冲量控制的补水信息带来了误导，经常会出现因冶炼负载大，汽包内压力快速上升，虚假水位也快速上升，其实此时耗水量大，需要及时补水，而因虚假水位的上升，导致水位不能及时跟上，因此有时会出现低水位、补水能力不足的现象，最终造成冶炼终止。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种转炉汽包水位的四冲量控制方法，用以减少汽包虚假水位的产生，避免发生汽包补水不足的现象。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案该转炉汽包水位的四冲量控制方法包括接收冶炼信号对汽包进行提前补水的步骤和汽包水位三冲量控制的步骤，其中，提前补水包括以下A至D的循环步骤A.在转炉的等待状态时，控制汽包进水泵开启，进水切断阀关闭，进水调节阀开度在5 20% ；B.在转炉的炉次开始时，根据吹氧量计算提前补水量并进行补水；C.在转炉的冶炼开始前，检测汽包实际水位并进行水位补偿；D.在转炉的冶炼结束时，根据实际水位将水位调节至待机水位段Hl H3，并关闭进水切断阀。所述的步骤B的具体步骤如下Bi.根据设定的吹氧量建立提前补水量的关系式；B2.根据提前补水量的关系式计算出提前补水时间；B3.将计算出的补水时间与实际补水时间进行比较，进而控制进水切断阀的开关。在步骤Bl中所述的提前补水量的关系式为Q水=K · Q氧，L实际· S+F · M · t > K · Q氧+L最小· S，式中，为耗水量，Qft为设定的吹氧量，K为系数，L3^为炉次开始时的汽包实际水位，L·、为汽包必须储存的最小水位，S为汽包水平横截面积，F为汽包进水调节阀的设计流量，M为进水调节阀的开度，t为提前补水时间。在步骤B2中所述的提前补水时间的计算公式为t = [K · Q氧-(L 实际-L最小)· S]/(F · M)+t0式中，Qft为设定的吹氧量，K为系数，Lipi为汽包此时实际水位，L·、为汽包必须储存的最小水位，S为汽包水平横截面积，F为汽包进水调节阀的设计流量，M为进水调节阀的开度，t为提前补水时间，t0为设定的时间余量。在步骤B3中，若t彡T时，关闭进水切断阀，停止补水；若t > T时，则继续补水，直到T = t，停止补水；若t < 0时，表示目前汽包的含水量足够此炉次的冶炼，无需要补水；若t > 0时，则打开补水切断阀，并将补水调节阀打开至80 100%的开度，进行补水计时，使T从0开始累加至t后，结束补水；上述t为提前补水时间，T为实际补水时间。在补水过程中，若水位达到汽包停止排水水位H2时，则停止供水，并记录已补水的时间、；并在冶炼阶段发生水位下降时，继续补水，此时补水时间从、开始累加至t后， 结束补水。在步骤C中，若检测的Lifi^ LO时，打开进水切断阀，进行补水至L娜> LO后停止并开始冶炼；若检测的Li帛彡H3时，打开排污阀，进行排水至H2后停止并开始冶炼；
若检测的LO <H3时，在开始冶炼的同时，继续按照t进行补水，当T = t 后，切换至汽包水位三冲量控制步骤，按实际的预设水位和压力进行PID自动调节；上述的I^pi为冶炼开始前的汽包实际水位，LO为达到冶炼条件的汽包下限水位， H3为达到冶炼条件的汽包上限水位，H2为汽包停止排水水位。该方法还包括汽包蒸汽回收控制的步骤E，包括El.分别设定汽包蒸汽的压力下限值PI、PID控制压力值P2以及压力上限值P3 ；E2.实时检测汽包的实际压力值P，并与El中的各值进行比较，以控制蒸汽回收若Pl < P < P2时，通过蒸汽回收阀控制进行提前缓慢回收蒸汽；若P2 < P < P3时，通过压力的PID控制进行回收蒸汽；若P > P3时，进行机械自压式放散。在上述技术方案中，本发明的转炉汽包水位的四冲量控制方法在现有的三冲量控制的基础上，加入冶炼信号，由设定的吹氧量计算出补水量，并引入补水时间控制进而提前为汽包补水，避免了因负载段的时间增大而出现供水不足现象，从而减少汽包虚假水位的产生。另外，还增加了对汽包蒸汽回收的优化控制，从而减少了水随蒸汽的外溢量。
