專利名稱：操作熔煉冶金熔爐的方法及熔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及操作熔煉冶金熔爐，特別是電弧爐，的方法，在該熔煉 冶金熔爐的工作過程中，多個工作參數(shù)被保持在預(yù)定的范圍內(nèi)，如有必 要的話被保持在預(yù)定的時變的范圍內(nèi)，其中，為此使用控制裝置或調(diào)節(jié) 裝置。此外，本發(fā)明還涉及熔煉冶金熔爐，特別是電弧爐。
背景技術(shù)：
在一種前述類型的熔煉冶金熔爐中，借助電能將廢金屬熔化。該過 程是煉鋼生產(chǎn)過程中的組成部分。在此，在大多數(shù)情況下，存在有介于 電極端頭和熔煉爐料之間燃燒的多個電弧，所述電弧以熱能的形式提供 熔煉過程所必需的熱量。
為了使煉鋼生產(chǎn)高效節(jié)能，必須優(yōu)化調(diào)節(jié)材料流和能量流。為此， 已公開了控制或調(diào)節(jié)前文所述的熔爐的控制裝置和調(diào)節(jié)裝置。比如，在
WO 02/28146 A1，DE 197 11 453 A1,EP 0 036 122B1,DE 44 15 727 Al, WO 02/063927以及WO 99/23264等專利文獻中對此進行了描述。
為了實現(xiàn)在能量需求和生產(chǎn)率方面高效的熔爐工作方式，可以在熔 煉過程中面向過程地預(yù)定以下調(diào)節(jié)參數(shù)
-各個電弧的電流強度以及(三相)相電壓和直流電壓；
_才厄流圏電4元；
-各個燃燒器的天然氣和氧氣的體積流量；
-為后燃燒所輸入的氧氣的體積流量；
-用于生成泡沫渣的各個噴射器的氧氣體積流量和細煤流量；
-被直接還原的鐵的輸送速率；
-被連續(xù)添加的廢料的輸送速率；
4-液態(tài)生鐵的輸送速率。
如今，在大多數(shù)情況下，那些數(shù)值的設(shè)定是根據(jù)從熔煉開始起的時 間或者從能量被輸入起的時間以控制的形式來進行的。由于其僅能有條 件地應(yīng)對所述的過程，因而需要進行手動干預(yù)或者一般的手動設(shè)定。
此外，存在多種根據(jù)過程狀態(tài)調(diào)整個別前述調(diào)節(jié)參數(shù)的方法。在此， 對過程狀態(tài)的描述還可通過完全不同的冷卻水的溫度、熔爐的聲發(fā)射、 廢氣成分以及諸如電流畸變因數(shù)等的不同的電氣特征值來進行。附屬的 調(diào)節(jié)器以傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器的形式構(gòu)成為特性曲線調(diào)節(jié)器或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn) 有的調(diào)節(jié)器的典型特征在于，其各個調(diào)節(jié)任務(wù)是被孤立地看待的。因此，
各個用戶界面(HMI)相應(yīng)特定地和不統(tǒng)一地被執(zhí)行。另外，已知調(diào)節(jié)
方法中的參數(shù)調(diào)節(jié)需要淵博的調(diào)節(jié)技術(shù)方面的知識。這極大地加大了工 作優(yōu)化的難度。鑒于長期的，例如由廢料質(zhì)量或生產(chǎn)的多樣性等造成的 過程波動，更高效的煉鋼生產(chǎn)正需要進行這樣的優(yōu)化。
在已知的控制裝置或調(diào)節(jié)裝置中，由于僅給出了成套設(shè)備的較小透 明度，因而是不利的。到目前為止，優(yōu)選地，這些控制裝置或調(diào)節(jié)裝置 以手動或者僅僅部分自動的方式工作。因而，其僅對資源(工作材料和 時間)的使用進行控制，并且迄今為止還未能從整體上來看待熔煉過程。
此外，迄今為止，前述的調(diào)節(jié)僅用于部分系統(tǒng)，例如用于燃燒器的 控制和用于泡沫渣的調(diào)節(jié)。
另外，不存在對能量進行優(yōu)化使用。此外，還必須為維持裝置具有 同樣水平高度的生產(chǎn)率而付出相對較高的管理開支。
最后，由于必要的手動干預(yù)未能及時執(zhí)行或以不適宜的方式執(zhí)行而
造成的工作故障和停機時間會導(dǎo)致風險的上升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于操作熔煉冶金熔爐，特別 是電弧爐，的方法以及一種熔爐，通過使用該方法和熔爐可以避免或者 至少減少前述的缺陷。從而應(yīng)能得到改善的效率，即經(jīng)濟的資源使用和 優(yōu)化的較小的處理時間。與此同時，還提供了一種用于整體地檢測和調(diào)節(jié)電弧爐熔化過程的過程管理系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，本發(fā)明的任務(wù)是通過以下特征來解決的所述 控制裝置或調(diào)節(jié)裝置具有常規(guī)控制或調(diào)節(jié)以及具有模糊調(diào)節(jié)，所述常規(guī) 控制或調(diào)節(jié)以及模糊調(diào)節(jié)分別將其調(diào)節(jié)參數(shù)輸入至少 一個中間調(diào)節(jié)器
