阅读说明：本技术 一种转炉炼钢副枪自动测量方法和装置 (Automatic measuring method and device for converter steelmaking sublance ) 是由 何勋 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：一种转炉炼钢副枪自动测量方法及装置,所述方法包括：测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号；通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值,对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断,并将判断结果传输给PLC；PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。将转炉控制由人工经验控制转变为计算机全自动控制,提高了劳动生产率,降低劳动强度,减少人力成本及吨钢成本,提高转炉冶炼的终点命中率,缩短冶炼时间获得非常高的碳温命中率和终点控制精度。(automatic measurement method and device for converter steelmaking sublance comprises measuring temperature of molten pool, crystallization temperature and oxygen potential signal, calculating oxygen content, fixed oxygen and carbon values and fixed crystallization carbon values according to the measured temperature, crystallization temperature and oxygen potential signal, real-time judging the calculated oxygen content, fixed oxygen and carbon values and fixed crystallization carbon values, and transmitting the judgment result to PLC, and sending out related control command according to the judgment result by PLC.)

一种转炉炼钢副枪自动测量方法和装置

技术领域

本发明属于转炉炼钢测量领域，具体涉及一种转炉炼钢副枪自动测量方 法和装置。

背景技术

副枪是现代转炉炼钢不可缺少的重要检测工具和过程控制工具，保证副 枪系统良好的运行状态就必须定期对测量系统进行常规校验，使之保持测量 精度。

发明内容

为了使测量系统及***设备能方便地进行检查和校验，本发明提供一种 转炉炼钢副枪自动测量方法及装置，将转炉控制由人工经验控制转变为计算 机全自动控制，提高了劳动生产率，降低劳动强度，减少人力成本及吨钢成 本，提高转炉冶炼的终点命中率，缩短冶炼时间获得非常高的碳温命中率和 终点控制精度，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，一种转炉炼钢副枪自动测量方法，所述方法包 括：

测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号；

通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳 值和结晶定碳值，对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时 判断，并将判断结果传输给PLC；

PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。

进一步地，所述方法还包括：将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算 出的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机，并通过PC的显示器 进行可视化显示。

进一步地，通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、 定氧定碳值和结晶定碳值具体为：

通过如下公式一计算含氧量a(o)：

公式一：

公式一中，T为熔池温度，f₁＝1.3569，f₂＝0.06235，f₃＝1.54，f₄＝0.0061， E＝emf+F，emf为氧电势，F为为钢种的校正系数，根据emf值分三段设定F 值；

通过如下公式二计算定氧定碳值C_s：

公式二：

公式二中，f₁＝3.218，f₂＝-1512，f₃＝-1.003；

通过如下公式三计算结晶定碳值：

公式三：

公式三种，TL为结晶温度，F为钢种的校正系数，根据TL值分三段设 定F值。

作为本发明的第二方面，提供一种转炉炼钢副枪自动测量装置，所述装 置包括：TC10模块、PM300 CPU模块、IM100模块和PLC模块；

所述TC10模块用于对熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号进行测量， 并将测量的熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号转换为熔池温度、结晶温 度和氧电势信号，并通过IM100模块将转换后的熔池温度、结晶温度和氧电 势信号传输给PM300 CPU模块；

PM300 CPU模块用于根据熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算含氧 量、定氧定碳值和结晶定碳值，对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定 碳值进行实时判断，并将判断结果传输给PLC；

PLC用于根据该判断结果来下发相关控制命令。

进一步地，所述装置还包括PC机和显示器；所述PM300 CPU模块还 用于将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出的含氧量、定氧定碳值和结 晶定碳值传输给PC机，并通过PC的显示器进行可视化显示。

进一步地，所述PM300 CPU模块根据熔池温度、结晶温度和氧电势信 号计算出含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值具体为：

通过如下公式一计算含氧量a(o)：

公式一：

公式一中，T为熔池温度，f₁＝1.3569，f₂＝0.06235，f₃＝1.54，f₄＝0.0061， E＝emf+F，emf为氧电势，F为为钢种的校正系数，根据emf值分三段设定F 值；

通过如下公式二计算定氧定碳值C_s：

公式二：

公式二中，f₁＝3.218，f₂＝-1512，f₃＝-1.003；

通过如下公式三计算结晶定碳值：

公式三：

公式三种，TL为结晶温度，F为钢种的校正系数，根据TL值分三段设 定F值。

进一步地，所述PM300 CPU模块还用于根据熔池温度、结晶温度和氧 电势信号进行熔池平台和液位计算、结晶平台计算以及氧电势平台和突变计 算，并将计算结果传输给PC机进行可视化显示。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明将转炉控制由人工经验控制转变为计算机全自动控制，提高 了劳动生产率，降低劳动强度，减少人力成本及吨钢成本。

