基于承鋼120噸轉爐氧槍氧氣氮氣復合噴吹控制方法的研究

劉曉朋

【摘要】：轉爐氧槍是煉鋼冶煉的關鍵設備，而氧槍氧氣氮氣流量的控制是此設備的重要參數。承鋼為了利用鐵水中的釩資源，增加了轉爐提釩工藝，在此工藝的基礎上，為了提高提釩的效率，采用粗氧提釩工藝，即利用氧槍氧氣氮氣復合噴吹實現提釩，不僅可以增加提釩量，還能降低鐵水碳，有利于下一步工藝煤氣的回收；利用氮氣能夠增加鐵水的攪拌，更一步實現提釩工藝。

【關鍵詞】：轉爐；氧槍；復合噴吹

轉爐氧槍是煉鋼冶煉的關鍵設備，而氧槍氧氣氮氣流量的控制是此設備的重要參數。承鋼為了利用鐵水中的釩資源，增加了轉爐提釩工藝，在此工藝的基礎上，為了提高提釩的效率，采用粗氧提釩工藝，即利用氧槍氧氣氮氣復合噴吹實現提釩，不僅可以增加提釩量，還能降低鐵水碳，有利于下一步工藝煤氣的回收；利用氮氣能夠增加鐵水的攪拌，更一步實現提釩工藝。由于國內外利用釩鈦資源的國家和地區非常少，雖然國內攀枝花也采用本工藝，但是控制精度和系統穩定性都有待提高。

針對氧槍氧氣氮氣復合噴吹這個工藝，如何根據工藝機理和工程實踐經驗數據，建立氧槍氧氣氮氣的控制模型，提高控制模型的控制精度和系統的穩定性對于整個工藝來說至關重要。

結合以上的問題和最終目的，合理安排研究實驗過程，制定科學的研究方向和進度表，最終實現轉爐氧槍氧氣氮氣復合噴吹控制方法的開發與應用。

建立轉爐氧槍氧氣氮氣參數控制模型及方法，提高氧槍氧氣氮氣復合噴吹系統的控制精度，即如何根據參數控制閥門開啟的速度，最快的實現工藝參數的穩定；如何避免氧氣氮氣的壓力波動導致的干擾；如何避免3個轉爐共同噴吹時，氣體壓降對于噴吹流量的穩定干擾。利用經典PID控制解決以上問題，并用西門子PLC實現控制要求，以提高氧槍氧氣氮氣復合噴吹系統的穩定性及控制精度，減少氧氣氮氣的的消耗量，實現節能降耗的目的。

首先，解決轉爐氧槍氮氣和氧氣的吹入會不會對于干法除塵的卸爆有影響。正常轉爐在吹煉時都是利用純氧氣吹煉，爐次及泄爆爐次吹煉前期趨勢圖如下：

從吹煉前期煙氣成分分析對比正常爐次與泄爆爐次的差別：正常爐次，O2與CO混合點明顯低于泄爆爐次混合點， 且混合點O2與CO含量均低于3%。而泄爆爐次混合點約6%，說明解決O2和CO含量的爆炸范圍就是解決吹煉前期泄爆的主要研究內容，我們提出的利用氧槍吹氮氣的方法，可以降低煙氣中O2的含量，不僅有利于降低卸爆，還能降低氧氣的消耗。

結合這個思路，我們實驗多少的氮氣的吹入量，可以降低卸爆量，還能有效的利于提釩。

在此之前，轉爐根據這個思路首先優化了轉爐吹煉前期氧氣流量的設定和氧槍槍位的設定，通過實驗比對和煙氣含量的數據研究。得到的結果如下：

（1）將開吹的氧流量由下槍5S后，開吹氧流量維持在14000M3，維持時間36S，之后流量正常開始上升，到60s達到28000M3。開吹流量。

（2）打火槍位由原來使用的1.3m，調整為針對爐役期間爐況情況，采取分階段槍位控制，爐役前期打火槍位使用1.3m，爐役中期使用1.25m，爐役后期使用1.2m。 這樣操作后的煙氣含量符合正常爐次煙氣含量值，保證干法除塵的不卸爆。

對這樣的操作觀察和記錄一周數據比對后發現：

（1）優化開吹氧流量后，轉爐煙氣中的CO含量上升到3%的時間延長，氧氣含量降低至6%的時間縮短，說明著火后的部分CO已經燃燒形成CO2，這有效錯開了CO與O2的混合時機。

（2）打火槍位優化后，轉爐一次打火成功率提高25.3%，且點火時間降低2.3S，解決了點火時間長造成的煙氣中產生富集的氧氣。當一次點火未成功時，必須起槍，杜絕強行打火。 在以上的基礎上，我們開始試驗如何加入氮氣的流量，再一次降低煙氣流量中的有害氣體，實現干法除塵的不卸爆，轉爐鐵水的提釩。

以上實驗過程，初步試驗出提釩工藝過程，根據工藝過程和安全要求，下一步利用PLC程序實現以上提釩工藝過程。

在實施過程中，首先編寫和解決氮氣和氧氣的混合后的安全問題，編寫程序段實現安全措施要求；其次根據工藝過程要求的氧氣和氮氣量，利用現場正常純氧的設備實現精確控制，并解決設備的精度問題，尤其針對不同氮氣壓力和氧氣壓力下，閥門開啟后的PID參數問題，解決流量因為壓力或者設備出現問題后的流量波動問題；最后，調試程序是否能夠實現提釩工藝過程，實現半自動提釩。

程序調試完畢后，通過崗位驗證程序的穩定性，還有設備的控制精度，保證提釩的釩渣品位，保證設備使用過程的安全可靠。

在此過程中由于氧氣廠提供的入廠氧氣壓力不穩定，氧氣壓力在1.1MPa-2.4MPa之間，導致吹氧的時候有不小的波動，根據工藝條件研究氧氣調節閥的開度控制模型，及氮氣調節閥開度控制模型，利用專家系統控制，實現不同進廠壓力下的不同PID值。因此，重新設定PID參數，運用經驗法找到不同壓力范圍內合適的P比例及積分I、微分D的數值，優化氧氣調節閥的控制程序和連鎖條件，制作實時在線監測畫面和報警集中監控畫面，實現調節閥穩定性的精準控制。實現氧槍系統目標位置的精準定位，確保氧槍系統的穩定性和安全性，保證鋼水質量。氧槍系統精準定位后，有效的節約了提釩鋼的冶煉周期，平均每爐鋼可節約1分鐘。