(Mediator),其中所述至少 一個中間調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)定的加權(quán)因數(shù)通過來 自所述常規(guī)控制或調(diào)節(jié)以及來自所述模糊調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)計算出供使 用的調(diào)節(jié)信號。
所述中間調(diào)節(jié)器原則上既可以把控制(等級1 -系統(tǒng))的調(diào)節(jié)參數(shù) 和常規(guī)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)結(jié)合起來，也可以把控制的調(diào)節(jié)參數(shù)和模糊調(diào)節(jié) 的調(diào)節(jié)參數(shù)結(jié)合起來。
在此，以相同的形式(采用統(tǒng)一的用戶界面)來構(gòu)造所有投入使用 的單個組分。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)可以是燃燒器的強度，使用該燃燒器將材料 在熔爐中進行加熱。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是電弧的耗用功率，使用該電弧將材 料在熔爐中進行加熱。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是包括用于電弧的扼流圏在內(nèi)的輸 入導(dǎo)線的電抗，使用該電弧將材料在熔爐中進行加熱。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是補燃器的強度，使用該補燃器將材 料在熔爐中進行加熱。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是與處于熔爐中的泡沫渣的總量相 關(guān)的參數(shù)。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是被加入到熔爐加熱元件的氣體的
總量。優(yōu)選地，該氣體可以是氧氣或天然氣。
所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)還可以是被添加的鐵的總量。
可以為每個被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)分配一個各自的中間調(diào)節(jié)器。
優(yōu)選地，在統(tǒng)一匯總的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中處理至少兩個所述被調(diào)整的工作
參數(shù)，優(yōu)選地，處理所有的所述被調(diào)整的工作參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，所迷的熔煉冶金熔爐，特別是電弧爐，在其工作過程
6中借助控制裝置或調(diào)節(jié)裝置將多個工作參數(shù)保持在預(yù)定的范圍之內(nèi)，其特征在于，所述控制裝置或調(diào)節(jié)裝置具有常規(guī)的控制或調(diào)節(jié)以及具有模糊調(diào)節(jié)，其中，所述兩種調(diào)節(jié)至少與一個中間調(diào)節(jié)器連接，該中間調(diào)節(jié)器適用于根據(jù)預(yù)定的加權(quán)因數(shù)通過來自所述常規(guī)控制或調(diào)節(jié)以及來自所述模糊調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)計算供使用的調(diào)節(jié)信號。
所提出的解決方案的實質(zhì)技術(shù)特征還在于，在供使用的調(diào)節(jié)算法中
使用模糊邏輯以及通過中間調(diào)節(jié)器將常規(guī)的調(diào)節(jié)技術(shù)和基于模糊理論的調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合起來。
