邯鋼三煉鋼品種鋼冶煉精煉底吹模式分級控制

張建國

摘 要：鋼包底吹氬工藝作為一種經(jīng)濟有效的爐外精煉方式在鋼鐵企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。它通過安裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液吹入氬氣，產(chǎn)生大量小氣泡，并帶動鋼液運動，從而均勻鋼液溫度和成分，減少鋼包中的夾雜，提升鋼水質(zhì)量。邯鋼三煉鋼廠采用精煉底吹模式分級控制，既減少精煉前期大流量氬氣對電極的沖擊，延長電極的使用壽命，又減少了氬氣的消耗，提升了鋼水品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：精煉；底吹氬氣；分級控制；質(zhì)量流量計；自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.083

1 概述

隨著科技的發(fā)展，用戶對鋼材的質(zhì)量提出了越來越高的要求。因此爐外精煉已成為現(xiàn)代化鋼廠的重要組成部分，它是生產(chǎn)純凈鋼保證連鑄順利進行的重要手段。其中LF（Lade Furnace）精煉爐是應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的精煉爐，而氬氣流量控制是LF精煉爐中的一個重要環(huán)節(jié)。吹氬可以加速非金屬夾雜物碰撞長大，增加上浮速度，有利于去除夾雜物。鋼包底吹氬工藝通過安裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液吹入氬氣，產(chǎn)生大量小氣泡，并帶動鋼液運動，從而均勻鋼液溫度和成分，減少鋼包中的夾雜物。采用鋼包底吹A(chǔ)r精煉法，可以顯著減少鋼水中有害氣體的含量，明顯提高鋼水質(zhì)量，并且還具有設(shè)備簡單、工藝操作方便、投資少、見效快的特點，特別適合“初煉—精煉—連鑄”的快工藝節(jié)奏。

鋼包底吹氬氣的精煉效果與吹氬量、吹氬壓力、吹氬時間、氬氣泡尺寸等因素有關(guān)。在諸多因素中，氬氣流量是決定底吹氬效果的最重要的因素。因此，精煉爐底吹氬過程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是對氬氣流量的優(yōu)化與控制。

2 設(shè)計思路

在新的底吹氬系統(tǒng)中，設(shè)計精煉爐每個工位安裝一套底吹控制閥門站，包括自動、手動和旁路控制，各工位獨立控制，以分別向鋼包供氣。精煉初期為了減小底部供氣對電極的沖擊，采用質(zhì)量流量計控制，進行小流量底部供氣；精煉后期隨著電極的提升，增大對鋼水的充分攪拌，進行大流量底部供氣，從而實現(xiàn)分級控制。為實現(xiàn)分級控制，特別設(shè)計了兩路調(diào)節(jié)，每一路底吹管路，均具有正常流量攪拌，旁路攪拌及高壓大流量氬氣攪拌功能，并均可在底吹過程中對氣體的進口壓力、管路流量、出口流量及出口壓力進行監(jiān)控，來達到最佳底吹攪拌效果。

控制功能描述：

（1）底吹啟動和停止：底吹啟動：點擊切換旋鈕，旋鈕指向“啟動”，“啟動”變綠，“停止”變紅。在底吹啟動條件下，根據(jù)選擇的“1+2路調(diào)節(jié)”或“2路調(diào)節(jié)”執(zhí)行底吹氬氣流量自動調(diào)節(jié)。（此時閥門需在自動態(tài)方可自動調(diào)節(jié)）

底吹停止：點擊切換旋鈕，旋鈕指向“停止”，“停止”變綠，“啟動”變紅。在底吹停止條件下，“1路底吹”和“2路底吹”的第一道氣動切斷閥關(guān)閉，“1路底吹”的流量控制器關(guān)閉，“2路底吹”的氣動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉（0%）。（此時閥門不分自動態(tài)還是手動態(tài)，全部執(zhí)行關(guān)閉，相當(dāng)于急停）。

（2）1+2路調(diào)節(jié)：（1路底吹為0-40m3/h精密調(diào)節(jié)，用于生產(chǎn)過程中底吹氬氣加熱和小氣量靜吹；2路底吹為大于40m3/h大氣量調(diào)節(jié)，用于攪拌）。

