CN110616289A - 一种转炉全自动出钢的出钢流量控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其包括步骤：(1)通过计算获取转炉内冶炼钢水的重量G₁；(2)基于转炉内冶炼钢水的重量设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀；以及设定目标出钢流量Q_aim(t)；(3)开始出钢后，将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则增大转炉倾角；出钢过程中同时控制钢包台车行走位移量x_t以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；(4)当检测到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。此外，本发明还公开了一种转炉全自动出钢的出钢流量控制***。

Description

一种转炉全自动出钢的出钢流量控制方法和***

技术领域

本发明涉及一种转炉自动炼钢的方法及***，尤其涉及一种转炉全自动出钢方法及***。

背景技术

目前世界范围内各大钢厂基本都有转炉自动冶炼，可以有效提高炼钢成功率，缩短冶炼周期，提高产量、质量，降低原料消耗和成本，大大减轻工人的劳动强度。然而，虽然在现有技术中转炉自动化炼钢已经比较普及，但目前转炉出钢却普遍采用人工操作的方式。

通常转炉出钢包括以下操作步骤：

1)确定钢水终点成分与温度符合出钢要求；

2)将钢包车开到承接钢水位置后；

3)摇炉使渣面迅速通过出钢口，通过控制摇炉角度，调整钢液面高度；

4)操作钢包台车使得钢水倒入钢包；

5)对准合金溜槽，严格按照技术规程顺序加入合金；

6)下渣检测自动判断出钢溢渣，启动自动挡渣；减少出钢的下渣量，防止回磷，提高合金收得率；

7)回摇转炉到初始位置，完成整个出钢过程。

在上述步骤中，目前大部分都是采用人工操作的方法，这样的操作使得现有技术的出钢存在许多问题，例如：

(1)由于摇炉由工人操作，操作力度以及角度完全靠人工把握，因而，会发生摇炉过猛导致容易炉口溢渣的情况，又或摇炉过慢导致渣层通过出钢口时间长，下渣量大；而对于摇炉角度，由于角度人为控制，因此，会存在出钢时钢水静压力变化较大，出钢时间波动明显的问题；

(2)由于在步骤2)中依靠人工观察和经验判断移动钢包台车位置，因而，会存在操作不当导致钢水外溢的现象。

此外，出钢过程中的较多步骤依靠人工操作，操作环境恶劣，因而，会需要大量人力物力完成，这使得出钢过程操作复杂，并且由于需要的操作人员较多，对于人员安全也会有较高要求。

“HUBMER.R，HERZOG K.VAI-CON tap-the missing link in convertersteelmaking[C]，AISTech Proceedings.Indianapolis:AIST,2007”的非专利文献中，公开了一种“VAI－CON Tap”的转炉全自动“无人”出钢技术。该非专利文献所公开的技术方案可实现吹炼结束,转炉自动倾转，钢包台车自动走行，合金自动加入以及出钢结束自动抬炉步骤。该非专利文献所公开的技术方案采用转炉内熔池液位直接检测方法，来确定转炉倾角的大小。其优点是液位高度检测后，通过几何关系直接获得转动倾角，使得该方法准确，快捷，然而其缺点是传感器安装在转炉全封闭钢结构，维修非常困难，实际应用困难大，尤其是转炉是在360度范围内旋转，受炉口限制尺寸和每次转炉装钢量不同，使得该方法应用检测过程中有盲区。

公开号为CN106498111A，公开日为2017年3月15日，名称为“一种基于转炉二级控制***的自动出钢控制方法”的中国专利文献公开了一种基于转炉二级控制***的自动出钢控制方法。在该专利文献所公开的技术方案中，转炉设置下渣红外监测***，液压花瓣挡渣***，钢包车采用测距定位装置，钢包车上设置钢水称量装置。根据二级控制***计算结果，通过合金加入装置在设定时间自动加入合金，并根据出钢量和合金料加入量自动调节底吹氩搅拌流量。然而，该专利文献所公开的技术方案采用钢包称重来测量钢水出钢量，需要钢包称重装置。对于没有钢包称重装置的旧厂，在新增称重装置都需要对设备进行改造，大大增加了成本。

