質(zhì)量流量控制器在鋼包自動吹氬系統(tǒng)的應(yīng)用

劉濤　劉躍　宋文學(xué)

摘 要：本文介紹的鋼包自動吹氬系統(tǒng)以質(zhì)量流量控制器作為核心，配套相應(yīng)的硬件檢測，軟件編程等。簡要介紹了管路及硬件改造，質(zhì)量流量控制器與計(jì)算機(jī)的信號對接，成功應(yīng)用于在煉鋼的鋼包底吹系統(tǒng)中，取得良好效果。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量流量控制器；鋼包自動吹氬系統(tǒng)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.006

1 鋼包吹氬的意義

鋼包吹氬的基本原理：氬氣作為一種惰性氣體，通過鋼包底部的專用透氣磚通入鋼水中。鋼水中的有害氣體如H2、N2、O2等氬氣在鋼水中形成大量小氣泡中，降低其在鋼水含量。氬氣還可以使鋼水在鋼包中涌動，鋼水得到充分?jǐn)嚢瑁焖偃刍尤脘撍械暮辖稹⒚撗鮿⒚摿騽┑龋撍煞趾蜏囟鹊玫骄鶆颉嚢璧耐瑫r氣相成核和夾雜物顆粒相互碰撞，鋼液中的非金屬夾雜物等上浮進(jìn)入鋼渣。氬氣底吹對于凈化鋼水提高鋼材品質(zhì)的有重要的作用。

2 鋼包自動吹氬的主要控制方式比較

LF鋼包精煉爐和VD真空脫氣精煉爐等爐外精煉設(shè)備，在冶煉過程中，為保證鋼水的品質(zhì)必須進(jìn)行全過程吹氬操作。主要的方式有以下幾種：

最初最基本的控制方式是手動方式，通過操作工人在鋼包前現(xiàn)場觀察鋼水的翻騰情況和現(xiàn)場的壓力表顯示，手動扳動球閥控制氬氣壓力；氣源由管道氬氣或瓶裝氬氣提供。此種方式只能控制氬氣的壓力，而對實(shí)際的底吹流量并不能準(zhǔn)確的進(jìn)行控制，使用效果很差。

隨著認(rèn)識的提高逐漸出現(xiàn)了減壓閥、電磁閥、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥等控制元件做組成的吹氬控制，由操作工人現(xiàn)場觀察鋼水的翻騰情況告訴控制室，要求控制室內(nèi)工控機(jī)上設(shè)置相應(yīng)的氬氣壓力及流量參數(shù)。此種方式較手動方式有所提高，但是氣動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)曲線偏軟，反應(yīng)時間慢，不能滿足現(xiàn)場控制的要求。

還有一種方式是通過流量閥組進(jìn)行流量組合進(jìn)行控制。流量閥為定流量的幾個閥組設(shè)計(jì)，例如5L/m、10L/m、20L/m的三個閥組并聯(lián)，就可作何出7種不同流量的控制。此種方式控制反應(yīng)時間快，缺點(diǎn)是不能設(shè)定流量范圍內(nèi)的任一流量參數(shù)。

本文介紹的鋼包自動吹氬系統(tǒng)以質(zhì)量流量控制器作為核心，對管路進(jìn)行相應(yīng)的改造，質(zhì)量流量控制器通過標(biāo)準(zhǔn)信號與計(jì)算機(jī)或PLC進(jìn)行信號對接，滿足對氣體的流量進(jìn)行精密測量和精準(zhǔn)控制。

3 質(zhì)量流量控制器的工作原理

質(zhì)量流量控制器（Mass Flow Controller）主要對氣體的流量進(jìn)行準(zhǔn)確測量、并對設(shè)定流量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。主要功能部件有質(zhì)量流量檢測部分、分流器通道、流量控制調(diào)節(jié)閥、信號處理電路和管道殼體等組成。

質(zhì)量流量檢測部分采用毛細(xì)管傳熱溫差量熱法原理，對測量氣體的質(zhì)量流量進(jìn)行檢測工作原理圖如圖1所示。這種檢測方式的傳感器受溫度壓力的影響甚微，所以無需格外的溫度和壓力補(bǔ)償。質(zhì)量流量檢測部件通過傳感器加熱電橋測得的流量信號，通過專用的放大器轉(zhuǎn)換處理后與設(shè)定流量對應(yīng)的設(shè)定電壓進(jìn)行比較。比較所得的差值信號放大后去對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，使檢測到的信號與設(shè)定的信號一致。分流器的作用就是擴(kuò)大通過流量控制器的流量，從氣體流向來看就是在主通道和毛細(xì)管間產(chǎn)生層流。

質(zhì)量流量控制器輸入輸出的流量均為標(biāo)準(zhǔn)電壓或標(biāo)準(zhǔn)電流形式。質(zhì)量流量控制器可以與計(jì)算機(jī)、PLC或與相應(yīng)的流量顯示儀進(jìn)行信號的對接，以實(shí)現(xiàn)顯示控制。質(zhì)量流量控制器直接與計(jì)算機(jī)連接需要配備專用的A/D，D/A轉(zhuǎn)換模板。

質(zhì)量流量控制器在長時間使用的過程當(dāng)中或安裝調(diào)試時，零點(diǎn)有可能發(fā)生偏移，需要對零點(diǎn)偏移的進(jìn)行校對。質(zhì)量流量控制器直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號對接如圖2所示。

4 鋼包自動吹氬系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)形式

一般鋼包有兩個支路用于控制兩個透氣磚，每條通氣線路都裝有獨(dú)立的流量調(diào)節(jié)控制，使得鋼包內(nèi)的熱交換得到順利進(jìn)行。鋼包自動吹氬系統(tǒng)每一支路采用一臺質(zhì)量流量控制器作為控制核心，前后管路各設(shè)置一個電磁閥用于控制器的投入切除。在自動控制回路一旁設(shè)置一旁吹管路，用于鋼水結(jié)殼破殼，并可以對管路進(jìn)行吹掃保證自動控制回路的安全。鋼包自動吹氬系統(tǒng)一個支路示意圖如圖3。

5 結(jié)論

鋼包自動吹氬系統(tǒng)采用質(zhì)量流量控制進(jìn)行改造后運(yùn)行穩(wěn)定，從該系統(tǒng)的應(yīng)用可以得出幾點(diǎn)結(jié)論。

質(zhì)量流量控制器用于對氣體的質(zhì)量流量進(jìn)行精密測量和精準(zhǔn)控制。本身具有精度高、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定可靠、工作壓力范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

質(zhì)量流量控制器在使用操作使用方便。開放性好既可配合流量顯示儀使用，也可直接同計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動控制。安裝使用可采取多種方式。

采用氣體流量控制器（MFC）控制模式的鋼包自動吹氬系統(tǒng)控制方式先進(jìn)，冶煉過程中氣體的控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：精確控制、精確計(jì)量、流量穩(wěn)定、免維護(hù)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、自動化程度高。

質(zhì)量流量控制器可廣泛應(yīng)用于電子工藝設(shè)備、真空鍍膜、石油化工、冶金、制藥、光纖熔接、分析測量儀器、制氣配氣等行業(yè)。

作者簡介：劉濤（1979-），男，山東章丘人，大學(xué)，助理工程師，研究方向：測控儀表方向。