邯钢三炼钢品种钢冶炼精炼底吹模式分级控制

张建国

摘 要：钢包底吹氩工艺作为一种经济有效的炉外精炼方式在钢铁企业中得到广泛应用。它通过安装在钢包底部的透气砖向钢液吹入氩气，产生大量小气泡，并带动钢液运动，从而均匀钢液温度和成分，减少钢包中的夹杂，提升钢水质量。邯钢三炼钢厂采用精炼底吹模式分级控制，既减少精炼前期大流量氩气对电极的冲击，延长电极的使用寿命，又减少了氩气的消耗，提升了钢水品质。

关键词：精炼；底吹氩气；分级控制；质量流量计；自动控制

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

1 概述

随着科技的发展，用户对钢材的质量提出了越来越高的要求。因此炉外精炼已成为现代化钢厂的重要组成部分，它是生产纯净钢保证连铸顺利进行的重要手段。其中LF（Lade Furnace）精炼炉是应用最广、数量最多的精炼炉，而氩气流量控制是LF精炼炉中的一个重要环节。吹氩可以加速非金属夹杂物碰撞长大，增加上浮速度，有利于去除夹杂物。钢包底吹氩工艺通过安装在钢包底部的透气砖向钢液吹入氩气，产生大量小气泡，并带动钢液运动，从而均匀钢液温度和成分，减少钢包中的夹杂物。采用钢包底吹Ar精炼法，可以显著减少钢水中有害气体的含量，明显提高钢水质量，并且还具有设备简单、工艺操作方便、投资少、见效快的特点，特别适合“初炼—精炼—连铸”的快工艺节奏。

钢包底吹氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间、氩气泡尺寸等因素有关。在诸多因素中，氩气流量是决定底吹氩效果的最重要的因素。因此，精炼炉底吹氩过程控制系统的关键是对氩气流量的优化与控制。

2 设计思路

在新的底吹氩系统中，设计精炼炉每个工位安装一套底吹控制阀门站，包括自动、手动和旁路控制，各工位独立控制，以分别向钢包供气。精炼初期为了减小底部供气对电极的冲击，采用质量流量计控制，进行小流量底部供气；精炼后期随着电极的提升，增大对钢水的充分搅拌，进行大流量底部供气，从而实现分级控制。为实现分级控制，特别设计了两路调节，每一路底吹管路，均具有正常流量搅拌，旁路搅拌及高压大流量氩气搅拌功能，并均可在底吹过程中对气体的进口压力、管路流量、出口流量及出口压力进行监控，来达到最佳底吹搅拌效果。

控制功能描述：

（1）底吹启动和停止：底吹启动：点击切换旋钮，旋钮指向“启动”，“启动”变绿，“停止”变红。在底吹启动条件下，根据选择的“1+2路调节”或“2路调节”执行底吹氩气流量自动调节。（此时阀门需在自动态方可自动调节）

底吹停止：点击切换旋钮，旋钮指向“停止”，“停止”变绿，“启动”变红。在底吹停止条件下，“1路底吹”和“2路底吹”的第一道气动切断阀关闭，“1路底吹”的流量控制器关闭，“2路底吹”的气动调节阀关闭（0%）。（此时阀门不分自动态还是手动态，全部执行关闭，相当于急停）。

（2）1+2路调节：（1路底吹为0-40m3/h精密调节，用于生产过程中底吹氩气加热和小气量静吹；2路底吹为大于40m3/h大气量调节，用于搅拌）。

第一道气动切断阀和2路的气动调节阀设手动、自动两个状态，通过点击图标弹出设置框选择设置。自动状态下，方可执行自动控制；手动状态下，切断阀可设置选择手动开启或关闭，调节阀可手动设置设定开度。阀门开关限位反馈，开变绿、关变红。

第二道流量控制器只有自动状态，工作变绿、停止变红。

当功能旋钮同时选择“启动”和“1+2路调节”、且气动切断阀和气动调节阀全部在自动态时，执行1+2路底吹自动调节：当设定流量≤40m3/h，1路气动切断阀自动开启，流量控制器跟踪设定流量值，自动调节底吹氩气量（此时2路气动阀门全部关闭）；当>设定流量40m3/h，2路气动切断阀自动开启，气动调节阀跟踪设定流量值，自动调节底吹氩气量（此时1路气动阀门和流量控制器全部关闭）。

（3）2路调节：（2路底吹为大气量调节，主用于生产过程中大气量搅拌，并可以在1路底吹异常状态下全功能备用调节）

当功能旋钮同时选择“启动”和“2路调节”，以及2路气动切断阀自动、气动调节阀自动时，执行2路底吹自动调节：

1）自动调节并旋钮选择“调节”态：气动切断阀开启，气动调节阀跟踪“2路调节”设定流量值，自动跟踪调节底吹氩气量。

2）自动调节并旋钮选择“旁路”态：气动切断阀开启，气动调节阀全关闭（0%），走手动旁路（人工调整），给出静吹小气量。

功能旋钮选择“调节”则“调节”变绿，“旁路”变红；功能旋钮选择“旁路”则“旁路”变绿，“调节”变红。

（4）图标全部執行开绿/关红，选定变绿/不选变红。

3 控制系统软、硬件组成

系统软件：Windows XP Professional 操作系统。

应用软件：与PLC相匹配的siemens Step7 5.4编程软件和Wincc 6.0 HMI监控画面制作软件。

主机和显示器：研华610L主机，DELL21。

4 项目效果

底吹氩控制系统实现底吹模式分级控制后效果图如下：

通过微流量检测控制、底吹分级调节控制技术，实现小流量精确控制，既减少精炼前期大流量氩气对电极的冲击，延长电极的使用寿命，又减少了氩气的消耗，提升了钢水品质。

参考文献：

[1]高泽平.钢水精炼吹氩搅拌机理的研究[J].湖南冶金，2000（07）.

[2]吴学礼.两类非线性过程的智能控制方法及其应用研究[D].[华中科技大学博士论文]，2005.

[3]李树江，高宪文，柴天佑.模糊串级控制及其在精炼炉吹氢系统中应用[J].信息与控制，1998（02）.

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