一种高炉炉顶称量罐的称量装置及方法 【技术领域】
本发明涉及钢铁行业领域，特别涉及一种高炉炉顶称量罐的称量装置及方法。
背景技术
参见图1，图1是炼铁高炉无料钟炉顶工艺简图，料通过上料皮带10进入上料罐11，上料罐11通过上密阀21的开启进入称量罐15(称量罐开始受料)，称量罐15受料完毕后，下密阀18开启，料通过布料溜槽19开始布料。
以上的布料过程中，称量罐中的料重是一个重要的数据，料重关系到布料溜槽的如何进行控制的问题，所以整个布料过程中，必须随时掌握称量罐中的料重，这样才能掌控布料过程。为了能及时的获得称量罐中的料重，就需要对称量罐中的料进行称量，而由于炉顶20内具有压力，所以会对称量罐产生托举力，所以在对称量罐进行称量时，该托举力也要考虑进去。图1中显示了当前使用的称量装置，压力检测器16安装在高炉炉顶20，通过4-20mA信号方式传送给高炉的数据处理模块，作重量补偿控制用；三个重量传感器14以120°(串罐)均等角度方式安装在称量罐15上，传感器14输出电压信号(mV)至数据处理模块作重量分析处理用；数据处理模块接受到所述的电压信号和电流信号后，进行数据分析处理，根据炉顶压力变化，对称量并计算出来的料重值进行线性补偿，参见图2，图2为补偿量和炉顶压力的线性补偿关系简图。
上述的称量装置及方法存在以下几个缺点：
1、炉顶压力变化对称量罐重量影响在整个过程中是成非线性关系的，而上述的方案是采用一段式线性关系进行补偿，这造成称量值偏差过大，布料溜槽不能实现精确角度控制；
2、重量传感器输出信号为电压(mV)信号，但是现高炉炉顶重量传感器传送距离一般都超过250米，造成信号衰减，抗干扰能力差；
3、不能消除称量罐在均压、排压时料重的变化量。
【发明内容】
针对目前的高炉炉顶称量罐的称量装置及方法存在的称量值偏差过大等缺陷，本发明提供的一种高炉炉顶称量罐的称量装置及方法，可以分段式进行压力补偿，其称量值更加准确。
为实现上述目的，本发明提供一种高炉炉顶称量罐的称量方法，包括：
1.1、将压力检测器安装在高炉炉顶，获得炉顶压力数据；
1.2、将重量传感器安装在所述称量罐上，获得相应的重量数据；
1.3、获得炉顶系统各阀门的开闭信号，结合所述步骤1.2得出相应的称量数据；
1.4、将所述炉顶压力数据范围分为若干段，在每一段炉顶压力范围内，建立称量补偿与炉顶压力数据的线性关系，获得每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据；
1.5、根据所述每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据以及获得的称量数据，获得每一段炉顶压力范围内的补偿后称量数据。
所述步骤1.4所述的称量补偿与炉顶压力数据的线性关系为：称量补偿＝K*p，
其中，p为炉顶压力，
K为补偿系数，将炉顶压力范围分为6个阶段，每个阶段K分别取不同的值：
0-0.5kg，取K1；0.5-1kg，取K2；1-1.5kg，取K3；1.5-2kg，取K4；2-2.5kg，取K5；2.5-3kg，取K6。
所述步骤1.3包括以下步骤：
1.3.1、称量罐准备受料前，称量称量罐以获得称量罐重量数据；
1.3.2、称量罐受料结束后，称量称量罐，并结合步骤1.3.1所述的称量罐重量数据获得料重值并存储；
1.3.2、在均压状态下，称量称量罐以获得称量罐毛重量数据并存储；
1.3.3、开始布料后，称量称量罐以获得称量罐实时毛重量数据，比较步骤1.3.2存储的称量罐毛重量和本步骤所述的称量罐实时毛重量，获得实际布料的重量；
1.3.4、比较步骤1.3.1存储的料重值和步骤1.3.3所述的实际布料重量，获得剩余在称量罐内的料重值。
所述步骤1.2中安装在所述称量罐上的重量传感器输出电压信号，其特征在于，所述重量传感器输出端连接电压变换器，所述电压变换器将所述电压信号转换为电流信号输送至所述数数据处理单元进行数据处理。