公开号为CN106987675A，公开日为2017年7月28日，名称为“一种转炉出钢过程的控制***及控制方法”的中国专利文献公开了一种转炉出钢过程的控制***。在该专利文献所公开的技术方案中，控制***包括了钢包称重装置、转炉炉口监测装置，壁厚监测装置，服务器及控制器组成，通过计算获得钢包钢水液位最深时对应的最佳转炉倾角与钢包重量的关系以及钢水浸没出钢口的临界状态对应的极限转炉倾角与钢包重量的关系，并结合图像信息判断炉渣位置，结合当前钢水余量，确定转炉当前角度，同时利用钢水称重和炉口图像来确定转角的大小，从而实现倾角控制。然而，该专利文献所公开的技术方案采用钢包称重的方法来测量钢水出钢量，需要钢包称重装置。对于没有钢包称重装置的旧厂，在新增称重装置都需要对设备进行改造，大大增加了成本。

公开号为CN107099637A，公开日为2017年8月29日，名称为“转炉自动出钢控制方法及***”的中国专利文献公开了一种转炉自动出钢控制方法及***。在该专利文献所公开的技术方案中，该转炉自动出钢控制方法在出钢的过程中控制出钢位置停留相应的出钢时间，即每次摇炉一定角度后，要停留一定时间；并且钢包承接有三个位置。然而，该转炉自动出钢控制方法的出钢过程并不采用数学模型进行控制。

因此，亟需一种转炉全自动出钢***，以便于满足现有工业需求，以实现转炉全自动化操作，操作简单，安全可靠，有效提高出钢效率。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种转炉全自动出钢流量控制方法，其可以用于实现转炉全自动化操作，有效提高了出钢效率，尤其是通过对出钢流量的控制，有效解决了炉口大小对出钢量及出钢时间的影响。

为了实现上述目的，本发明提出了一种转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其包括步骤：

(1)通过计算获取转炉内冶炼钢水的重量G₁；

(2)基于转炉内冶炼钢水的重量设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀；以及设定目标出钢流量Q_aim(t)；

(3)开始出钢后，将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则增大转炉倾角；出钢过程中同时控制钢包台车行走位移量x_t以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；

(4)当检测到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。

在本发明所述的转炉全自动出钢方法中，采用计算获取转炉内冶炼钢水的重量G₁并基于转炉内冶炼钢水的重量G₁设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀，并且根据转炉倾角与钢包台车位置模型，从而控制出钢流量以及钢包台车的位置(即控制钢包台车行走移量x_t)，以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点，实现转炉过程中转炉的出钢过程的自动倾倒始终与钢包台车相配合，直至达到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。

在此过程中，由于实际出钢流量Q_real(t)与转炉倾角配合，使得倾角控制由出钢流量反馈控制，避免了倾角过大导致出钢流量过快，而发生喷溅的情况，又不会由于倾角过小导致出钢流量过低导致出钢时间较长而发生钢水吸氧影响钢产品质量的问题，并且本发明所述的出钢流量控制方法易于控制出钢时间。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法中，在所述步骤(1)中，基于下述模型计算转炉内冶炼钢水的重量G₁：

G₁＝α₁×(G_铁+G_废钢+G_合金+G_其它)

其中，α₁表示钢水修正系数，其取值范围为0.8-1.2；G_铁表示已存的铁水重量；G_废钢表示加入的废钢重量；G_合金表示加入的合金重量；G_其它表示其他固废料，G_其它≥0。

在上述方案中，G_其他为0是指部分炉次并不加入其他固废料(例如钢渣)。

需要说明的是，在本技术方案中初始角度θ₀除了基于转炉内冶炼钢水的重量G₁而设定外，还可以根据实际生产需要而基于：冶炼的钢种品种、转炉的结构、转炉炉龄、转炉的壁厚和生产工艺的至少其中之一进行设定。该设定过程是本领域内技术人员根据实际需要进行调整的，因此本案在此不做特别限定。

