应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法及系统与流程

1.本发明属于精炼炉领域，具体涉及应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法及系统。


背景技术：

2.碳元素与钢铁的性能有着密不可分的关系，精炼生产时只有在特定的阶段向钢液投入重量精确的碳粉，才能生产出质量稳定的钢材。当前我国钢铁产业处于高质量转型阶段，精炼炉对碳料仓设备的精度有了更高的要求。
3.目前精炼炉生产过程中向钢液添加碳粉主要为人工投料和振动给料机投料，这两种方式都有明显缺点：人工投料危险性极高且投入钢液的碳粉重量误差极大；振动给料机包含碳料仓、下料阀门、称重系统、振打系统等机构，由于多环节误差累计导致投入钢液的碳粉重量误差极大，且结构复杂、电信号多、故障点多。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法及系统，以克服上述技术缺陷。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法，包括以下步骤：
6.获取钢水所需碳粉量；
7.发送所需碳粉量至控制器；
8.根据所需碳粉量，控制器计算并发送旋转角度至给料旋转机构；
9.给料旋转机构转动所需旋转角度；
10.给料旋转机构按照所需碳粉量投加碳粉落入钢水。
11.在执行获取钢水所需碳粉量之前，还包括以下步骤：
12.在投料位安装用于采集钢水位置的位置传感器；
13.在碳粉仓安装用于采集碳粉料位的料位计；
14.根据钢水位置数据和碳粉料位数据，判断钢水是否在投料位且碳粉仓是否有料；
15.若是，则启动给料旋转机构。
16.沿粉料流动方向，碳粉仓依次分为储料段、给料旋转机构、下料段，其中料位计安装于进料段，给料旋转机构至少包括若干个均匀分布且容积相同的旋转给料仓格，下料段至少包括下料溜管，下料溜管的出料口正对投料位；
17.其中给料旋转机构的驱动方式为步进电机。
18.根据所需碳粉量，控制器计算并发送旋转角度至给料旋转机构，给料旋转机构转动所需旋转角度，具体包括：
19.在控制器内预先存储若干组碳粉量数据、若干组旋转给料仓格的预设旋转格数；
20.每组碳粉量数据对应于每组预设旋转格数的旋转给料仓格内的碳粉重量；
21.在接收到钢水所需碳粉量数据后，所述控制器输出脉冲信号给运动控制模块，运动控制模块向步进电机发出对应脉冲信号，步进电机则转动对应步距角，步进电机按照步距角驱动所述旋转给料仓格转动对应的预设旋转格数。
22.给料旋转机构按照所需碳粉量投加碳粉落入钢水，具体包括：
23.给料旋转机构在转动对应格数的旋转给料仓格后停止；
24.对应格数的旋转给料仓格内的碳粉落入下料溜管；
25.下料溜管内的碳粉依靠自身重力全部落入钢水。
26.本发明还提供了应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料系统，包括：
27.控制器，用于获取钢水所需碳粉量、计算并发送旋转角度至给料旋转机构；
28.运动控制模块，用于控制给料旋转机构转动至所需旋转角度；
29.给料旋转机构，用于向钢水定量投加碳粉。
30.控制器至少包括数据接口模块、数据运算模块、数据采集模块、数据判断模块、数据存储模块，其中：
31.数据接口模块，用于接收上级设备下发的加料命令、钢水所需碳粉量，并向上级设备反馈运行状态信号；
32.数据运算模块，用于计算步进电机需要旋转的步距角；
33.数据采集模块，用于采集钢水位置、采集碳粉料位；
34.数据判断模块，用于判断钢水是否在投料位且碳粉仓是否有料；
35.数据存储模块，用于存储碳粉量数据、旋转给料仓格的预设旋转格数以及步进电机的步距角。
36.本发明的有益效果如下：
37.通过步进电机结合控制器，可以在无称重传感器的情况下高精度的为精炼炉中的钢液加入碳粉；相比传统精炼炉生产过程中向钢液添加碳粉的方式，本技术减少了人工参与，投料过程安全可靠，投入钢液的碳粉重量精度极高，设备结构合理，故障点少，控制方法简单高效。
