炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 101985669 A(43)申请公布日 2011.03.16CN101985669A*CN101985669A*(21)申请号 201010549359.6(22)申请日 2010.11.18C21B 7/24(2006.01)C21B 5/00(2006.01)(71)申请人中冶南方工程技术有限公司地址 430223 湖北省武汉市东湖新技术开发区大学园路33号(72)发明人张骋杰 吴晨 徐岸非 赵菁黄瑛(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人唐万荣(54) 发明名称炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法(57) 摘要本发明涉及无料钟炉顶的高炉技

2、术领域，尤其涉及一种炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法。本发明包括确定理想状态的称重差压补偿系数、监测实际重量值与补偿后的重量值之间的差值来确认称重补偿值、根据称重差值来校正补偿值，监测的数据包括料罐的压力、料罐的重量、炉内的压力和槽下称重测量的数据，通过对比料罐充压前后的重量及槽下称重测量的数据，并根据差值对称量差压补偿系数进行周期性的校正。本发明能周期性对称量差压补偿系数进行校正，可以有效地降低高炉外围因素对称重测量的干扰，提高了自动化水平，避免了称重值受外界干扰因素的影响产生大幅度的波动，为高炉的稳定高产创造了条件。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利

3、申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页CN 101985669 A 1/1页21.一种炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法，其特征在于，包括以下步骤：确定理想状态的称重差压补偿系数，该步骤包括两种方式：通过计算波纹管截面积来确定补偿系数k(d/2)2，d为波纹管的直径；或者测量出在炉顶正常操作时所能达到的最大压力Pmax状况下称量补偿的重量W补偿，来间接计算出补偿系数kW补偿/Pmax；监测实际重量值与补偿后的重量值之间的差值来确认称重补偿值，该步骤分为串罐、并罐两种结构下的监测；根据称重差值来校正补偿值，其中线性补偿系数k值记忆性校正公式如下：Pi为第i次布料状况下的压力测量值Pi

4、-1、Pi+1为在记忆数据库里找到的临近Pi的前后两个压力点W补偿(i-1)、W补偿(i-1)为对应的称量补偿值。2.根据权利要求1所述的炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法，其特征在于：所述步骤中串罐结构下的监测步骤中，在整个装料和布料过程中，串罐炉顶的称量值一直处于补偿状态下，无法根据料罐自身的称量测量值来计算称重补偿前后的差值，必须借助槽下称量测量系统：W补偿-iABS(W槽下-i-W炉顶-i)其中，ABS代表取绝对值，W槽下-i为第i次布料状况下的槽下称量测量值，W炉顶-i为第i次布料状况下的炉顶称量测量值。3.根据权利要求1或2所述的，其特征在于：所述步骤中并罐结构下的监测步骤中，称量只

5、在料罐进行均压以后才进行称量差压补偿，所以可以利用料罐均压前后的重量值进行比较来计算称重补偿前后的差值：W补偿-iABS(W均匀前-i-W均压后-i)其中，ABS代表取绝对值，W均压前-i为第i次布料状况下的均压前的称量测量值，W均压后-i为第i次布料状况下的均压后的称量测量值，根据当时Pi压力测量值的大小，将称重补偿值保存到记忆数据库里。权 利 要 求 书CN 101985669 A 1/5页3炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法技术领域0001 本发明涉及无料钟炉顶的高炉技术领域，尤其涉及一种炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法。背景技术0002 目前高炉普遍采用无料钟炉顶，现代化的高炉为了提高冶

6、炼效率，对布料的精细化要求越来越高。由于炉顶恶劣的环境及安装条件的限制，使得无料钟炉顶称量检测成为一个难题。0003 现在炉顶重量布料已成为了高炉布料的趋势，而重量法布料的前提条件就是料罐称的准确称量。常规的称量方法无法满足高炉料罐称量的要求，必须采用差压补偿系统来消除高炉压力的影响。0004 目前常用的称量差压补偿方法为线性补偿方法，这种方法没有对线性补偿系数进行实时校正，不能保证测量的准确性和稳定性。因此，称量差压补偿方法必须进行技术改进，解决高炉外围因素造成的线性补偿系数漂移的问题，提高高炉布料的控制水平，成为了我们的研究方向。发明内 容0005 针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提

7、供一种炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法，以周期记忆性的补偿方法来校正称量差压补偿系数，该方法解决了高炉外围因素造成的线性补偿系数漂移的问题，使得高炉炉顶布料系统能够稳定、均匀、准确地控制布料流量，从而提高了高炉的冶炼水平。0006 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：0007 确定理想状态的称重差压补偿系数，该步骤包括两种方式：通过计算波纹管截面积来确定补偿系数k(d/2)2，d为波纹管的直径；或者测量出在炉顶正常操作时所能达到的最大压力Pmax状况下称量补偿的重量W补偿，来间接计算出补偿系数kW补偿/Pmax；0008 监测实际重量值与补偿后的重量值之间的差值来确认称重补偿值，该步骤分