需要指出的是，初始角度θ₀的角度设置对于转炉出钢具有影响，当初始角度θ₀过大，则容易导致炉口出渣，而发生安全事故，但当初始角度θ₀过小，则会延长出钢时间，而使得生产效率较低。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法中，在所述步骤(3)中，实际出钢流量Q_real(t)基于下述模型获得：

Q_real(t)＝c·θ^p _t·t^q

其中，c表示流量系数；θ_t表示随着时间变化的转炉倾角；t表示出钢时间；p,q可以根据需要的条件例如转炉的结构、转炉的壁厚、不同钢种生产工艺所建立的转炉出钢数学模型回归后的系数获得。

需要说明的是，转炉倾角可以在360°范围内自由旋转，并且倾角的正负或倾角位置根据各个生产线操作可以各有不同，其具体设置本领域内技术人员可以结合各实施方式的具体情况进行调整设置，因此，在此不作特别限定。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法中，在所述步骤(3)中，钢包台车行走位移量x_t基于下述模型进行控制：

x_t＝x₀+bθ_t

其中，x₀表示台车走行的初始位置，θ_t表示随着时间变化的转炉倾角，b表示台车走行系数，其为常数。

需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，本领域内技术人员根据各个工厂转炉中心位置、转炉结构、钢包台车初始位置以及走行速度在冷态调试中确定台车走行系数b。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法中，在所述步骤(4)中，所述出钢结束条件为下述条件的至少其中之一：(a)溢出炉渣超过警戒值，以及(b)钢包台车上的钢水液位超过警戒线。

需要说明的是，设定警戒值是为了钢包台车中的钢水混入过多的炉渣，从而影响最终产品质量，而对于警戒值的数值具体设定本领域内的技术人员可以根据各实施方式的具体情况自行设定。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法中，在所述步骤(4)中，基于下述模型控制抬炉过程：

θ_回＝θ_n+kt_抬

其中，θ_回表示抬炉角度；θ_n表示出钢结束的转炉倾角；k表示抬炉角速度；t_抬表示抬炉时间。

需要说明的是，本领域内技术人员根据各工厂的转炉容量、结构以及操作工艺设置抬炉角速度k的数值。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种转炉全自动出钢的出钢流量控制***，通过该转炉全自动出钢的出钢流量控制***可以实现在没有钢包称重和转炉炉膛内熔池液位检测的条件下转炉全自动出钢，尤其是该出钢流量控制***通过对出钢流量的控制，有效解决了炉口大小对出钢量及出钢时间的影响。

为了实现上述目的，本发明提出了一种转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其包括转炉和钢包台车，其还包括：

二级机***，其内存储有钢种冶炼信息；

转炉倾角测量装置，其测量转炉的倾角；

转炉倾转驱动装置，其与转炉连接，以驱动转炉倾转；

钢包台车位置检测装置，其检测钢包台车在行走方向上的位置；

钢包台车行走驱动装置，其与钢包台车连接，以驱动钢包台车在行走方向上行走；

下渣检测装置，其被设置为发出出钢结束信号；

控制***，其与二级机***、转炉倾角测量装置、转炉倾转驱动装置、钢包台车位置检测装置、钢包台车行走驱动装置和下渣检测装置分别连接；其中在出钢过程中，控制***将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则通过控制转炉倾转驱动装置以增大转炉倾角，控制***还基于钢包台车位置检测装置传输的数据控制钢包台车行走驱动装置，以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；当控制***接收到下渣检测装置根据下渣量超过警戒线或钢包台车上的钢水液位超过警戒线后发出的出钢结束信号时，控制停止出钢并且抬起转炉。