另一方面，本发明还提供一种高炉炉顶称量罐的称量装置，包括：
炉顶压力检测单元，安装在炉顶上，包括压力检测器，其输出端输出炉顶压力信号；
称量罐重量检测单元，安装在所述称量罐上，包括重量传感器，输出重量信号；
炉顶状态信号单元，连接炉顶系统的各阀门，输出各阀门的开闭信号；
数据处理单元，包括依次连接的称量数据模块和压力补偿模块，称量数据模块连接所述称量罐重量检测单元以及炉顶状态信号单元，输出称量数据，压力补偿模块连接炉顶压力检测单元，所述压力补偿模块将所述炉顶压力数据范围分为若干段，在每一段炉顶压力范围内，通过建立称量补偿与炉顶压力数据的线性关系以输出每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据和补偿后称量数据。
所述压力补偿模块建立的线性关系为：称量补偿＝K*p，
其中，p为炉顶压力，
K为补偿系数，将炉顶压力范围分为6个阶段，每个阶段K分别取不同的值：
0-0.5kg，取K1；0.5-1kg，取K2；1-1.5kg，取K3；1.5-2kg，取K4；2-2.5kg，取K5；2.5-3kg，取K6。
所述称量罐重量检测单元的重量传感器输出端连接电压变换器，所述电压变换器输出端连接所述数据处理单元。
采用本发明所述的一种高炉炉顶称量罐的称量装置及方法，其将所述炉顶压力数据范围分为若干段，在每一段炉顶压力范围内，建立称量补偿与炉顶压力数据的线性关系，获得每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据，通过分段压力补偿，符合高炉从常压状态到高压状态过程中对称量料罐产生的非线性的变化量，从而获得更准确的料重净值。另外对称量罐进行称量地重量传感器的输出端连接电压变换器，电压变换器可将重量传感器输出的电压信号转换为电流信号，使得信号传送距离增加，抗干扰能力增强。最后其采用了全流程逻辑控制称量技术，能得到非常准确的料重净值及其料重的变化量，解决了零漂问题，消除了均、排压状态下称量值的波动。
【附图说明】
图1是高炉炉顶工艺简图；
图2是目前的称量技术中补偿量和炉顶压力的线性关系简图；
图3是本发明所述的称量方法；
图4是本发明所述的称量装置；
图5是本发明所述的补偿量和炉顶压力的线性关系简图；
图6是本发明中称量值在受料和布料时的变化简图；
图7是本发明在称量过程中的控制流程图；
图8是本发明一实施例的电气原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
首先结合图1说明一下整个工艺过程的各种压力状态：
1、高炉冶炼原料(焦炭和矿石)通过上料皮带10对上料罐11进行装料，上料罐11为空状态。
2、上料罐11对称量罐15进行装料，设备状态为：称量罐15为空、上密阀21打开、排压阀12打开、均压阀13关闭、料流阀17关闭、下密阀18关闭，此装料过程称量罐15为常压状态。
3、安装在称量罐15的重量传感器14(3个)将重量信号传送到数据处理模块，在炉顶布料时作布料溜槽10角度控制用，即重量方式布料。
4、称量罐15对高炉进行装料，设备状态为：上密阀21关闭、排压阀12关闭、均压阀13打开、料流阀17开至设定角度、下密阀18打开，通过称量罐内的料重量的变化对布料溜槽19进行下倾角度的控制，此装料过程称量罐15为高压状态。
5、安装在高炉炉顶的压力检测器16将炉顶的压力信号传送给数据处理模块，分析处理炉顶压力对称量罐重量变化量，得到准确的重量值，实现对布料溜槽角度精确控制；
6、高炉在冶炼过程中，由于大高炉顶压力在2.6KG左右，不管称量罐在常压状态，还是在高压状态下，都要对称量罐产生一定量的托力，称量罐内的料重值就会变小，此托力的大小取决于下密阀18面积和炉顶的压力的大小，称量罐因机械结构的连接，在均排压过程中，也会影响称量值。