第一道氣動切斷閥和2路的氣動調(diào)節(jié)閥設(shè)手動、自動兩個狀態(tài)，通過點擊圖標彈出設(shè)置框選擇設(shè)置。自動狀態(tài)下，方可執(zhí)行自動控制；手動狀態(tài)下，切斷閥可設(shè)置選擇手動開啟或關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥可手動設(shè)置設(shè)定開度。閥門開關(guān)限位反饋，開變綠、關(guān)變紅。

第二道流量控制器只有自動狀態(tài)，工作變綠、停止變紅。

當(dāng)功能旋鈕同時選擇“啟動”和“1+2路調(diào)節(jié)”、且氣動切斷閥和氣動調(diào)節(jié)閥全部在自動態(tài)時，執(zhí)行1+2路底吹自動調(diào)節(jié)：當(dāng)設(shè)定流量≤40m3/h，1路氣動切斷閥自動開啟，流量控制器跟蹤設(shè)定流量值，自動調(diào)節(jié)底吹氬氣量（此時2路氣動閥門全部關(guān)閉）；當(dāng)>設(shè)定流量40m3/h，2路氣動切斷閥自動開啟，氣動調(diào)節(jié)閥跟蹤設(shè)定流量值，自動調(diào)節(jié)底吹氬氣量（此時1路氣動閥門和流量控制器全部關(guān)閉）。

（3）2路調(diào)節(jié)：（2路底吹為大氣量調(diào)節(jié)，主用于生產(chǎn)過程中大氣量攪拌，并可以在1路底吹異常狀態(tài)下全功能備用調(diào)節(jié)）

當(dāng)功能旋鈕同時選擇“啟動”和“2路調(diào)節(jié)”，以及2路氣動切斷閥自動、氣動調(diào)節(jié)閥自動時，執(zhí)行2路底吹自動調(diào)節(jié)：

1）自動調(diào)節(jié)并旋鈕選擇“調(diào)節(jié)”態(tài)：氣動切斷閥開啟，氣動調(diào)節(jié)閥跟蹤“2路調(diào)節(jié)”設(shè)定流量值，自動跟蹤調(diào)節(jié)底吹氬氣量。

2）自動調(diào)節(jié)并旋鈕選擇“旁路”態(tài)：氣動切斷閥開啟，氣動調(diào)節(jié)閥全關(guān)閉（0%），走手動旁路（人工調(diào)整），給出靜吹小氣量。

功能旋鈕選擇“調(diào)節(jié)”則“調(diào)節(jié)”變綠，“旁路”變紅；功能旋鈕選擇“旁路”則“旁路”變綠，“調(diào)節(jié)”變紅。

（4）圖標全部執(zhí)行開綠/關(guān)紅，選定變綠/不選變紅。

3 控制系統(tǒng)軟、硬件組成

系統(tǒng)軟件：Windows XP Professional 操作系統(tǒng)。

應(yīng)用軟件：與PLC相匹配的siemens Step7 5.4編程軟件和Wincc 6.0 HMI監(jiān)控畫面制作軟件。

主機和顯示器：研華610L主機，DELL21。

4 項目效果

底吹氬控制系統(tǒng)實現(xiàn)底吹模式分級控制后效果圖如下：

通過微流量檢測控制、底吹分級調(diào)節(jié)控制技術(shù)，實現(xiàn)小流量精確控制，既減少精煉前期大流量氬氣對電極的沖擊，延長電極的使用壽命，又減少了氬氣的消耗，提升了鋼水品質(zhì)。

參考文獻：

[1]高澤平.鋼水精煉吹氬攪拌機理的研究[J].湖南冶金，2000（07）.

[2]吳學(xué)禮.兩類非線性過程的智能控制方法及其應(yīng)用研究[D].[華中科技大學(xué)博士論文]，2005.

[3]李樹江，高憲文，柴天佑.模糊串級控制及其在精煉爐吹氫系統(tǒng)中應(yīng)用[J].信息與控制，1998（02）.

[4]李軍.武鋼第二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐底吹控制系統(tǒng)[J].冶金自動化，1999

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