当开始出钢时，首先控制***基于二级机***内存储的钢种冶炼信息计算获得转炉在开始出钢时的初始角度，通过转炉倾转驱动装置驱动转炉倾转，与此同时，控制***基于钢包台车位置检测装置所传输的数据控制钢包台车行走驱动装置，以使得钢包台车始终位于出钢钢流冲击点处，在出钢过程中，控制***基于转炉倾角测量装置传输的数据、根据出钢时间而控制转炉倾转驱动装置以调节转炉倾角，当符合出钢条件时，即当溢出炉渣超过警戒值或钢包台车上的钢水液位超过警戒线，而下渣检测装置检测到相应数据，并对控制***发出出钢结束信号，当控制***接收到出钢结束信号时，控制停止出钢并且抬起转炉。

在此过程中，由于实际出钢流量Q_real(t)与转炉倾角配合，使得倾角控制由出钢流量反馈控制，避免了倾角过大导致出钢流量过快，而发生喷溅的情况，又不会由于倾角过小导致出钢流量过低导致出钢时间较长而发生钢水吸氧影响钢产品质量的问题，并且本发明所述的出钢流量控制***易于控制出钢时间。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***中，转炉倾角测量装置为编码器或倾角仪。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***中，钢包台车位置检测装置为非接触式测距仪或设于钢包台车上的编码器。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***中，还包括钢包液位高度检测仪和/或钢包溢钢监控摄像机，钢包液位高度检测仪和/或钢包溢钢监控摄像机均被设置为发出出钢结束信号。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***中，还包括自动挡渣装置，其与控制***连接。

进一步地，在本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***中，还包括炉膛口摄像装置和/或出钢口红外摄像装置，其与控制***连接。

本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法在无钢包台车称重和转炉炉膛内液位检测的情况下实现了转炉自动出钢，不仅降低了设备的投资，减少了设备维护检修成本，而且能够有效降低了生产异常发生率，例如有效减少了大炉口溢渣和钢包溢钢的发生率，尤其是通过对出钢流量的控制，有效解决了炉口大小对出钢量及出钢时间的影响，易于对出钢时间进行控制，从而控制钢水温度在所需的范围内，保证了生产节奏的稳定

此外，本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法取代了现有技术的人工操作方法，有效提高了炼钢成功率，缩短冶炼周期，并且减少了相关操作人员的劳动强度，降低了事故发生概率，改善了工作环境。

另外，本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***也具有上述优点。

附图说明

图1为本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法在一种实施方式下的流程示意图。

图2为本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的结构示意图。

图3示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的***框架。

图4示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的操作流程。

图5示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的转炉倾角随时间变化曲线。

图6显示了根据转炉的结构、转炉的壁厚、不同钢种生产工艺的条件所建立的转炉出钢数学模型。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法和***做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法在一种实施方式下的流程示意图。

如图1所示，在本实施方式中，出钢流量控制方法包括如下步骤：

(1)通过计算获取转炉内冶炼钢水的重量G₁；

(2)基于转炉内冶炼钢水的重量设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀；以及设定目标出钢流量Q_aim(t)；

(3)开始出钢后，将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则增大转炉倾角；出钢过程中同时控制钢包台车行走位移量x_t以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；

(4)当检测到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。

采用该出钢流量控制方法的出钢流量控制***的结构可以进一步参考图2。图2为本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的结构示意图。

如图2所示，并在必要时的时候结合图3，在本实施方式中，出钢流量控制***包括转炉1、钢包台车2、转炉倾角检测控制***3、钢包台车位移检测控制***4、下渣检测装置5、二级机***6以及控制***7。

其中，转炉倾角检测控制***3包括与转炉1连接的转炉倾转驱动装置32，以驱动转炉1倾转，而在转炉倾转驱动装置32上设有转炉倾角测量装置31，用于测量转炉1的倾角。在本实施方式中，转炉倾角测量装置31为编码器，而在一些其他的实施方式中，转炉倾角测量装置31也可以为倾角仪。此外，转炉倾转驱动装置32采用电机。