2、本发明提高转炉冶炼的终点命中率，缩短冶炼时间获得非常高的碳 温命中率和终点控制精度，提高终点命中率，可以缩短冶炼时间，提高生产 效率，在实际操作中，倒炉一次约需3—5分钟，提高终点命中率可减少倒 炉次数，提高直接出钢比率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种转炉炼钢副枪自动测量方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种转炉炼钢副枪自动测量装置结构图；

图3为本发明实施例提供的测量曲线显示界面示意图；

图4为本发明实施例提供的测量结果显示界示意图；

图5为本发明实施例提供的历史查询显示界面示意图；

图6为本发明实施例提供的历史数据曲线显示界面示意图；

图7为本发明实施例提供的参数设置界面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，作为本发明的第一实施例，一种转炉炼钢副枪自动测量方 法，所述方法包括：

测量熔池温度、结晶温度和氧电势信号；

通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定氧定碳 值和结晶定碳值，对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时 判断，可以参考含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值的标准范围或曲线进行判 断，判断含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值是否符合标准，并将判断结果传 输给PLC；

PLC根据该判断结果来下发相关控制命令。

优选地，所述方法还包括：将测量出的熔池温度、结晶温度以及计算出 的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值传输给PC机，并通过PC的显示器进 行可视化显示。

其中，通过测量的熔池温度、结晶温度和氧电势信号计算出含氧量、定 氧定碳值和结晶定碳值具体为：

通过如下公式一计算含氧量a(o)：

公式一：

公式一中，T为熔池温度，f₁＝1.3569，f₂＝0.06235，f₃＝1.54，f₄＝0.0061， E＝emf+F，emf为氧电势，F为为钢种的校正系数，根据emf值分三段设定F 值；

通过如下公式二计算定氧定碳值C_s：

公式二：

公式二中，f₁＝3.218，f₂＝-1512，f₃＝-1.003；

通过如下公式三计算结晶定碳值：

公式三：

公式三种，TL为结晶温度，F为钢种的校正系数，根据TL值分三段设 定F值。

作为本发明的第二实施例，提供一种转炉炼钢副枪自动测量装置，所述 装置包括主机和显示设备

装置分为主机和显示设备两部分组成，显示部分可分一体机或远传式 (远传方式：检测设备与PC设备分离，两者之间通过以太网互联)。一体机 主机整体为3U高，19英寸机架，220V 50Hz交流电源输入，远传式显示设 备通过网线和主机互联，可以放置在桌面上，传输距离100米，可使用交换 机将传输距离延长。

主机完成的主要功能为熔池温度、结晶温度和氧电势测量及校准，定氧 定碳公式计算，Profibus-DP通讯，以太网通讯等等。

主机配置包括TC10模块、PM300 CPU模块、IM100模块和电源模块， 所述TC10模块用于对熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号进行测量，并 将测量的熔池信号、结晶信号和氧电势毫伏信号转换为熔池温度、结晶温度 和氧电势信号，并通过IM100模块将转换后的熔池温度、结晶温度和氧电势 信号传输给PM300 CPU模块；PM300 CPU模块用于根据熔池温度、结晶温 度和氧电势信号计算含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值，对计算出来的含氧量、定氧定碳值和结晶定碳值进行实时判断，并将判断结果传输给PLC，如 图2所示。

显示设备主要作用的测量结果显示，绘图，参数校准，参数设定，文件 生产，历史文件存储等功能。

其中，主机机箱采用19英寸3U机箱，支持6个功能板卡的***，第一 槽位为PM300处理器板卡，第3、4槽位为TC10测温板，测温板占用两 个槽位。第5、6槽位为IM100通讯板。