8、为串罐、并罐两种结构下的监测；0009 根据称重差值来校正补偿值，其中线性补偿系数k值记忆性校正公式如下：0010 0011 Pi为第i次布料状况下的压力测量值0012 Pi-1、Pi+1为在记忆数据库里找到的临近Pi的前后两个压力点0013 W补偿(i-1)、W补偿(i-1)为对应的称量补偿值。0014 所述步骤中串罐结构下的监测步骤中，在整个装料和布料过程中，串罐炉顶的说 明 书CN 101985669 A 2/5页4称量值一直处于补偿状态下，无法根据料罐自身的称量测量值来计算称重补偿前后的差值，必须借助槽下称量测量系统：0015 W补偿-iABS(W槽下-i-W炉顶-i)0016 其中，

9、ABS代表取绝对值，0017 W槽下-i为第i次布料状况下的槽下称量测量值，0018 W炉顶-i为第i次布料状况下的炉顶称量测量值。0019 所述步骤中并罐结构下的监测步骤中，称量只在料罐进行均压以后才进行称量差压补偿，所以可以利用料罐均压前后的重量值进行比较来计算称重补偿前后的差值：0020 W补偿-iABS(W均匀前-i-W均压后-i)0021 其中，ABS代表取绝对值，0022 W均压前-i为第i次布料状况下的均压前的称量测量值，0023 W均压后-i为第i次布料状况下的均压后的称量测量值，0024 根据当时Pi压力测量值的大小，将称重补偿值保存到记忆数据库里。0025 本发明是针对称量

10、差压补偿系数受高炉外围因素易发生漂移的问题而提出一种周期记忆性的补偿方法，与现有的补偿方法相比，具有以下优点和积极效果：0026 1)能周期性对称量差压补偿系数进行校正，可以有效地降低高炉外围因素对称重测量的干扰；0027 2)能根据外围测量值对称重测量值进行自动调节，减少了生产过程中操作工的人工调节，降低了工作强度；0028 3)提高了自动化水平，避免了称重值受外界干扰因素的影响产生大幅度的波动，为高炉的稳定高产创造了条件。附图说明0029 图1是本发明提供的系统结构图。0030 图2是本发明提供的称量补偿曲线修正示意图。0031 图3是本发明提供的炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法的流程图。

11、具体实施方式0032 首先对本发明涉及的原理进行分析：0033 图1是本发明提供的系统结构图，其中整个系统由PLC控制器、炉顶称重测量装置、压力变送器及上位机组成。PLC控制器接收从现场的炉顶称重测量装置及压力变送器发送回来的数据，根据当前高炉的运行状态对数据进行分析和计算，周期性地校正补偿数据，将校正好的数据保存在PLC控制器的记忆数据库里，并在上位机显示。0034 高炉在正常的生产状况下，炉顶的压力一直处于1.52.5公斤的高压，料罐在炉顶压力的作用下，受到一个与波纹管截面积成正比的浮力，压力的波动会引起浮力的波动，在此种状况下，常规的称量测量方法已经无法实现准确测量，必须采用差压补偿系统

12、来消除压力的影响。0035 在实际生产过程中，由于压力的作用，料罐会上浮形成浮罐。当浮力随着压力不断增大，料罐自身的净重小于浮力的时候，料罐会完全浮空，从而形成了测量的盲区，严重影说 明 书CN 101985669 A 3/5页5响了称量测量的准确性。实际的解决方法有两种，一是增加料罐内的耐磨衬板增重料罐自身的重量；二是通过拧紧附属在罐体的弹簧，通过加大弹簧向下的拉力间接抵消向上的浮力。目前大多数钢厂采用第二种方法。0036 在压力波动的情况下，对料罐的受力情况进行整体的分析，假设料罐的自身净重为W净重，料罐所装物料的重量为W物料，称量的测量值为W测量。料罐的波纹管直径d直径一定，料罐所受的浮

13、力F浮力和差压P差压成正比的关系，料罐所受弹簧的拉力F拉力与形变量x成正比的关系。0037 0038 0039 在上述推导公式中，只有P差压为变化值，由此可得出炉顶称量补偿为线性补偿，其线性补偿系数为波纹管截面积(d/2)2。0040 由于并罐与串罐在结构上存在差异，料罐称量补偿的压力取样点不一样，在实际生产过程中，料罐称量补偿的方法也有所不同。0041 串罐炉顶的料罐波纹管补偿器位于下密封阀的下方，称量补偿所取的压力为炉内的压力。通过对串罐炉顶结构的分析，料罐差压称量补偿必须考虑波纹管的弹力。由于高炉炉体本身会有一个热胀冷缩的过程，高炉投产一段时间以后，炉体本身会膨胀，在膨胀的同时会压缩波纹