钢包台车位移检测控制***4包括钢包台车位置检测装置41以及钢包台车行走驱动装置42，钢包台车位置检测装置41检测钢包台车在行走方向上的位置，即图1中x所示的距离，x表示钢包台车2在行走方向上所在位置距离起始位置的距离。而钢包台车行走驱动装置42与钢包台车2连接，以驱动钢包台车2在行走方向上行走。在本实施方式中，钢包台车位置检测装置41为非接触式测距仪，当然，在一些其他的实施方式中，钢包台车位置检测装置41也可以为设于钢包台车2上的编码器。在本实施方式中，钢包台车行走驱动装置42采用台车电机。

此外，在本实施方式中，下渣检测装置5被设置为发出出钢结束信号，下渣检测装置5为非接触式检测仪，例如：红外下渣检测仪、感应线圈下渣检测仪、振动式下渣检测仪或其他非接触式检测仪。

此外，本实施方式中，转炉全自动出钢***还包括钢包液位高度检测仪51和钢包溢钢监控摄像机53，钢包液位高度检测仪51和钢包溢钢监控摄像机53均被设置为发出出钢结束信号。当然，在一些其他的实施方式中，转炉全自动出钢***可以包括钢包液位高度检测仪51或钢包溢钢监控摄像机53，钢包液位高度检测仪51或钢包溢钢监控摄像机53被设置为发出出钢结束信号。其中，钢包液位高度检测仪51采用非接触式检测仪，例如激光测距仪、红外测距仪、雷达液位高度检测或其他非接触式检测仪。

当控制***7收到下渣检测装置5、钢包液位高度检测仪51和钢包溢钢监控摄像机53的至少其中之一发出的出钢结束信号时，控制停止出钢并且抬起转炉1。

在本实施方式中，出钢流量控制***还包括炉膛口摄像装置8，其与控制***7连接，以监测出钢口的钢水情况。当然，在一些其他的实施方式中，也可以在出钢口设置红外摄像装置，与控制***7连接，或是同时设置炉膛口摄像装置以及出钢口设置红外摄像装置，与控制***7连接。

为了便于操作人员监控，还设有显示终端9，以便于实时了解监测情况，在本实施方式中，监测终端9为设有HMI接口的显示器。

关于本实施方式中的出钢流量控制***的框架结构，可以进一步参考图3。图3示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的***框架。

如图3所示，控制***7，其与二级机***6、转炉倾角测量装置31、转炉倾转驱动装置32、钢包台车位置检测装置41、钢包台车行走驱动装置42和下渣检测装置5分别连接。其中，控制***7基于转炉倾角测量装置31传输的数据、根据出钢时间而控制转炉倾转驱动装置32以调节转炉倾角，控制***7还基于钢包台车位置检测装置41传输的数据控制钢包台车行走驱动装置42，以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；当控制***7接收到传输的出钢结束信号时，控制停止出钢并且抬起转炉1。

需要说明的是，控制***7将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则通过控制转炉倾转驱动装置以增大转炉倾角。

此外，在本实施方式中，当下渣检测装置5检测到有渣时，通过控制***7启动自动挡渣装置10进行挡渣。自动挡渣装置10可以为滑板挡渣装置、气动挡渣装置、挡渣球、挡渣镖以及其他本领域内技术人员可以想到的挡渣装置。

图4示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的操作流程。

如图4所示，转炉全自动出钢***中，二级机***6内存储有钢种冶炼信息，包括收集铁水量、废钢量，合金加入量、冶炼信息、炉次信息、氧枪信息以及料场信息。

通过基于下述模型计算转炉内冶炼钢水的重量G₁：

G₁＝α₁×(G_铁+G_废钢+G_合金+G_其它)

其中，α₁表示钢水修正系数，其取值范围为0.8-1.2；G_铁表示已存的铁水重量；G_废钢表示加入的废钢重量；G_合金表示加入的合金重量；G_其它表示其他固废料，G_其它≥0。

随后，基于转炉内冶炼钢水的重量G₁设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀，而初始角度θ₀基于转炉内冶炼钢水的重量G₁以及下述因素的至少其中之一而设定：冶炼的钢种品种、转炉的结构、转炉炉龄、转炉的壁厚和生产工艺。