為前述目的所開發(fā)的整體的可觀察所有材料流和能量流的過程管
理系統(tǒng)從熔爐的實際狀態(tài)以及預(yù)定的調(diào)節(jié)參數(shù)中計算出優(yōu)選的7個專門的調(diào)節(jié)算法中的輸出參數(shù)。所述的7個專門的調(diào)節(jié)算法是"燃燒器控制"，"功率控制"，"反應(yīng)器控制"，"DRI控制"，"后燃燒控制","泡沫渣控制"，"氧氣控制"。這些調(diào)節(jié)參數(shù)將再次返回給該系統(tǒng)。
在此，各個調(diào)節(jié)算法基于常規(guī)調(diào)節(jié)和模糊調(diào)節(jié)的組合，其中通過前述的可針對特定算法自由選擇和配置的中間調(diào)節(jié)器將所述常規(guī)調(diào)節(jié)和模糊調(diào)節(jié)相互結(jié)合起來。從而可以以優(yōu)化的方式對電弧爐進行控制或者調(diào)節(jié)。
所述中間調(diào)節(jié)器確定常規(guī)調(diào)節(jié)和模糊調(diào)節(jié)的比例關(guān)系(加權(quán))。該中間調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)1 (無模糊調(diào)節(jié)，僅有常規(guī)調(diào)節(jié))或者在調(diào)節(jié)0 (無常規(guī)調(diào)節(jié)，僅有模糊調(diào)節(jié))時具有排除作用。
模塊化的、靈活的、面向?qū)ο蟮暮蛣討B(tài)的軟件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了簡單的通過調(diào)節(jié)熔爐參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)來匹配各種熔爐配置。
可擴展的復(fù)合調(diào)節(jié)器可以由最多七種在生產(chǎn)過程中可接入和切斷的調(diào)節(jié)算法組成，即
- "功率控制"；
-"燃燒器控制"；
- "反應(yīng)器控制"；
- "后燃燒控制"；
- "泡沫渣控制"；
7-"氧氣控制"以及
- "DRI控制"，
通過中央控制器來對這些算法進行初始化。普通的模糊調(diào)節(jié)器可以針對各個特定的調(diào)節(jié)通過中間調(diào)節(jié)器被耦合。
優(yōu)選地，由于對每個熔爐元件(天然氣-氧氣-燃燒器、氧氣噴射
器、補燃器氧氣噴射器、碳噴射器、DRI噴射器)來說，可以為其定義特定的調(diào)節(jié)參數(shù)，因而可以為每個單獨的熔爐元件設(shè)置獨立的控制與調(diào)節(jié)。此外，可以分別切斷或接入每個單獨的熔爐元件(例如各個燃燒器中的一個)。
軟件的中央過程控制是通過過程管理器進行的。該過程管理器初始化和監(jiān)控過程管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)和任務(wù)。
靈活的、可擴展的和與過程獨立的顯示窗口與日志文件的連接可以借助于觀察者技術(shù)來進行。
本發(fā)明給出了 一種直觀和簡單的用于顯示FEOS (熔爐能量優(yōu)化系統(tǒng))和FEOS控制數(shù)據(jù)管理器的過程數(shù)據(jù)的顯示窗口結(jié)構(gòu)，該顯示窗口結(jié)構(gòu)用于對熔爐和調(diào)節(jié)溫度進行參數(shù)化。
對調(diào)節(jié)參數(shù)和熔爐配置的配置可以借助獨立的程序和以XML文件的形式將配置存儲起來的方式進行。
優(yōu)選地，以少于或等于1秒的時間間隔來執(zhí)行所述過程調(diào)節(jié)。
此外，本發(fā)明通過分析容器熱負荷、聲發(fā)射、電流波動、實際的電參量以及廢氣排放來進行連續(xù)的過程監(jiān)控以及對相應(yīng)的過程條件做出預(yù)定的反應(yīng)。
所述過程管理系統(tǒng)基于現(xiàn)代的面向?qū)ο蟮能浖Y(jié)構(gòu)，以才莫塊化的形式構(gòu)成，可使子系統(tǒng)或子調(diào)節(jié)在過程中接入或切斷，并可通過靈活的結(jié)構(gòu)方便地予以擴展。
所述系統(tǒng)具有監(jiān)控特性并可與已有的等級1-系統(tǒng)進行組合。該系統(tǒng)集成并處理來自新技術(shù)的數(shù)據(jù)，以進行廢氣分析和聲測量。
