炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法 技术领域 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 目前高炉普遍采用无料钟炉顶， 现代化的高炉为了提高冶炼效率， 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。
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。
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 针对上述存在的技术问题， 本发明的目的是提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。
为达到上述目的， 本发明采用如下的技术方案 ：
①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 2 面积来确定补偿系数 k ＝ π×(d/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 k ＝ W 补偿 / Pmax ；
②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 ；
③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-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。 所述步骤②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 -i ＝ ABS(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。
所述步骤②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 ：
W 补偿 -i ＝ ABS(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。
本发明是针对称量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 ： 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 ；
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 ；
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
图 1 是本发明提供的系统结构图。
图 2 是本发明提供的称量补偿曲线修正示意图。
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。 具体实施方式
首先对本发明涉及的原理进行分析 ：
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。
高炉在正常的生产状况下， 炉顶的压力一直处于 1.5 ～ 2.5 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来消 除压力的影响。
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。
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 Δx 成 正比的关系。
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 2 线性补偿系数为波纹管截面积 π×(d/2) 。
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。
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 Δs 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。
W 物料为料罐所装物料的重量 W 测量为称量的测量值 W 净重为料罐的自身净重 F 浮力为料罐所受的浮力 F 拉力为料罐所受弹簧的拉力P 差压为高炉炉内与料罐之间的差压
d 直径为料罐的波纹管直径
Δx 为弹簧形变量
Δs 为炉体膨胀的尺寸
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＝ P×S。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 ：
W 物料为料罐所装物料的重量
W 测量为称量的测量值
W 净重为料罐的自身净重
F 浮力为料罐所受的浮力
F 拉力为料罐所受弹簧的拉力
F 盲板为波纹管的盲板力
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。
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。
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 ：
由于高炉炉顶的环境十分恶劣， 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。
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 ：
第一步， 确定理想状态的称重差压补偿系数。
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 2 来确定补偿系数 k ＝ π×(d/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 k ＝ W 补偿 /Pmax。
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
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： 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。
W 补偿 -i ＝ ABS(W 槽下 -i-W 炉顶 -i)
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
其中， ABS 代表取绝对值。
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。
W 补偿 -i ＝ ABS(W 均匀前 -i-W 均压后 -i)
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。
其中， ABS 代表取绝对值。
第三步， 根据称重差值来校正补偿值 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-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。
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。
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。