在判断大炉口是否溢渣后，开始出钢后，根据出钢时间而调节转炉倾角θ，从而控制实际出钢流量，将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角(即图4中所示步骤“转炉倾角θ＝θ₀-Δθ”)，而当若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则增大转炉倾角(即图4中所示步骤“转炉倾角θ＝θ₀+Δθ”)，而实际出钢流量Q_real(t)基于下述模型获得：

Q_real(t)＝c·θ^p _t·t^q

其中，c表示流量系数；θ_t表示随着时间变化的转炉倾角；t表示出钢时间。p,q表示指数，其取值可以由本领域内技术人员根据需要的条件例如转炉的结构、转炉的壁厚、不同钢种生产工艺，所建立的转炉出钢数学模型回归后的系数获得。

同时控制钢包台车行走位移量x_t以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点，其中，台车自动行走距离x是一个转炉倾角θ有关的函数模型，其采用钢包台车行走位移量x_t表示，钢包台车行走位移量x_t基于下述模型进行控制：

x_t＝x₀+bθ_i

其中，x₀表示台车走行的初始位置，θ_i表示某一时间段内的转炉倾角，i＝1,2,3,……t；b表示台车走行系数，其为常数。

需要说明的是，在上述式子中，本领域内技术人员根据各个工厂转炉中心位置、转炉结构、钢包台车初始位置以及走行速度在冷态调试中确定台车走行系数b。

随后，当出钢结束条件为下述条件的至少其中之一：(a)溢出炉渣超过警戒值(即图4中所示步骤“下渣量是否超过警戒值”)，以及(b)钢包台车上的钢水液位超过警戒线(即图4中所示步骤“是否钢包溢钢”)，停止出钢并且抬炉。抬炉过程基于下述模型进行控制：

θ_回＝θ_n+kt_抬

其中，θ_回表示抬炉角度；θ_n表示出钢结束的转炉倾角；k表示抬炉角速度；t_抬表示抬炉时间。

需要说明的是，在上述式子中，本领域内技术人员根据各工厂的转炉容量、结构以及操作工艺设置抬炉角速度k的数值。

图5示意了本发明所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***在一种实施方式下的转炉倾角随时间变化曲线。

由图5可以看出，对转炉倾角θ进行调节，可以控制出钢钢水流量Q在出钢过程中保持一个稳定值，从而稳定工艺参数例如出钢温度和出钢时间，有利于出钢节奏和钢水质量的稳定性。根据钢包台车行走位移量x_t的计算结果，控制钢包台车行走驱动装置42以使得钢包台车2始终位于出钢钢流冲击点，当控制***接7收到下渣检测装置5传输的出钢结束信号(例如下渣量超过警戒值)时，控制停止出钢，自动关闭出钢口，将转炉1转至垂直位(即抬起转炉)，从而结束出钢。

需要说明的是，曲线I表示出钢钢水流量曲线，其对应的纵坐标为出钢流量(t/min)，而曲线II表示转炉倾转曲线，其对应的纵坐标为转炉倾角(°)。

图6显示了根据转炉的结构、转炉的壁厚、不同钢种生产工艺的条件所建立的转炉出钢数学模型。如图6所示，转炉倾角θ可以在360°范围内自由旋转，而出钢钢水流量Q与倾角转动θ以及钢水体积有关，图中h表示转炉内钢水液位高度，因而，可以建立出钢钢水流量Q与转炉倾角θ以及钢水体积间的数学模型，通过回归可以得到p、q系数。

由此可以看出，本案的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法及***在无钢包台车称重和转炉炉膛内液位检测的情况下实现了转炉自动出钢，不仅降低了设备的投资，减少了设备维护检修成本，而且能够有效降低了生产异常发生率，例如有效减少了大炉口溢渣和钢包溢钢的发生率，尤其是通过对出钢流量的控制，有效解决了炉口大小对出钢量及出钢时间的影响，易于对出钢时间进行控制，从而控制钢水温度在所需的范围内，保证了生产节奏的稳定