有利地，通過整體的方式和觀察所有的材料流和能量流，得出一種將所有前述的控制和調(diào)節(jié)構(gòu)思統(tǒng)一到一個系統(tǒng)中的程序。該程序使來自控制室中操作人員的等級1-系統(tǒng)的設(shè)定與來自工藝工程師的等級1 -系統(tǒng)的設(shè)定聯(lián)系起來。
所述系統(tǒng)是根據(jù)最現(xiàn)代的控制技術(shù)、調(diào)節(jié)技術(shù)以及軟件開發(fā)方法(模塊化，可擴展性、可視化與數(shù)據(jù)處理的分離)而開發(fā)的，并采用最
新的軟件(c#)編制而成，從而強調(diào)了系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的特性。
由于所述系統(tǒng)具有獨立的結(jié)構(gòu)，因而該系統(tǒng)能夠在各個煉鋼車間中
用于三相交流電弧爐。該系統(tǒng)通過SPS與煉鋼車間相連，并不需要進行
軟件方面的匹配。僅需通過用于熔爐元件和調(diào)節(jié)參數(shù)的參數(shù)配置來進行
沖目應(yīng)的匹配即可。
所提出的系統(tǒng)在平臺上提供了將調(diào)節(jié)參數(shù)自動匹配到實際的過程狀態(tài)，實現(xiàn)了電能和化學添加物(例如細煤和氧氣)的優(yōu)化使用并確保了熔煉過程較高的透明度。從而減輕了操作人員的負擔，減少了工作故障和停機時間并且降低了事故風險。
同時，通過把現(xiàn)有的等級1-系統(tǒng)與簡單的對新的裝置配置的可匹配性相聯(lián)系起來，可降低管理開支。
由此，降低了過程成本并把每噸鋼鐵的生產(chǎn)時間減到了最小程度，即意味著帶來了成本優(yōu)勢，并籍此提高了竟爭力。從而可以以較低的能量消耗而達到同樣水平的高生產(chǎn)率。


在附圖中示出了本發(fā)明的實施例。附圖為
圖1示出了電弧爐的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；
圖2為用于功率調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置的屏幕截圖3為用于燃燒器調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置的屏幕截圖4示出了調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，圖中給出了總共七個被調(diào)節(jié)的工作參數(shù);
圖5示出了調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)；
圖6示出了在熔爐中進行的生產(chǎn)過程的功能描述以及模糊元件的定義；以及
圖7示出了熔爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相連。
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具體實施例方式
圖1示出了用于調(diào)節(jié)電弧爐的調(diào)節(jié)1的結(jié)構(gòu)。在容器3中裝有要
被熔化的金屬4。借助電極5，電能被輸入熔爐中，從而將金屬熔化。熔爐2用于從廢鋼中回收鋼，其中，除了使用廢鋼外，還可以使用直接還原的鐵和生鐵。由于全球35%的鋼鐵是通過這種熔爐生產(chǎn)的，因而這種熔爐具有極大的經(jīng)濟意義。
爐料主要是通過交流或直流電弧而熔化的。典型地，爐料在批量生產(chǎn)過程中熔化。此外，可以在廢鋼裝料之前或之后將液態(tài)生鐵添加入熔爐或者將直接還原的鐵連續(xù)地送入。熔化功率由電流強度和電弧電壓決定。原則上，電流電壓可以在特定裝置和特定過程的范圍內(nèi)自由選擇，同樣，直流電弧爐的電弧電壓也可以在特定裝置和特定過程的范圍內(nèi)自由選擇。對三相交流電弧爐來說，電弧電壓可以在多個由變壓器的設(shè)計所決定的等級中預(yù)先給定。其一般的目的在于，如此選擇參數(shù)，使得可以得到較高的生產(chǎn)率和較低的能量需求。該最佳優(yōu)化取決于特定的裝置，并在很大程度上依賴于當前的過程狀態(tài)。
扼流線圈來實現(xiàn)。較高的電抗會導(dǎo)致較安靜的熔化過程，而較低的電抗會帶來較高的可供使用的電弧電壓。
除了通過電弧所帶來的電能外，還有眾多的輔助能源可供使用。它們在現(xiàn)代的電弧爐中起著巨大的作用。
首先需提及天然氣-氧氣-燃燒器(或者一般地，燃料-氧氣-燃燒器)。這些燃燒器設(shè)置在熔爐的周圍，提供在第一生產(chǎn)過程階段期間將廢鋼堆熔化。 一般來說，在這個時刻，這些燃燒器具有十分高效的能量利用率。在此，最優(yōu)的運轉(zhuǎn)時間和運轉(zhuǎn)功率由在各個燃燒器區(qū)域的廢鋼堆的硬度決定。從而，其所屬的最佳優(yōu)化既取決于特定的裝置又依賴于當前的裝料。