图1是本发明的转炉汽包水位控制系统的结构示意图；图2是本发明的汽包水位控制示意图；图3是本发明的转炉汽包水位的四冲量控制方法的流程图；图4是本发明的汽包蒸汽压力控制示意图。图5是本发明的提前补水时间计算及比较控制的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。请参阅图1所示，图1为转炉汽包水位控制系统的结构示意图，其中1为汽包，8为汽包进水泵，2为进水切断阀，3为进水调节阀，4为排污阀，5为蒸汽回收阀，6为蒸汽放散阀，7为蒸汽供给阀。请参阅图2所示，图2中I^pi为冶炼开始前的汽包实际水位，LO为达到冶炼条件的汽包下限水位，H3为达到冶炼条件的汽包上限水位，H2为汽包停止排水水位，Hl为待机下限水位，H4为高报警水位，Ll为低报警水位。请再参阅图3所示，本发明的转炉汽包水位的四冲量控制方法在现有的三冲量控制的基础上，增加了接收冶炼信号(即转炉等待、炉次开始、冶炼开始以及冶炼结束)对汽包进行提前补水的步骤，具体包括以下A至D的循环步骤A.在转炉的等待状态时，控制汽包进水泵8开启，进水切断阀2关闭，进水调节阀 3开度在5 20% ；B.在转炉的炉次开始时，根据吹氧量计算提前补水量并进行补水；C.在转炉的冶炼开始前，检测汽包实际水位并进行水位补偿；D.在转炉的冶炼结束时，根据实际水位将水位调节至待机水位段Hl H3，并关闭进水切断阀2。
下面对以上补水步骤进行具体举例说明一、等待状态转炉在等待状态时，控制汽包系统的各设备保持以下状态进水泵8已开启，进水切断阀2关闭，进水调节阀3开度在5 20%的准备状态，预设调节阀3开度是为了减少调节阀3的二边压差不宜过大，防止造成阀芯损坏，延长调节阀3的使用寿命，此时保证汽包水位在Hl H3区间，可设Hl = +100mm, H3 = +500mm，汽包进水流量为0Nm7h。二、炉次开始请结合图5所示，当一炉钢水准备就绪，此时需要操作人员在操作画面上，根据此炉钢水的冶炼需求，设定相应的转炉吹氧量，并点击操作画面上的“炉次开始”信号。一旦 “炉次开始”信号被激发，程序将实际的累积吹氧量清零，同时计算需要的提前补水量，进而计算提前补水时间，进行提前补水控制即先根据设定吹氧量Q ，参考吹氧量与耗水量的关系，可计算出所需要的补水量的关系式，进而根据汽包的设计能力，确定提前补水时间t， 该补水时间t的计算实现如下一般情况下，负载(吹氧量Qft)与耗水量Qy皮此之间有个对应的关系，为= K-Qtt5K为系数值，K值可根据汽包设计能力和实际的应用统计情况来综合确定。若汽包的水平横截面积为S，汽包目前检测到的实际水位为Lmp汽包必须储存的最小水位为Lu、，汽包补水调节阀3的设计流量为F，调节阀3的开度为M,需要的提前补水时间为t，彼此关系如下汽包现存水量+补水量 > 耗水量+汽包最小储存水量艮PL 实际· S+F · M · t > K · Q氧+L最小· S，即t 彡[K · Q氧-(L实际-L最小)-SV(F-M),因此可设定t = [K-Qft-(L^-Le/Jj .SV^.M)+、，式中tQ是根据实际情况设定的一个时间余量。例，现假定Q氧=8OOONm3, Q水=24Nm3,K = 0. 003, S = 15m2, L^= +100cm, L
=-450mm,F = 60Nm3/h，M = 100%,则 t 彡
/(60X 100% )， t ^ 0. 2625h,即 t 彡 15. 75min，若设 tQ = 2min，则可计算得 t = 17. 75min。在确定补水时间t后，在炉次开始时开始补水并计时T ；然后比较计算得到的提前补水时间t与实际补水时间T之间关系若t ^ T，关闭进水切断阀2，停止补水；若t > T 时，则继续补水，直到T = t后，停止补水，然后将汽包水位控制切换至三冲量控制步骤，按实际的预设水位、压力进行PID自动调节(根据不同的时间量t，T = t时有可能是在冶炼开始前，也有可能是进入冶炼阶段后)。同时需要注意，若t ^ 0，表示目前汽包的含水量足够此炉次的冶炼，不需要补水；若t > 0，则打开补水切断阀，并将补水调节阀3打开至80 100%的开度，并开始计时，实际补水时间T从0开始累加，到了 t时间后，结束补水。在补水的过程中，一旦汽包水位达到H2时，则停止供水，此时记录已补水的时间tl，然后再在冶炼水位下降时继续补水，此时补水时间则从tl开始累加，开始累加至t后，结束补水。另外，考虑到设定的吹氧量会根据实际的冶炼信息的更变会出现变动，因此，可按周期扫描设定的吹氧量，若发现有变动，重新按以上流程，根据变动后的设定吹氧量Qtt' 计算得到新的提前补水时间t'。