参见图3，本发明所述的一种高炉炉顶称量罐的称量方法，包括以下步骤：
101、在高炉炉顶设置压力检测器。
压力检测器安装在高炉炉顶，通过4-20mA信号方式传送给数据处理模块，作重量补偿控制用；
102、在称量罐设置重量传感器。
三个重量传感器以120°(串罐)均等角度方式安装在称量罐上，传感器输出的信号为电压(mV)信号至电压变换器；电压变换器，将重量传感器感器输出的电压(mV)信号转变成4-20mA，给数据处理模块作重量分析处理用。
103、获取炉顶系统各阀门的开闭信号，得到称量数据。
高炉炉顶各阀门状态信号，其中有上密阀、排压阀、均压阀、料流阀、下密阀、排压OK、均压OK，如(图1)所示，此信号给数据处理模块分析判断用。结合上述阀门的开闭信息，以确定称量罐的状态，从而进行称量，包括以下步骤：
1.3.1、称量罐准备受料前，称量称量罐以获得称量罐重量数据；
1.3.2、称量罐受料结束后，称量称量罐，并结合步骤1.3.1所述的称量罐重量数据获得料重值并存储；
1.3.2、在均压状态下，称量称量罐以获得称量罐毛重量数据并存储；
1.3.3、开始布料后，称量称量罐以获得称量罐实时毛重量数据，比较步骤1.3.2存储的称量罐毛重量和本步骤所述的称量罐实时毛重量，获得实际布料的重量；
1.3.4、比较步骤1.3.1存储的料重值和步骤1.3.3所述的实际布料重量，获得剩余在称量罐内的料重值
104、获得分段式称量补偿数据。
高炉炉顶压力从常压到正常生产压力(2.6Kg)过程中，压力与炉顶称量料罐重量的变化量为非线性，为了得到准确的补偿量，采用非线性关系进行补偿，将0-3KG范围内分6段，每一小段认为是线性关系。采用分段补偿，可以提高全过程补偿精度。
每一小段上建立的线性关系为：称量补偿＝K*p，
其中，p为炉顶压力，
K为补偿系数，将炉顶压力范围分为6个阶段，每个阶段K分别取不同的值：
0-0.5kg，取K1；0.5-1kg，取K2；1-1.5kg，取K3；1.5-2kg，取K4；2-2.5kg，取K5；2.5-3kg，取K6。K1-K6的设定在操作界面是开放的，用户可以按不同的高炉炉顶压力对称量料罐的影响大小来设定最理想的补偿系数。参见图5，图5表示出了其线性关系。
105、输出补偿后称量数据。
上述步骤得到称量补偿后，再将根据所述每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据以及获得的称量数据，获得每一段炉顶压力范围内的补偿后称量数据，将该称量数据转换成BCD码或4-20mA模拟量信号传输至高炉炉顶系统的布料溜槽进行下倾角度的控制。
参见图6，图6是本发明中称量值在受料和布料时的变化简图，图6中各参数的含义：
G1：常压状态下称量料罐空，准备受入料，即称量料罐皮重值，料重值为零；
G2：常压状态下称量料罐受料完毕，即皮重M1+料重值M2；
G3：高压状态下称量料罐均压后的皮重+料重值；
G4：高压状态下称量料罐布料结束后的空量值；
M1：常压状态下称量料罐皮重值；
M2：常压状态下称量料罐内的料重值；
M3：高压状态下称量料罐内的料重值；
参见图7，图7中的控制流程需要结合图6和图1来理解：
零规正复位：称量料罐在常压状态下时料罐无料，进行零规正复位，初始状态为手动零规正复位，此后为自动零规正复位，数据处理模块输出锁定为0吨(4mA)。
受料前准备：
现场状态：排压阀12开、排压OK、上密阀21关到位P；
读皮重量G1(皮重为料罐本身的重量，下文同)→寄存器(H0001)G＝0(G为称量料罐内净重值并以4mA输出)；
准备受料：
现场状态：排压阀12开、排压OK、上密阀21开，
上密阀21开到位延时2秒判断皮重值，开放输出重量，读皮重量G1→寄存器(H0001)，读取炉顶压力p→寄存器(P0001)，
G＝g-(H0001)+K(p-(P0001))，