另一個能量來源是由在熔爐內(nèi)的氣體給出的。該氣體可以包括大量的一氧化碳、甲烷和氫氣。通過氧氣的噴射可以使用其中所包含的化學能量。 一方面可以通過前述的燃燒器的化學計量比控制氧氣總量，另一方面，如果必要的話，在熔爐的上部區(qū)域中設(shè)置多個獨立的所謂的后燃燒氧氣噴射器。這些噴射器的最優(yōu)工作點取決于熔爐內(nèi)氣體的組成以及熔爐的、特別是容器蓋和廢氣彎管的熱狀態(tài)。需要注意
、 作為能量輸入的另 一;重要因素,、需要提及將氧氣和細煤噴射入鋼液熔池。該噴射是通過噴槍機械手和/或超聲噴射器進行的。除了冶金方面，細煤和氧氣的進料還特別用于構(gòu)成泡沫渣，即在鋼液熔池上漂浮的渣通過生成的 一 氧化碳氣泡膨脹到原來體積的十到二十倍。從而在鋼液炫池中確保了較好的電弧包絡(luò)以及較好的用于熔化的能量轉(zhuǎn)換過程。除了在噴射合適的氧氣和細煤總量方面起重要作用外，爐渣的組成及其粘度還對泡沫渣的生成起著重要作用。
作為最后 一 個提供能量的材料流，需要提及直接還原的鐵的添加。在液態(tài)鋼液熔池中，該直接還原的鐵纟皮連續(xù)地添加進來。最優(yōu)的
輸送速率具有以下特征鋼液熔池和爐渣的溫度在輸送時間間隔期間，被保持在一個恒定的適合于生成泡沫渣的溫度水平上。還需注意，包含在直接還原的鐵中的變化的碳含量會影響泡沫渣的生成。參照圖1,還可確定以下內(nèi)容
調(diào)節(jié)l從(未在圖中示出的)燃燒器6， 7, 8中得到作為實際值的狀態(tài)參量。調(diào)節(jié)裝置1具有至少兩個僅用于示意描述的調(diào)節(jié)單元9和10，即第一常規(guī)調(diào)節(jié)裝置9和第二模糊調(diào)節(jié)裝置10。兩個調(diào)節(jié)裝置根據(jù)在其中存儲的算法輸出進入中間調(diào)節(jié)器11的調(diào)節(jié)量Stk和StF。
中間調(diào)節(jié)器11從以下關(guān)系中計算出實際到達輸出端的調(diào)節(jié)量S t:
St=StkxF + StFx(l-F)其中St表示調(diào)節(jié)量，Stk表示根據(jù)常規(guī)調(diào)價裝置的調(diào)節(jié)量，StF表示根據(jù)模糊調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)量，F(xiàn)表示中間調(diào)節(jié)系數(shù)。
為此，首先通過開始窗口啟動全部的調(diào)節(jié)過程。此時，調(diào)用過程定時器，該過程定時器在一秒內(nèi)初始化和啟動以下子系統(tǒng)和過程
ii-初始化過程管理器；
-從XML文件中讀入熔爐配置；
-從SPS中通過OPC服務(wù)器讀入過程數(shù)據(jù)(熔爐的實際狀態(tài))；
-從XML文件中讀入調(diào)節(jié)參數(shù)；
-初始化調(diào)節(jié)1(控制器)并啟動調(diào)節(jié)算法；
-順序執(zhí)行調(diào)節(jié)算法；
-計算調(diào)節(jié)量；
-將調(diào)節(jié)量寫入過程數(shù)據(jù)；
-通過OPC服務(wù)器將調(diào)節(jié)量輸出到SPS;
-在動態(tài)界面(查看)上顯示數(shù)據(jù)；
-將數(shù)據(jù)(實際狀態(tài)，調(diào)節(jié)量)存入日志文件。
在調(diào)節(jié)1 (控制器)中定義和初始化子調(diào)節(jié)。根據(jù)熔爐配置，按照熔爐元件的數(shù)量啟動各個子調(diào)節(jié)。
根據(jù)圖1所示的實施例，例如，如果在熔爐中有三個燃燒器，那么通過附屬的特定調(diào)節(jié)參數(shù)，連續(xù)執(zhí)行三次調(diào)節(jié)算法。在調(diào)節(jié)參數(shù)(控制數(shù)據(jù))中定義了模糊參數(shù)、常規(guī)的調(diào)節(jié)參數(shù)以及中間調(diào)節(jié)系數(shù)。作為結(jié)果，為每個過程量計算出三個不同的分別用于三個燃燒器的調(diào)節(jié)量。
根據(jù)上述公式，通過中間調(diào)節(jié)器11將常規(guī)調(diào)節(jié)技術(shù)和模糊邏輯聯(lián)系起來。
此外，除了可在常規(guī)調(diào)節(jié)技術(shù)和基于模糊的調(diào)節(jié)技術(shù)之間進行選擇
