一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法技术

本发明专利技术涉及一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，所述测量方法包括以下步骤一：建立起包含转炉倾动电动机、减速机、炉体三者之间的动力学关系，并以方程形式体现；步骤二、依据所建立的方程推导出空炉重心位置和质量的测量方法；测量方法在炼钢过程中倒渣后的空炉阶段进行，通过自动操控空炉的归位、在特定的炉体倾角区段进行匀速运行和加速运行等实验来实现。本发明专利技术提出空炉的重心和质量测量方法可实现在线测量，实时感知炉衬状态，实时感知炉衬状态变化的趋势。空炉的重心和质量的在线测量不仅有利于及时把控转炉炼钢运行状态和提高转炉倾动操作控制水平，使炼钢转炉设备安全高效地运行，而且能为实现智能炼钢提供数据保障。数据保障。

【技术实现步骤摘要】
一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法


[0001]本专利技术涉及一种测量方法，具体涉及一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，属于冶金行业转炉炉体监测


技术介绍

[0002]转炉炼钢是钢铁企业的关键装备，监控炉衬状态对于保证炼钢生产安全和产品质量具有重要意义。转炉的炉衬在炼钢过程中会被侵蚀，由于各厂的工艺操作水平及炉衬维护制度有所差异，在实际的生产过程中，炉役后期炉底耐材的侵蚀情况存在较大差别，炉底耐材既有被侵蚀的情况，又有厚度不变的情况，还有炉底上涨的异常情况。由于炉衬侵蚀、炉底上涨、炉口结渣等情况均会导致炉体的重心变化。空炉的重心和质量是炉衬状态的反映，其变化即可衡量炉衬化情况，也与转炉倾动力矩密切相关。目前对于炉衬状态，一般是在停炉或生产间歇情况下进行的，对生产组织和效率有直接的不良影响。炉衬状态的实时变化趋势更加难以掌握。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术正是针对现有技术中存在的问题，提供一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，该技术方案采用物理动力学知识与控制手段相结合的方式在转炉炼钢的空炉阶段对其重心和质量实施在线测量。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤一：建立起包含转炉倾动电动机、减速机、炉体三者之间的动力学关系，并以方程形式体现；
[0005]步骤二、依据所建立的方程推导出空炉重心位置和质量的测量方法；测量方法在炼钢过程中倒渣后的空炉阶段进行，通过自动操控空炉的归位、在特定的炉体倾角区段进行匀速运行和加速运行等实验来实现。
[0006]作为本专利技术的一种改进，所述步骤一中，转炉倾动电动机、减速机、炉体三者之间的动力学关系方程形式如下：
[0007][0008]式(1)中，M
T
为电机输出力矩(N.m)；dω/dt为转炉角加速度；I0为电机及减速机转动惯量(kg.m2)；M
m
为减速机摩擦损耗和炉耳摩擦损耗等效的阻力矩(N.m)；m为空炉质量，即炉壳和炉衬的总质量(kg)；r为空炉质心与耳轴中心的距离(m)；g为重力加速度；α为转炉倾动角度(
°
)；θ0为空炉质心对耳轴中心的初始夹角(
°
)。
[0009]式(1)中的M为空炉质心形成的力矩，M会随电机转向变化而发生数值符号改变，即若电机正转时其为正值，反转时其为负值；
[0010]利用式(1)进行空炉重心位置及重量测量，使式(1)中的部分变量可预知或可准确
测量，这些变量包括：
[0011]电机及减速机转动惯量I0，转炉倾动角度α，转炉角速度ω，转炉角加速度dω/dt，M
T
为电机输出力矩M
T
；
[0012]在确知这些变量基础上，可依据以下步骤间接测量出空炉的重心位置(θ0，r)和质量。
[0013]作为本专利技术的一种改进，所述步骤二依据所建立的方程推导出空炉重心位置和质量的测量方法，具体如下：
[0014]步骤1：测量空炉质心对耳轴中心的初始夹角θ0；
[0015]在空转炉回归炉口向上的位置后，打开抱闸，若空炉重心与耳轴中心连线不在垂直向位置，炉体会转动，直到停滞到空炉重心与耳轴中心连线垂直向下的位置，记录的α角即为θ0测量值。
[0016]步骤2：依据测得的M
T
、α，间接测量出总摩擦力矩M
m
；
[0017]在测量M
m
时，需要避免在某一倾角点受偶然因素干扰对M
m
测量值准确度的影响，我们选择在α的一个区域(α1‑
α2)范围，对M
m
连续测量，并将这一区间所有测量数据取平均值作为最终M
m
测量值，具体做法如下：
[0018]在α的(α1‑
α2)区间匀转速((dω/dt)＝0,)往返运行，测得对应α角的电机输出转矩M