此外，本案的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法及***取代了现有技术的人工操作方法，有效提高了炼钢成功率，缩短冶炼周期，并且减少了相关操作人员的劳动强度，降低了事故发生概率，改善了工作环境。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其包括步骤：

(1)通过计算获取转炉内冶炼钢水的重量G₁；

(2)基于转炉内冶炼钢水的重量设定转炉在开始出钢时的初始角度θ₀；以及设定目标出钢流量Q_aim(t)；

(3)开始出钢后，将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则增大转炉倾角；出钢过程中同时控制钢包台车行走位移量x_t以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；

(4)当检测到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。

2.如权利要求1所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，基于下述模型计算转炉内冶炼钢水的重量G₁：

G₁＝α₁×(G_铁+G_废钢+G_合金+G_其它)

其中，α₁表示钢水修正系数，其取值范围为0.8-1.2；G_铁表示已存的铁水重量；G_废钢表示加入的废钢重量；G_合金表示加入的合金重量；G_其它表示其他固废料，G_其它≥0。

3.如权利要求1所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，实际出钢流量Q_real(t)基于下述模型获得：

Q_real(t)＝c·θ^p _t·t^q

其中，c表示流量系数；θ_t表示随着时间变化的转炉倾角；t表示出钢时间，p、q分别表示指数。

4.如权利要求1所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，钢包台车行走位移量x_t基于下述模型进行控制：

x_t＝x₀+bθ_t

其中，x₀表示台车走行的初始位置，θ_t表示随着时间变化的转炉倾角，b表示台车走行系数。

5.如权利要求1所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述出钢结束条件为下述条件的至少其中之一：(a)溢出炉渣超过警戒值，以及(b)钢包台车上的钢水液位超过警戒线。

6.如权利要求1所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，基于下述模型控制抬炉过程：

θ_回＝θ_n+kt_抬

其中，θ_回表示抬炉角度；θ_n表示出钢结束的转炉倾角；k表示抬炉抬炉角速度；t_抬表示抬炉时间。

7.一种转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其包括转炉和钢包台车，其特征在于，其还包括：

二级机***，其内存储有钢种冶炼信息；

转炉倾角测量装置，其测量转炉的倾角；

转炉倾转驱动装置，其与所述转炉连接，以驱动转炉倾转；

钢包台车位置检测装置，其检测钢包台车在行走方向上的位置；

钢包台车行走驱动装置，其与所述钢包台车连接，以驱动钢包台车在行走方向上行走；

下渣检测装置，其被设置为发出出钢结束信号；

控制***，其与所述二级机***、转炉倾角测量装置、转炉倾转驱动装置、钢包台车位置检测装置、钢包台车行走驱动装置和下渣检测装置分别连接；其中在出钢过程中，所述控制***将实际出钢流量Q_real(t)实时地与目标出钢流量Q_aim(t)进行比较，若Q_real(t)≥Q_aim(t)，则减小转炉倾角，若Q_real(t)＜Q_aim(t)，则通过控制转炉倾转驱动装置以增大转炉倾角，所述控制***还基于钢包台车位置检测装置传输的数据控制钢包台车行走驱动装置，以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；当控制***接收到下渣检测装置传输的出钢结束信号时，控制停止出钢并且抬起转炉。

8.如权利要求7所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其特征在于，所述转炉倾角测量装置为编码器或倾角仪。

9.如权利要求7所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其特征在于，所述钢包台车位置检测装置为非接触式测距仪或设于钢包台车上的编码器。

10.如权利要求7所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其特征在于，还包括钢包液位高度检测仪和/或钢包溢钢监控摄像机，所述钢包液位高度检测仪和/或钢包溢钢监控摄像机均被设置为发出出钢结束信号。

11.如权利要求7所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其特征在于，还包括自动挡渣装置，其与所述控制***连接。

12.如权利要求7所述的转炉全自动出钢的出钢流量控制***，其特征在于，还包括炉膛口摄像装置和/或出钢口红外摄像装置，其与所述控制***连接。