14、管，波纹管对料罐会产生一个向上的弹力。波纹管产生的弹力F弹力与炉体膨胀的尺寸s成正比关系。当高炉正常生产一段时间以后，由于高炉炉内的温度波动范围不大，炉体膨胀的尺寸是一个相对稳定值，所以料罐受到向上的弹力可以看成一个常数。反之，当高炉休风一段时间后，炉体本身会收缩，波纹管产生的弹力F弹力会变小。串罐称量的差压补偿公式如下。0042 0043 0044 0045 W物料为料罐所装物料的重量0046 W测量为称量的测量值0047 W净重为料罐的自身净重0048 F浮力为料罐所受的浮力0049 F拉力为料罐所受弹簧的拉力说 明 书CN 101985669 A 4/5页60050 P差压为高炉炉内与料

15、罐之间的差压0051 d直径为料罐的波纹管直径0052 x为弹簧形变量0053 s为炉体膨胀的尺寸0054 并罐炉顶的料罐波纹管补偿器位于下密封阀的上方，称量补偿所取的压力为料罐内的压力。通过对并罐炉顶结构的分析，波纹管在生产过程中变形量很小，料罐差压称量可以不考虑波纹管的弹力。由于料罐在均压和放散过程中会有一个短暂的压力变化过程，会在罐内形成一股气流，所以在料罐均压和放散过程中，必须考虑波纹管的盲板力F盲板PS。在料罐均压过程中，波纹管的盲板力F盲板的方向向下；料罐放散过程中，波纹管的盲板力F盲板的方向向上。并罐称量的差压补偿公式如下：0055 0056 0057 W物料为料罐所装物料的重量

16、0058 W测量为称量的测量值0059 W净重为料罐的自身净重0060 F浮力为料罐所受的浮力0061 F拉力为料罐所受弹簧的拉力0062 F盲板为波纹管的盲板力0063 图2是本发明提供的称量补偿曲线修正示意图。水平轴为料罐压力，单位为Kpa；垂直轴为补偿重量，单位为Kg。补偿线段上的节点为记忆数据库里相应的数据值。0064 本发明监测的数据包括料罐的压力、料罐的重量、炉内的压力和槽下称重测量的数据，通过对比料罐充压前后的重量及槽下称重测量的数据，并根据差值对称量差压补偿系数进行周期性的校正。0065 下面对本发明提供的炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法进行详细描述：0066 由于高炉炉顶的环

17、境十分恶劣，影响称量测量的因素很多，在实际运用过程中，差压补偿系数k值会随着炉顶的环境及料罐的工作现况发现一定的漂移，所以单一的采用线性补偿方式是无法保证炉顶称量的准确性和稳定性。针对差压补偿系数k值漂移的情况，可以采用了周期记忆性的方法对差压补偿系数k值进行分段校正。0067 本发明提供的炉顶料罐称重差压补偿自修正方法，分串罐、并罐称量的两种情况，如图3所示，具体实施步骤如下：0068 第一步，确定理想状态的称重差压补偿系数。0069 确定理想状态下的称重差压补偿系数有两种方法。一种是通过计算波纹管截面积来确定补偿系数k(d/2)2，d为波纹管的直径；另一种测量出在炉顶正常操作时所能达到的最

18、大压力Pmax状况下称量补偿的重量W补偿，来间接计算出补偿系数kW补偿/Pmax。0070 第二步，监测实际重量值与补偿后的重量值之间的差值来确认称重补偿值说 明 书CN 101985669 A 5/5页70071 由于串罐和并罐在结构上存在差异，所以监测方案也有所不同，需分开进行叙述：0072 1、串罐：在整个装料和布料过程中，串罐炉顶的称量值一直处于补偿状态下，无法根据料罐自身的称量测量值来计算称重补偿前后的差值，必须借助槽下称量测量系统。0073 W补偿-iABS(W槽下-i-W炉顶-i)0074 W槽下-i为第i次布料状况下的槽下称量测量值0075 W炉顶-i为第i次布料状况下的炉顶称

19、量测量值0076 其中，ABS代表取绝对值。0077 2、并罐：并罐称量只在料罐进行均压以后才进行称量差压补偿，所以可以利用料罐均压前后的重量值进行比较来计算称重补偿前后的差值。0078 W补偿-iABS(W均匀前-i-W均压后-i)0079 W均压前-i为第i次布料状况下的均压前的称量测量值0080 W均压后-i为第i次布料状况下的均压后的称量测量值0081 根据当时Pi压力测量值的大小，将称重补偿值保存到记忆数据库里。0082 其中，ABS代表取绝对值。0083 第三步，根据称重差值来校正补偿值0084 线性补偿系数k值记忆性校正公式如下：0085 0086 Pi为第i次布料状况下的压力测

20、量值0087 Pi-1、Pi+1为在记忆数据库里找到的临近Pi的前后两个压力点0088 W补偿(i-1)、W补偿(i-1)为对应的称量补偿值。0089 记忆性校正方法可以将炉顶称量实际补偿曲线无限趋近的方式描绘出来，并根据实时测量的数据进行校正，从而解决了线性补偿系数k值漂移的问题。炉顶称量差压补偿系统采用记忆性校正方法以后，称量测量的准确性和稳定性得到了明显地调高。0090 以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。说 明 书CN 101985669 A 1/2页8图1图2说 明 书 附 图CN 101985669 A 2/2页9图3说 明 书 附 图