g：为重量过程量，p：为炉顶压力过程量；
受料中：
现场状态：排压阀12开、排压OK、上密阀21开，
G＝g-(H0001)+K(p-(P0001))，输出G值，
g：为重量过程量，p：为炉顶压力过程量；
受料完：
现场状态：排压阀12开、排压OK、上密阀21关；
读重量G2；
G＝G2-(H0001)+K(p-P1)，将G→寄存器(H0002)；
锁定寄存器(H0002)的值作为称量料罐的净重量，并输出和显示；
均压中：
现场状态：排压阀12关、均压OK、上密阀21关、均压阀13开；
输出和显示重量(H0002)的值；
布料前：
现场状态：均压阀13开、均压OK、下密阀18开、料流阀17关
读重量G3→寄存器(H0003)；
G＝(H0002)-((H0003)-g)+K(p-P1)；
开放输出G值并显示；
布料中：
现场状态：均压阀13开、均压OK、下密阀18开、料流阀17开；
G＝(H0002)-((H0003)-g)+K(p-P1)；
输出和显示G值；
布料结束：
现场状态：均压阀13开、均压OK、下密阀18闭、料流阀17闭；
G＝0；
输出4mA，锁定G值；
排压中：
现场状态：均压阀13闭、下密18闭、料流阀17闭、排压阀12开、上密阀21闭；
读皮重量G1→寄存器(H0001) G＝0(G为称量料罐内净重值并以4mA输出)。
参见图8，图8是本发明一实施例的电气原理图，其通过集成的方式实现本发明所述的称量方法的各种功能和目的，其包括称量传感器处理模块、炉顶压力检测模块以及炉顶布料控制模块。
参见图4，图4是一种高炉炉顶称量罐的称量装置原理简图50，包括：
炉顶压力检测单元51，包括压力检测器，其输出端输出炉顶压力信号；
称量罐重量检测单元52，安装在所述称量罐上，包括重量传感器，输出相应的称量数据，其连接电压变换器53，电压变换器将电压信号转换为电流信号传输至数据处理单元55的称量数据模块551.
炉顶状态信号单元54，连接炉顶系统的各阀门，输出各阀门的开闭信号。
数据处理单元55，连接所述炉顶压力检测单元54和称量罐重量检测单元52，包括依次连接的称量数据模块551和压力补偿模块552，称量数据模块551连接所述称量罐重量检测单元52以及炉顶状态信号单元54，输出称量数据，压力补偿模块552连接炉顶压力检测单元51，所述压力补偿模块552将所述炉顶压力数据范围分为若干段，在每一段炉顶压力范围内，通过建立称量补偿与炉顶压力数据的线性关系以输出每一段炉顶压力范围内的称量补偿数据和补偿后称量数据。
需要指出的是，所述一种高炉炉顶称量罐的称量装置与上述的一种高炉炉顶称量罐的称量方法在原理和实现的方法方面是相同或类似的，故相关的细节可参照上述的一种高炉炉顶称量罐的称量方法的相关内容。
另外，本发明还具有对称量料罐皮重进行异常分析处理的功能，下列几种情况会使称量料罐的重量发生变化，
◇称量料罐内部积料，皮重量渐渐增大；
◇称量机工作异常，重量信号信差过大；
◇称量料罐内部衬板脱落，皮重量减小。
当炉内的压力常压时，若炉顶称量料罐的重量为设计重量135吨，以135吨为基准，设定偏差值(10吨)。高炉在正常生产时，炉内存在一定的压力，上面已分析了炉顶压力与补正量的关系：
GB＝g+K*p
判断图6中的A点-B点过程中，读取G1量的变化情况，如果超出设定的范围，则认为称量料罐的皮重发生异常。
读取G1，G1＝g+K*p≥145吨
或G1＝g+K*p≤125吨
发出皮重已超重故障，炉顶禁止上料，生产操作人员必须确认称量料罐是否有异常情况，设备人员必须确认称量机是否有异常情况，保证称量料罐不重复上料。
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，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。