主要特性如下：

1)机箱19”x3U x 258mm；

2)6槽定制多主CPCI背板；

3)200W交流电源模块；

4)完善的内部电气连接；

其中机箱为3U高，19英寸，机架安装，电源功率300W，电源带散热 风扇，主要特点如下：

1)标准19英寸上架机箱，黑色；

2)支持6U ComapactPCI插卡的3U高CPCI机箱；

3)300W交流输入1U电源；

4)侧面开孔，方便热量对流散热；

5)外面钢板喷塑，内置铝型材机笼，6个插槽空间,包括1个系统槽及 5个周边卡插槽，系统槽在下，不支持后出线，机箱背部有M3接地螺柱；

6)外形尺寸：(不包括安装把手)440x132x295mm(W x H x D)；机箱 正面开关为板卡供电开关，机箱背面开关为整个机箱的开关。

电源特性如下：

1)输入：AC:90～[email protected]～63Hz,，全范围；

2)输出：功率：300W；

3)外形尺寸205x100x40.5(mm)；

4)标准负载(单模块)[email protected],[email protected],[email protected],-12V@ 0.5A；

5)MTBF 100,[email protected]℃；

6)安全标准UL/CE/TUV/CCC

主机硬件根据应用需求配置如下板卡：

1.处理器插件PM300。

PM300是一款6U多功能、高性能的处理器板卡，用于嵌入式系统中。 该板卡采用PowerPC高性能处理器，主频达到800Mhz，板载焊接的512M 的DDR3内存，并具有mSATA接口，用于大数据存储。

主要特性：

1)32-bit/33-MHz cPCI系统槽，4HP；

2)PowerPC高性能处理器，主频800MHz； 3)512M板载，DDR SDRAM；

4)板载RTC模块；

5)B码光口或电口对时

6)双千兆高速以太网，调试串口

7)背板高速反射内存网络

8)mSATA接口

9)高速SFP光纤通讯

10)两路24V开关量输入通道

11)-10℃～+60℃应用环境 功能特点：

1)高性能处理器主频800MHz；

2)温度，氧电势数据采集；

3)熔池、结晶平台，液位高度等数据运算； 4)通过前网口和显示设备通讯。

PM300面板定义如下表：

PM300面板的LE如下表：

其他端口定义

COM	串口，使用专用下载线，型号为CL-001
		DI	2通道，24V开关量输入端口

PM300通用技术指标：

1)环境温度：-10℃～60℃；

2)储存温度：-40℃～70℃；

3)尺寸：233.4x160mm；

4)宽度：20.32mm，即一个槽位；

5)重量：约500g；

6)功耗：约5W；

2.测温/氧电势专用插件TC10(3通道数含：2通道热电偶、1通道氧电 势测量)。

TC10是一款多通道、通道间隔离的热电偶或RTD测量板卡，可以测量 B、E、J、K、N、S、R、T类标准热电偶，同时对热电偶冷端自动补偿，并 对结果极性线性化。另外板卡还提供四线式RTD温度测量，测量准确度达 到0.5℃。同时测温通道还提供烧毁、短路和故障的自动检测。

主要特性:

1)32-bit/33-MHz CPCI接口槽。

2)6通道热电偶测量。

3)1通道4线式RTD温度测量。

4)2.5KV通道隔离。

5)自动冷端补偿。

6)-10℃～+60℃应用环境

测量范围：

1温度：100℃--1769℃，分辨率为1℃(S分度或R分度)；

2氧电势：-300mV--+500mV，分辨率为0.1m(折算到输入端)；

3)定碳:0.000％--1.999％；

测量精度：

1)温度:±1℃；

2)氧电势±1mV(折算到输入端)；

3)定碳:±1℃(折算到结晶温度，部分型号具备)；

TC10面板定义如下：

TC10 LED灯定义：

LED灯状态	状态
		绿灯闪烁	板卡FPGA工作正常
其他状态	板卡FPGA故障
		绿灯常亮	FPGA工作时钟正常
红灯常亮	FPGA工作时钟未锁定

TC10通用技术指标：

1)环境温度：-10℃～60℃；

2)储存温度：-40℃～70℃；

3)尺寸：233.4x160mm；

4)宽度：40.64mm，即二个槽位；

5)重量：约500g；

6)功耗：约2W；

3.IM100通讯插件。

IM100是一款PRORFIBUS-DP从站总线板卡，具有1个电接口。它与主控 站完成数据通讯任务。它将接收的主站数据命令通过背板总线发给主处理 器板卡，同时把处理器板卡的数据上送至主控站。