38.为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
39.图1是第一实施方式的加料方法流程图；
40.图2是第二实施方式的加料方法流程图；
41.图3是给料旋转机构的结构示意图(图中箭头为旋转方向)；
42.图4是应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料系统的示意图。
43.附图标记说明：
44.1.步进电机；2.旋转给料仓格；3.料仓罩；4.挡板；5.料位计；6.控制器；7.数据接口模块；8.数据运算模块；9.运动控制模块；10.下料溜管；11.位置传感器；12.数据采集模块；13.数据判断模块；14.数据存储模块。
具体实施方式
45.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
46.需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的用于大径宽比带卷径向上卸卷的防倾翻装置的上、下、左、右。
47.现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
48.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
49.第一实施方式：
50.本实施方式涉及应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法，如图1所示，包括以下步骤：
51.101.获取钢水所需碳粉量；
52.102.发送所需碳粉量至控制器；
53.103.根据所需碳粉量，控制器计算并发送旋转角度至给料旋转机构；
54.104.给料旋转机构转动所需旋转角度；
55.105.给料旋转机构按照所需碳粉量投加碳粉落入钢水。
56.具体地说，向钢液中添加的碳粉重量，与钢包内的钢种、温度、成分等等有关，在本实施例中，钢水所需碳粉量参考的是传统方式，也就是利用人工投料或振动给料机向钢液中添加碳粉量的方式，由于该方式是现有技术，本实施方式仅为利用该手段而不对其进行保护，在此不作赘述。
57.控制器6接收到钢水所需碳粉量后，计算出该碳粉量对应的旋转角度，并将旋转角度发送至给料旋转机构，给料旋转机构按照接收的旋转角度发生转动，将指定量的碳粉加入钢水中。
58.上述的指定量是指钢水所需碳粉量。
59.例如上级设备(如plc或工业l2控制系统)发出所需碳粉量p的命令，控制器6接收该命令，并计算出碳粉量p对应的旋转角度是n，此时控制器6命令给料旋转机构旋转n度，进而给料旋转机构精准地将碳粉量p投入钢水。
60.可以看出，在向钢水投加碳粉时，全程无需人工参与，安全、精确地向钢液添加碳粉。
61.第二实施方式：
62.本实施方式涉及应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料方法，参照图2，包括以下步骤：
63.100.在投料位安装用于采集钢水位置的位置传感器11，见图3；
64.在碳粉仓安装用于采集碳粉料位的料位计5，见图3；
65.根据钢水位置数据和碳粉料位数据，判断钢水是否在投料位且碳粉仓是否有料；
66.若是，则启动给料旋转机构。
67.101.获取钢水所需碳粉量；
68.102.发送所需碳粉量至控制器6；
69.103.根据所需碳粉量，控制器6计算并发送旋转角度至给料旋转机构；
70.104.给料旋转机构转动所需旋转角度；
71.105.给料旋转机构按照所需碳粉量投加碳粉落入钢水。
72.在执行步骤101前，需要先判断是否满足启动条件，只有当判断条件满足后，才可启动加料。
73.启动条件是指：
74.钢水在投料位，同时碳粉仓有料。
75.钢水是否在投料位，可以在投料位安装位置传感器11，利用位置传感器11采集钢水位置，此外可以预设投料位对应的钢水位置，当钢水位置到达投料位时，位置传感器11传输数据至控制器6。