算法。。、 "、 、 ，' ，， , 口
使用模糊邏輯可將工藝工程師和控制室中操作人員的經(jīng)驗和特定
的知識整合到常規(guī)的調(diào)節(jié)基礎(chǔ)之中。這樣，可使熔爐的規(guī)模和特性結(jié)合
到不采用直接測量技術(shù)的調(diào)節(jié)中去。
圖4示出了各個調(diào)節(jié)算法之間的相互關(guān)系。
此處所指的軟件是指模塊化、獨立的、靈活的和動態(tài)的軟件構(gòu)思。如此結(jié)構(gòu)化和構(gòu)建程序，使得通過調(diào)節(jié)熔爐參數(shù)(熔爐配置)以及調(diào)節(jié)參數(shù)(控制數(shù)據(jù))可以容易地與每個熔爐配置進行匹配。^t塊化的特性可
12以實現(xiàn)容易的擴展，其涉及調(diào)節(jié)算法、熔爐參數(shù)以及過程可視化。
系統(tǒng)獨立的結(jié)構(gòu)可使該系統(tǒng)能在每個煉鋼車間中用于三相交流電 弧爐。該系統(tǒng)通過SPS與鋼鐵車間相連，并不需要進行軟件方面的匹配。 僅通過用于熔爐元件和調(diào)節(jié)參數(shù)的參數(shù)配置來進行系統(tǒng)的匹配。
程序的動態(tài)特性使得在預(yù)先定義的熔爐配置基礎(chǔ)上 -對新熔爐配置容易的系統(tǒng)匹配； -算法的自動構(gòu)建； -過程可—見化的自動匹配；以及 -日志文件的自動匹配 成為可能，而不必進行軟件方面的匹配。
根據(jù)現(xiàn)代化的、直觀的和人機工程學的界面設(shè)計(GUI設(shè)計)原則 來顯示過程數(shù)據(jù)。也就是說用于顯示過程數(shù)據(jù)的界面是根據(jù)界面設(shè)計的 原則進行設(shè)計的并將煉鋼車間的要求一同考慮進去。其目的在于，用盡 可能少的窗口和切換過程來提供最多的信息。
在圖2和圖3中分別示出了用于功率調(diào)節(jié)和用于噴射系統(tǒng)燃燒器的 調(diào)節(jié)裝置的屏幕截圖。
為了構(gòu)建系統(tǒng)，需注意以下幾點(為此，還應(yīng)參照圖4和圖5,在 圖4和圖5中示出了調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu))
過程定時器/主用戶界面在主窗體上設(shè)有開始按鈕，借助該按鈕通 過定時器來啟動和停止過程。此外，如果需要對調(diào)節(jié)算法進行匹配的話， 新的調(diào)節(jié)參數(shù)可以在運行的過程中被輸入系統(tǒng)。在主窗口之外不能操作 任何其它的按鈕，過程運行在后臺并獨立于操作人員。操作人員一般可 以在獨立的界面(WiaCC界面)上進行干預(yù)。
過程管理器過程管理器是系統(tǒng)中的中央控制元件。通過過程管理 器來委派和啟動所有的任務(wù)。過程管理器還確定各個子過程的順序。
控制器在控制器(調(diào)節(jié)1)中定義和初始化了所有的子調(diào)節(jié)。根 據(jù)熔爐配置，按照熔爐元件的數(shù)量執(zhí)行子調(diào)節(jié)。作為例外，每次僅需在 熔爐中進行一次功率調(diào)節(jié)，扼流等級調(diào)節(jié)(反應(yīng)器控制)以及鐵添加的 調(diào)節(jié)即可。SPS/OPC通信這些類描繪了用于與SPS進行連接的"讀數(shù)據(jù)"和 "寫數(shù)據(jù)"方法。可以將過程數(shù)椐發(fā)送到SPS以及從SPS接收過程數(shù)據(jù)。 該通信通過OPC服務(wù)器進行。
過程數(shù)據(jù)從過程中讀出的數(shù)據(jù)以標識PD存入到對象中(實際狀 態(tài)，界限)。同樣，發(fā)送到過程的數(shù)據(jù)以標識PD中間存儲在對象中(調(diào) 節(jié)量；設(shè)置)。
控制數(shù)據(jù)由工藝工程師預(yù)定的數(shù)據(jù)以標識CD存儲在對象中(極 限值、最大值、最小值、控制數(shù)據(jù)、模糊設(shè)置、程序部分的使用設(shè)定)。 通過FEOS系統(tǒng)的掩碼輸入這些數(shù)據(jù)，而操作人員(熔爐)不能對其進 行存耳又。
因而，開發(fā)出的用于電弧爐的過程管理系統(tǒng)的特征在于，通過(唯 一的)復(fù)合調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)所有前述(以及如果有必要的話，其它的)材 料流和能量流。從而提供了在可操作性發(fā)面具有顯著優(yōu)勢的統(tǒng)一的用戶 界面(HMI)。