IM100主要特性：

1)32-bit/33-MHz CPCI接口槽。

2)传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbaud(可选3/6/9/12 Mbaud)。

3)传输协议：PROFIBUS DP依照EN 50170第3部分；；

4)发送数据32Byte；接收数据12Byte；

5)接口数：1个电接口。

6)前面板LED灯，用于指示DP通讯的链路状态。

7)连接：电接口：9孔SUB-D型插座；

8)线缆类型：电接口：两芯双绞屏蔽电缆，RS485电平。

IM100功能特点：

1)6U高，8HP宽，占用两个标准槽位。

2)传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbaud(可选3/6/9/12 Mbaud)。

3)传输协议：PROFIBUS DP依照EN 50170第3部分；；

4)发送数据32Byte；接收数据12Byte；

5)接口数：1个电接口。

6)连接：电接口：9孔SUB-D型插座；

7)线缆类型：电接口：两芯双绞屏蔽电缆，RS485电平。

IM100面板定义：

DP总线的连接可以通过PROFIBUS总线终端或PROFIBUS总线连接器，连至 9针D型连接器X1来实现。当使用RS485总线终端时，必须考虑电缆电容对波 特率的影响。

IM100面板定义如下表：

IM100通用技术指标

1)环境温度：-10℃～60℃；

2)储存温度：-40℃～70℃；

3)尺寸：233.4x160mm；

4)宽度：40.64mm，即二个槽位；

5)重量：约500g；

6)功耗：约5W；

总线终端同总线连接器一样都具有一个可以切换的终端电阻

本发明软件界面主要包括采集数据的接收，测量结果计算，PLC设备通 信，实时测量曲线显示，历史数据记录，系统配置管理等功能组成。

TC10模块作为实时数据采集模块，硬件采用4毫秒定时采集任务，实时 采集TSC探头或TSO探头的传感器信号，滤除相应的干扰，记录实时测量数据。

PM300 CPU作为数据分析运算模块，根据相关计算公式，对实时采集到 传感器数据进行运算，计算出相应数据，主要运算内容如下：

1)熔池平台和液位计算；

2)结晶平台计算；

3)氧电势平台和突变计算；

4)液位计算；

5)含氧量计算。

6)定氧定碳计算；

7)结晶定碳计算。

IM100模块作为PLC通信模块，与PLC装置通过Profibus-DP总线通信， 完成数据交互。波特率可设置，通信任务周期为40ms。具体PLC的通信协议 点表如下：

本发明显示器可以实时显示熔池温度、结晶温度、副枪高度、氧电势等 实时采集数据曲线，也通过计算获得熔池平台和液位，结晶平台，氧电势平 台和液位，氧量值、定氧定碳值、结晶定碳值、液位值等。另外，界面显示 各个通道的通信状态信息，时间信息等，如图3所示。

显示器还可显示当前计算结果，包括熔池温度，结晶温度，氧电势，结 晶定碳值，定氧定碳值，氧含量值和液位值等信息，如图4所示；

本发明主机中还存储着历史数据，通过PC机对历史数据进行查询，历 史查询界面包含数据编号，熔炼号，记录日期和时间，测量类型，熔池平台 值，熔池等级，结晶平台值，结晶等级，氧电势值，氧电势等级。另外，通 过快速检索可以筛选出符合条件的数据，如图5和图6所示。

针对不同应用和工况，本发明通过软件完成测温定氧定碳装置的测量校 准、参数配置和管理，软件需要配置的内容如下：

1)计算条件配置；

2)熔池平台、突变和等级参数配置；

3)结晶平台和等级参数配置；

4)氧电势平台、突变和等级参数配置；

5)液位等级参数配置；

6)计算公式参数配置；

7)PLC通信参数配置；

7)其他配置(包括曲线刻度、IP地址等)；

软件配置图如图7所示；

PC机采用Dell成就3470台式整机，液晶尺寸21.5英寸，录波数据在 显示设备保存后，可方便的拷贝到个人PC上，使用同样软件进行查看，分 析。

装置相关的配置参数如下：

1.装置供电及电流消耗：

额定电压(Un)：220VAC；

额定电流(In)：1A；

2.测量通道数量：

温度测量通道：2；

氧电势测量通道：1；

3.测量范围：

温度：100℃--1769℃；

氧电势：-300mV--+500mV；

3.测量精度：

温度：0.15％；

氧电势：1％

4.Profibus-DP；

接口：RS485；

数据速率：9.6kbit/s到12Mbit/s；

报文长度：最大244byte；

4.显示设备

显示类型：LED；

屏幕尺寸：不小于21英寸；

分辨率：1920*1480；

工作温度：-5°-﹢50°；

下表列出了常见的整机故障，整机在PM300上有两个LED灯，在TC10 上有两个LED灯，可以辅助判断主机状态：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。