76.与此同时，碳粉仓是否有料，可以在碳粉仓安装料位计5，利用料位计5采集碳粉料位，同样地，可以预设碳粉料位，当碳粉料位到达预设值时，料位计5传输数据至控制器6。
77.只有控制器6接收到钢水在投料位，同时碳粉仓有料的数据后，才可控制给料旋转机构连锁运行/启动，否则停止。
78.参照图3，沿粉料流动方向，也就是按照图3所示的自上至下的方向，碳粉仓依次分为储料段、给料旋转机构、下料段，其中料位计5安装于进料段，给料旋转机构至少包括若干个均匀分布且容积相同的旋转给料仓格2，下料段至少包括下料溜管10，下料溜管10的出料口正对投料位。
79.碳粉仓整体呈两端开口的中空管结构，其两端在留出加料口、出料口后其余部分均封闭，而中空管的结构不作限制，可以是图3所示的折弯状，也可以是其他形状，具体可以根据实际需要进行改进。
80.储料段呈管状，管口为加料口，料位计5被安装在该加料口，其作用是获得碳粉料位数据，在管内则安装有挡板4，挡板4是自管口向管内倾斜的，起到碳粉下落导向和刮平旋转给料仓格2上方碳粉的作用。
81.给料旋转机构的形式较多，可以市购，也可以改进现有结构，不作限制。
82.在本实施例中，选择了图3所示的结构，无论哪种给料旋转机构，其必须是料仓罩3封闭，由步进电机1驱动，随着步进电机1的旋转，给料旋转机构同步旋转，给料旋转机构内均匀分布着容积相同的旋转给料仓格2。
83.容积相同的旋转给料仓格2，结合料仓罩3和挡板4的导向实现刮平碳料，可保证向下料溜管10旋转方向的给料仓格内碳粉重量(体积)相同。
84.根据图3所示，储料段的下部出料口与旋转给料仓格2的相接处口径大约一致，以确保储料段内的碳粉料可以完全传递至旋转给料仓格2内，此外，图3示出了八个旋转给料仓格2，这八个旋转给料仓格2沿周向均匀间隔，可以保证位于水平线以上的四个旋转给料仓格2填满碳粉料，而其余四个旋转给料仓格2的碳粉料已全部倒入下料溜管10，即是空的，每个旋转给料仓格2的径向截面呈类扇形。
85.可以看出，图3所示的旋转给料仓格2的隔板并不是垂直于中心圆筒的，而是与中心圆筒的轴向中心线有夹角，且所有隔板朝向同一方向倾斜，即旋转方向的反方向，旋转方向为图3箭头所示，其目的是便于接收储料段的出料并便于向下料溜管10释放碳粉料。
86.上述关于旋转给料仓格2的形式仅为举例说明，并不限于此。
87.下料溜管10为倾斜设置，参见图3，其目的是使碳粉料可以依靠重力滑入钢水。
88.给料旋转机构的驱动方式为步进电机1，由于步进电机1的旋转角度与脉冲数成正比，电机的响应仅由数字输入脉冲决定，因此可以采用开环控制，使系统结构更简单，此外还利用步进电机没有积累误差的特点，可保证碳料仓系统为精炼炉中的钢液加入碳粉具有极高的精度。
89.选择步进电机1的原因是：
90.步进电机转矩大、响应快、精度高、无积累误差。
91.需要说明的是，本实施例选择步进电机1作为驱动部件，并不是唯一选择，也可以选择其他类型电机，对其他类型电机进行改进或增加相应功能的部件、信号等，只要能实现步进电机1的功能即可。
92.之所以要求旋转给料仓格2的容积相同，是为了定量投放碳粉，具体地说：
93.在控制器6内预先存储若干组碳粉量数据、若干组旋转给料仓格2的预设旋转格数；
94.每组碳粉量数据对应于每组预设旋转格数的旋转给料仓格2内的碳粉重量；
95.在接收到钢水所需碳粉量数据后，所述控制器输出脉冲信号给运动控制模块9，运动控制模块9向步进电机1发出对应脉冲数，步进电机1则转动对应步距角，步进电机1按照步距角驱动所述旋转给料仓格2转动对应的预设旋转格数，或者说运动控制模块9控制步进电机1按照步距角拖动给料旋转机构转动对应格数的旋转给料仓格2。
96.也就是说，旋转给料仓格2的预设旋转格数对应于步进电机1的步距角，步进电机1的步距角对应于运动控制模块9的脉冲信号，运动控制模块9的脉冲信号取决于控制器6，具体取决于所需碳粉量。
97.上述的运动控制模块9可以是步进驱动器。
98.即，碳粉量数据、预设旋转格数、步距角，三者是对应关系，以下列表说明：