然后比较计算得到的提前补水时间t'与实际补水时间 T之间关系若t' <1\则停止供水；若1~<〖'，则继续供水，直到T = t'后，停止补水，然后汽包水位控制切换至三冲量控制。三、冶炼开始当接收到冶炼开始信号之后，其实并不是马上开始冶炼，而是先检测冶炼的准备条件是否都满足。冶炼的准备条件中一个很关键的因素就是汽包的水位，必须满足水位在 LO H3之间。因此此刻必须对汽包实际水位进行检测，若检测到的汽包实际水位LO时， 则打开进水切断阀2，并调节阀3开度80 100%，仍继续按照设定时间量t进行补水，在补水过程中，若补水达到了 LO时，可经人工在操作画面上确认后，停止补水并开始冶炼；若检测的Lifi^ H3时，打开排污阀4，行排水至1^帛< H2后，关闭排污阀4，可经人工在操作画面上确认后，开始冶炼；若检测的LO <H3时，在开始冶炼的同时，仍继续按照设定时间量t进行补水，这样可以保证汽包提前补水，克服前期的汽包“虚假水位”，直至T = t后，则切换至汽包水位三冲量控制步骤，按实际的预设水位和压力进行PID自动调节。例，现设定L0= 0cm, H2 = +450mm, H3 = +500mm, Ll = -500，H4 = +600，因此当 L实际彡Ocm时，仍按t进行补水，直至L实帛> 0cm，开始冶炼；当L实帛彡+500mm时，则进行排水，直至+450mm，停止排水并开始冶炼；另外，当L娜彡-500时，则进行低报警并补水；当+600 ^ L^^时，进行高报警并排水至+450mm。四、冶炼结束当冶炼信号结束时，并不直接关闭切断阀，而是根据水位的实际值进行调节，保证水位控制在待机水位段Hl H3，这时关闭进水切断阀2，使汽包水位恒定，以便进行下一炉次补水，具体控制为若Hl时，打开进水切断阀2、水泵8和调节阀3，调节阀3开度调整到80% 位置，到Lipi= H2后停止供水；若Ltt^ Hl时，则无需补水，并保持水位不变。例，当L实际< +IOOmm时，进行补水，直至L实际=+450匪；当L实际彡+IOOmm时，保持水位不变即可。另外该控制方法还包括蒸汽回收控制的步骤，具体如下请参阅图4所示，图中Pl为汽包蒸汽的压力下限值、P2为PID控制压力值，P3为压力上限值；根据设计，当汽包内压力达到P2时，蒸汽开始回收。但是实际应用情况是，在 P2打开蒸汽回收阀5时，由于冶炼的负载大(吹氧量大)导致汽包内的压力不是马上下降， 而是依旧上升，此时蒸汽回收阀5根据压力的PID控制将继续开大阀门、甚至到全开位置。 在蒸汽回收阀5被迅速打开后，大量的水会随着蒸汽一起带走，从而造成虚假水位，同时也会引起汽包后续的供水能力不足。一般蒸汽回收有一个最低压力要求，根据蒸汽储存容器压力而定，如设定为Pl = 3. 2MPa。因此，在冶炼全程应对汽包蒸汽压力进行实时检测，当汽包检测的压力P超过P1， 而未达到P2 = 3. 5MPa时，可以控制蒸汽回收阀5进行提前缓慢的回收蒸汽，避免压力骤升至P2后蒸汽回收阀5门被迅速打开。具体作法，可根据实际情况，若汽包压力P在Pl P2 区间内，缓慢打开蒸汽回收阀5，开度可对应设定为0% 30%，阀门开度与汽包压力的呈斜坡上升的线性函数关系；若汽包内蒸汽压力达到P2，蒸汽回收阀5门的控制转变为压力的PID控制；若汽包内蒸汽压力达到P3 = 3. 9MPa时，通过放散阀6进行机械自压式放散。采用本发明的控制方法，能够根据转炉的实际冶炼情况和转炉汽包负载能力，并针对存在的水位控制问题加以优化，在三冲量控制的基础上，加上冶炼信息控制，通过设定的负荷量(吹氧量)控制提前为汽包补水，避免了因负载的短时间增大而出现供水不足现象，减少了汽包的虚假水位的产生，进而减少了因“虚假水位”报警信号连锁而引起的冶炼终止情况。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明， 而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于，该方法包括接收冶炼信号对汽包进行提前补水的步骤和汽包水位三冲量控制的步骤， 其中，提前补水包括以下A至D的循环步骤A.在转炉的等待状态时，控制汽包进水泵开启，进水切断阀关闭，进水调节阀开度在 5 20% ；B.在转炉的炉次开始时，根据吹氧量计算提前补水量并进行补水；C.在转炉的冶炼开始前，检测汽包实际水位并进行水位补偿；D.在转炉的冶炼结束时，根据实际水位将水位调节至待机水位段Hl H3，并关闭进水切断阀。