T
，其中，在转炉倾角α情况下，正转时的转矩M
Tz
(α)，反转时的转矩M
Tf
(α)，将(dω/dt)＝0代入式(1)，得：
[0019]M
T
＝
±
mgrsin(α+θ0)+M
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]将M
Tz
(α)和M
Tf
(α)代入(2)得：
[0021][0022]将式(3)中的2式相加，整理后得：
[0023]M
m
(α)＝(M
Tz
(α)+M
Tf
(α))/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]M
m
(α)是在转炉倾角α位置的阻力矩，需在(α1‑
α2)区间进行均值滤波，具体公式如下：
[0025][0026]步骤3：依据测得的M
T
、α，求出mr；
[0027]由式(3)可导出：
[0028]mr(α)＝(M
Tz
(α)
‑
M
Tf
(α))/(2gsin(α+θ0))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0029]步骤4：依据测得的M
m
、M
T
、α、dω/dt，间接测量出空炉转动惯量mr2；
[0030]在α的(α1‑
α2)区间匀加速转速运行，测得对应α角的空炉转动惯量mr2，为实现这一目标，对电机转矩进行精确控制，设定M
T
＝M(α)+M*，其中，M*为恒定值，将设定的M
T
代入式(1)，可推导出
[0031]mr2(α)＝(M
*
‑
M
m
)/(dω/dt)
‑
I0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0032]步骤5：求转炉重心到炉耳中心距离r；
[0033]式(7)除以式(6)，得
[0034]r(α)＝2mr2(α)/mr(α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0035]对式(8)进行均值滤波：
[0036][0037]步骤6：求转炉重量m；
[0038]将式(6)两端取平方运算，再与式(7)相除，得
[0039]m(α)＝(mr(α))2/mr2(α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤一：建立起包含转炉倾动电动机、减速机、炉体三者之间的动力学关系，并以方程形式体现；步骤二、依据所建立的方程推导出空炉重心位置和质量的测量方法；测量方法在炼钢过程中倒渣后的空炉阶段进行，通过自动操控空炉的归位、在特定的炉体倾角区段进行匀速运行和加速运行等实验来实现。2.根据权利要求1所述的一种转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，其特征在于，所述步骤一中，转炉倾动电动机、减速机、炉体三者之间的动力学关系方程形式如下：式(1)中，M
T
为电机输出力矩(N.m)；dω/dt为转炉角加速度；I0为电机及减速机转动惯量(kg.m2)；M
m
为减速机摩擦损耗和炉耳摩擦损耗等效的阻力矩(N.m)；m为空炉质量，即炉壳和炉衬的总质量(kg)；r为空炉质心与耳轴中心的距离(m)；g为重力加速度；α为转炉倾动角度(
°
)；θ0为空炉质心对耳轴中心的初始夹角(
°
)；式(1)中的M为空炉质心形成的力矩，M会随电机转向变化而发生数值符号改变，即若电机正转时其为正值，反转时其为负值；利用式(1)进行空炉重心位置及重量测量，使式(1)中的部分变量可预知或可准确测量，这些变量包括：电机及减速机转动惯量I0，转炉倾动角度α，转炉角速度ω，转炉角加速度dω/dt，M
T
为电机输出力矩M
T
；在确知这些变量基础上，可依据以下步骤间接测量出空炉的重心位置(θ0，r)和质量。3.根据权利要求1所述的转炉空炉重心位置及质量的在线测量方法，其特征在于，所述步骤二依据所建立的方程推导出空炉重心位置和质量的测量方法，具体如下：步骤1：测量空炉质心对耳轴中心的初始夹角θ0；在空转炉回归炉口向上的位置后，打开抱闸，若空炉重心与耳轴中心连线不在垂直向位置，炉体会转动，直到停滞到空炉重心与耳轴中心连线垂直向下的位置，记录的α角即为θ0测量值；步骤2：依据测得的M
T
、α，间接测量出总摩擦力矩M
m
；在测量M
m
时，需要避免在某一倾角点受偶然因素干扰对M
m
测量值准确度的影响，我们选择在α的一个区域(α1‑
α2)范围，对M
m
连续测量，并将这一区间所有测量数据取平均值作为最终M
m
测量值，具体做法如下：在α的(α1‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶刚，
申请(专利权)人：上海梅山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：