除了已知的通過運行曲線圖來進行控制以及采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式 外，還實現(xiàn)了基于模糊邏輯的調(diào)節(jié)以對每個調(diào)節(jié)量作進一步改進。模糊 邏輯使得電弧爐方面的專家在沒有其它調(diào)節(jié)技術(shù)背景的情況下可以實 現(xiàn)快速的和達到目的的優(yōu)化。根據(jù)他的專業(yè)知識，他能清楚地定義用文 字來描述的變量及其所屬的調(diào)節(jié)。例如，他知道在"較高的冷卻水溫度" 背后所蘊含的攝氏溫度以及如何對其做出反應(yīng)。
模糊算法的選擇幾乎是任意的， 一般為其自身提供了最大乘積法 (max-prod Method )。同樣，各個設(shè)置的形式和數(shù)量可以任意地與提出 的任務(wù)相匹配。為了得到動態(tài)特性，可以將相應(yīng)的動態(tài)量，如溫度的導(dǎo) 數(shù)，作為輸入量來予以使用。
所描述的調(diào)節(jié)向操作人員提供了借助加權(quán)系數(shù)F連續(xù)地從控制切換 到調(diào)節(jié)的可能性。根據(jù)加權(quán)系數(shù)，所使用的調(diào)節(jié)值實際上是由控制和調(diào) 節(jié)的設(shè)定組成的，其中該調(diào)節(jié)值要保持在合理性的范圍內(nèi)。這是可能的， 因為調(diào)節(jié)器不包括一體化的部分。
根據(jù)本發(fā)明，各個孤立的單獨調(diào)節(jié)被綜合到復(fù)合調(diào)節(jié)器中。建議僅
14使用唯一的一個用戶界面(HMI)而不使用多個不同的界面。借助模糊 邏輯來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。通過可調(diào)節(jié)的中間調(diào)節(jié)器來確保流暢地從控制轉(zhuǎn)換到 調(diào)節(jié)，例如轉(zhuǎn)換到模糊邏輯調(diào)節(jié)。
為此，在圖6中，通過等級1 -系統(tǒng)的設(shè)定和時間常數(shù)的描述(左 半頁)對在熔爐中所發(fā)生的過程進行了功能描述。在圖6中，還描述了 模糊設(shè)置(模糊元件的定義)及其影響(右半頁)并對由此產(chǎn)生的在中 間調(diào)節(jié)器中(在其中，對不同的調(diào)節(jié)構(gòu)思的影響進行加權(quán)；最后從兩個 調(diào)節(jié)構(gòu)思經(jīng)加權(quán)的平均值中生成額定值)的影響參數(shù)進行了詳細說明。 從中重新得到調(diào)節(jié)電路的額定值(調(diào)節(jié)量)。
圖7示出了熔爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)("控制")連接到外部環(huán)境，通過外部 環(huán)境得到所需的用于系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)。
附圖標記列表
1 調(diào)節(jié)
2 電弧爐
3 容器
4 需被熔化的金屬
5 電極
6 燃燒器
7 燃燒器
8 燃燒器
9 常規(guī)的控制單元或調(diào)節(jié)單元
10 模糊調(diào)節(jié)單元
11 中間調(diào)節(jié)器
St 調(diào)節(jié)量
stk 常規(guī)的調(diào)節(jié)量
StF 模糊調(diào)節(jié)量
F 中間調(diào)節(jié)系數(shù)
1權(quán)利要求
1. 一種用于操作熔煉冶金熔爐(2)，特別是電弧爐的方法，在所述熔煉冶金熔爐(2)的工作過程中，多個工作參數(shù)被保持在預(yù)定的范圍內(nèi)，其中，為此使用了控制裝置或調(diào)節(jié)裝置(1)，其特征在于，所述控制裝置或調(diào)節(jié)裝置(1)具有常規(guī)的控制單元或調(diào)節(jié)單元(9)以及模糊調(diào)節(jié)單元(10)，所述常規(guī)的控制單元或調(diào)節(jié)單元(9)以及所述模糊調(diào)節(jié)單元(10)分別將其各自的調(diào)節(jié)量(Stk，StF)輸送到至少一個中間調(diào)節(jié)器(11)，其中，所述中間調(diào)節(jié)器(11)根據(jù)預(yù)定的加權(quán)系數(shù)(F)從來自所述常規(guī)的控制單元或調(diào)節(jié)單元(9)以及來自所述模糊調(diào)節(jié)單元(10)的調(diào)節(jié)量中計算出供使用的調(diào)節(jié)信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為燃燒器的強度，使用所述燃燒器將材料在所述熔爐(2)中進行加 熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為電弧的耗用功率，使用所述電弧將材料在所訴熔爐(2)中進行加熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為包括用于電弧的扼流圏在內(nèi)的輸入導(dǎo)線的電抗，使用所述電弧將材 料在所述熔爐(2)中進行加熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為補燃器的強度，使用所述補燃器將材料在所述熔爐(2)中進行加 熱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為與處于熔爐(2)中的泡沫渣的總量相關(guān)的參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作 參數(shù)為被加入到所述熔爐(2)的加熱元件中的氣體的總量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被調(diào)節(jié)的工作參 數(shù)為被添加的鐵的總量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項所述的方法，其特征在于，在單個 調(diào)節(jié)(1)中至少處理兩個所述被調(diào)節(jié)的工作參數(shù)。
10. —種熔煉冶金熔爐(l),特別是電弧爐，在所述熔煉冶金熔爐 (1)的工作過程中，借助控制裝置或調(diào)節(jié)裝置(1)將多個工作參數(shù)保持在預(yù)定的范圍內(nèi)，特別是用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項的方 法，其特征在于，所述控制裝置或調(diào)節(jié)裝置(1)具有常規(guī)控制單元或調(diào)節(jié)單元(9) 以及模糊調(diào)節(jié)單元(10),其中所述兩個調(diào)節(jié)單元(9， 10)與至少一個 中間調(diào)節(jié)器(11)相連，所述中間調(diào)節(jié)器(11)適用于根據(jù)預(yù)定的加權(quán) 系數(shù)(F)從來自所述常規(guī)的控制單元或調(diào)節(jié)單元(9)以及來自所述模 糊調(diào)節(jié)單元的調(diào)節(jié)量中計算供使用的調(diào)節(jié)信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的熔爐，其特征在于，所述至少一個中間 調(diào)節(jié)器(11)是可編程的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的熔爐，其特征在于，為每個被調(diào) 節(jié)的工作參數(shù)分配一個各自的中間調(diào)節(jié)器(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作熔煉冶金熔爐，特別是電弧爐，的方法，在該熔煉冶金熔爐的工作過程中，多個工作參數(shù)被保持在預(yù)定的范圍內(nèi)，其中，為此使用了控制裝置或調(diào)節(jié)裝置。為了實現(xiàn)熔爐具有較高的效率，本發(fā)明提出，該控制裝置或調(diào)節(jié)裝置具有常規(guī)控制單元或調(diào)節(jié)單元以及模糊調(diào)節(jié)單元，所述的常規(guī)控制單元或調(diào)節(jié)單元以及模糊調(diào)節(jié)單元各自將其調(diào)節(jié)參數(shù)輸送到至少一個中間調(diào)節(jié)器，其中，該中間調(diào)節(jié)器根據(jù)預(yù)定的加權(quán)系數(shù)(F)通過來自常規(guī)控制單元或調(diào)節(jié)單元以及模糊調(diào)節(jié)單元的調(diào)節(jié)參數(shù)計算出供使用的調(diào)節(jié)信號。此外，本發(fā)明還涉及一種熔煉冶金熔爐，特別是一種電弧爐。
文檔編號H05B7/148GK101513119SQ200780033310
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者K·克呂格爾, M·多恩多夫, M·舒巴特 申請人:西馬克·德馬格公司