2.如权利要求1所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于， 所述的步骤B的具体步骤如下Bi.根据设定的吹氧量建立提前补水量的关系式； B2.根据提前补水量的关系式计算出提前补水时间；B3.将计算出的补水时间与实际补水时间进行比较，进而控制进水切断阀的开关。
3.如权利要求2所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于，在步骤Bl中所述的提前补水量的关系式为Q水=K .Q氧，L 实际氧+L最小，S，式中，为耗水量，Qtt为设定的吹氧量，K为系数,L3^为炉次开始时的汽包实际水位， L·、为汽包必须储存的最小水位，S为汽包水平横截面积，F为汽包进水调节阀的设计流量， M为进水调节阀的开度，t为提前补水时间。
4.如权利要求2或3所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于， 在步骤B2中所述的提前补水时间的计算公式为t = [K · Q氧-(L实际-L最小)· S]/(F · Μ)+t0式中，Qtt为设定的吹氧量，K为系数，Lipi为汽包此时实际水位，L·、为汽包必须储存的最小水位，S为汽包水平横截面积，F为汽包进水调节阀的设计流量，M为进水调节阀的开度，t为提前补水时间，t0为设定的时间余量。
5.如权利要求4所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于 在步骤B3中，若t < T时，关闭进水切断阀，停止补水； 若t > T时，则继续补水，直到T = t，停止补水； 若t < 0时，表示目前汽包的含水量足够此炉次的冶炼，无需要补水； 若t > 0时，则打开补水切断阀，并将补水调节阀打开至80 100%的开度，进行补水计时，使T从0开始累加至t后，结束补水； 上述t为提前补水时间，T为实际补水时间。
6.如权利要求5所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于在补水过程中，若水位达到汽包停止排水水位H2时，则停止供水，并记录已补水的时间、；并在冶炼阶段发生水位下降时，继续补水，此时补水时间从、开始累加至t后，结束补水。
7.如权利要求5所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于 在步骤C中，若检测的I^piS LO时，打开进水切断阀，进行补水至LO后停止并开始冶炼； 若检测的帛彡H3时，打开排污阀，进行排水至1^帛< H2后停止并开始冶炼； 若检测的LO < H3时，在开始冶炼的同时，继续按照t进行补水，当T = t后，切换至汽包水位三冲量控制步骤，按实际的预设水位和压力进行PID自动调节；上述的I^pi为冶炼开始前的汽包实际水位，LO为达到冶炼条件的汽包下限水位，H3为达到冶炼条件的汽包上限水位，H2为汽包停止排水水位。
8.如权利要求1所述的转炉汽包水位的四冲量控制方法，其特征在于 该方法还包括汽包蒸汽回收控制的步骤E，包括El.分别设定汽包蒸汽的压力下限值PI、PID控制压力值P2以及压力上限值P3 ； E2.实时检测汽包的实际压力值P，并与El中的各值进行比较，以控制蒸汽回收 若Pl < P < P2时，通过蒸汽回收阀控制进行提前缓慢回收蒸汽； 若P2 < P < P3时，通过压力的PID控制进行回收蒸汽； 若P > P3时，进行机械自压式放散。
全文摘要
本发明公开了一种转炉汽包水位的四冲量控制方法，该控制方法在现有的三冲量控制的基础上，加入冶炼信号，由设定的吹氧量计算出补水量，并引入补水时间控制进而提前为汽包补水，避免了因负载段的负载量增大而出现供水不足现象，从而减少汽包虚假水位的产生。另外，还增加了对汽包蒸汽回收的优化控制，从而减少了水随蒸汽的外溢量。
文档编号G05D9/00GK102312040SQ201010224478
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者宋景喆, 徐锡康, 王昌才, 董如春 申请人:宝山钢铁股份有限公司