[0099][0100]
在上表中，碳粉量xn、旋转给料仓格2的预设旋转格数yn、步进电机1需要旋转的步距角zn，三者是相互对应的，例如获取到上级设备下发的命令是向钢水内投加碳粉量x1，那么控制器6计算(调取)碳粉量x1对应的预设旋转格数yn、步距角zn，并将预设旋转格数yn、步距角zn发送给运动控制模块9，运动控制模块9则驱动步进电机1旋转步距角zn，拖动给料旋转机构则转动yn个旋转给料仓格2，即将yn个旋转给料仓格2内的碳粉加入钢水。
[0101]
上述给料旋转机构按照所需碳粉量投加碳粉落入钢水，具体包括：
[0102]
给料旋转机构在转动对应格数的旋转给料仓格2后停止；
[0103]
对应格数的旋转给料仓格2内的碳粉落入下料溜管10；
[0104]
下料溜管10内的碳粉依靠自身重力全部落入钢水。
[0105]
第三实施方式：
[0106]
本实施方式提供了应用于精炼炉的非称重式碳粉仓加料系统，参照图4，包括：
[0107]
控制器6，用于获取钢水所需碳粉量、计算并发送旋转角度至给料旋转机构；
[0108]
运动控制模块9，用于控制给料旋转机构转动至所需旋转角度；
[0109]
给料旋转机构，用于向钢水定量投加碳粉。
[0110]
具体地，控制器6至少包括数据接口模块7、数据运算模块8、数据采集模块12、数据判断模块13、数据存储模块14，其中：
[0111]
数据接口模块7，用于接收上级设备下发的加料命令、钢水所需碳粉量，并向上级设备反馈运行状态信号；
[0112]
数据运算模块8，用于计算步进电机1需要旋转的步距角(或脉冲数)；
[0113]
数据采集模块12，用于采集钢水位置、采集碳粉料位，其由位置传感器11和料位计5组成；
[0114]
数据判断模块13，用于判断钢水是否在投料位且碳粉仓是否有料；
[0115]
数据存储模块14，用于存储碳粉量数据、旋转给料仓格2的预设旋转格数以及步进电机1的步距角。
[0116]
以下是非称重式高精度加料系统的工作原理：
[0117]
数据采集模块12将采集到的钢水投料位数据、碳粉仓料位数据传输给数据判断模块13；
[0118]
当数据判断模块13判断钢水在投料位且碳粉仓有料，则传输启动信号至数据接口模块7；
[0119]
数据接口模块7获得上一级下达的加料开始命令和需加料重量数据；
[0120]
数据运算模块8计算出步进电机1需要旋转的步距角，将命令下达给运动控制模块9，运动控制模块9向步进电机1输出对应的脉冲信号，步进电机1拖动给料旋转机构转动所需的角度后停止，碳粉落入钢水，非称重式高精度碳料仓系统完成一次加料动作，控制器通过数据接口模块7向上一级给出(反馈)加料状态信号。
[0121]
加料系统在运行前的准备：
[0122]
控制器6、运动控制模块9和步进电机1初始化。
[0123]
非称重式碳粉仓加料系统的工作过程如下：
[0124]
控制器6采集料位信号、采集钢液位置信号作为开始工作条件，当判断条件满足后非称重式高精度碳料仓系统开始工作，控制器6从数据接口模块7获得上一级下达的加料开始命令和需加料重量数据，控制器6的数据运算模块8计算出步进电机1需要旋转的步距角，将命令下达给运动控制模块9，运动控制模块9向步进电机1输出对应的脉冲信号，步进电机1驱动料仓罩3中的给料旋转机构转动所需的角度，对应旋转给料仓格2向下料方向旋转，到达一定角度后碳粉依靠重力通过下料溜管10落入钢水，非称重式高精度碳料仓系统完成一次加料动作，控制器通过数据接口向上一级给出加料状态信号。
[0125]
需要说明的是，上述位置传感器11的主要作用是采集钢水位置，具体可以使用接近开关、红外或激光对射式传感器、机械式限位开关等。
[0126]
本发明提出的非称重式碳粉仓加料系统，可以在无称重传感器的情况下高精度的为精炼炉中的钢液加入碳粉，减少人工参与危险因素、降低了生产成本，为全自动化炼钢提供有力的支撑。
[0127]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。