VD氬氣攪拌自動控制設(shè)計(jì)

徐芳泉

摘 要：在對合金鋼進(jìn)行冶煉的過程之中，需要將其中的各種雜質(zhì)以及氣體元素排出鋼水之外，進(jìn)而能獲得純凈的優(yōu)質(zhì)鋼水。氬氣攪拌能夠讓鋼水成分、溫度更為均勻，促進(jìn)夾渣物的上浮，讓鋼水更為純凈。在文中就VD氬氣攪拌的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：真空爐，氬氣，攪拌

電弧爐冶煉優(yōu)質(zhì)合金鋼工藝過程一般為：超高功率電弧爐（FSF）鋼包精練電爐（LF）和真空爐（VD）三個(gè)冶煉次序，在VD中進(jìn)行真空抽氣的目的就是使鋼水中夾雜的各種氣體元素如H，O，N，盡可能排出鋼水之外，使這些有害元素的含量達(dá)到冶煉標(biāo)準(zhǔn)，從而獲得純凈的優(yōu)質(zhì)鋼水，為使這些元素能順利排除鋼水，向鋼水由底部向上吹一定流量的氬氣，利用真空擴(kuò)散的原理，促使H，O，N，等氣體上浮，排出鋼水面.同時(shí)，氬氣攪拌起到均勻鋼水成分，均勻鋼水溫度，促進(jìn)夾雜物上浮的作用，從而獲得優(yōu)質(zhì)純凈的鋼水，氬氣攪拌系統(tǒng)一個(gè)主要的控制目標(biāo)是鋼水中吹出氬氣的流量.

一、VD爐氬氣攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理

1、結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)設(shè)備由一組流量控制閥、壓力計(jì)量單元、流量計(jì)量單元、穩(wěn)流裝置、PLC控制單元和人機(jī)界面等組成。該裝置能實(shí)現(xiàn)氬氣流量大范圍精確控制，可進(jìn)行遠(yuǎn)程自動和現(xiàn)場手動操作，并提供RS422/485標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，以廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)自動化吹氬系統(tǒng)。

2、原理

設(shè)備采用的PCM流量控制技術(shù)是將控制信號以2進(jìn)制的形式輸出，去控制一組閥門的開關(guān)組合。詳見附圖1：

圖中將A1A2A3A4……制成可調(diào)節(jié)的A1A2A3A4……四種開口面積，這樣就成為A1：A2：A3：A4……=1：2：4：8……。將上述A1—A6綜合面積的組合，由開關(guān)閥的通斷來實(shí)現(xiàn)，不同的二進(jìn)制信號，對應(yīng)不同的開口面積，當(dāng)二進(jìn)制信號按一定規(guī)律變化時(shí)，就可以得到與二進(jìn)制信號成比例關(guān)系的供氬氣面積，從而可以得到與二進(jìn)制信號變化成正比例關(guān)系的流量。同時(shí)系統(tǒng)中增加了穩(wěn)流裝置，使的流量不受外界因素的干擾，滿足了各種煉鋼工藝的要求。

在控制系統(tǒng)中可以根據(jù)工藝要求，即時(shí)設(shè)定和修改吹氬流量曲線，可以手動控制亦可在主控臺上控制，并提供吹氬監(jiān)控畫面，同時(shí)設(shè)有氣源壓力低、泄露報(bào)警、堵塞報(bào)警功能，便于操作人員了解吹氬情況并及時(shí)排除。

二、本系統(tǒng)設(shè)備的主要功能

1、每個(gè)氣體控制柜各有兩個(gè)出口，以各自的吹氣模式負(fù)責(zé)兩個(gè)工位同時(shí)吹氣攪拌，并互不影響。每個(gè)氣體控制柜內(nèi)配有兩套控制閥組，每套閥組均配有高壓旁路，在正常工作壓力無法吹透的情況下自動切換到高壓旁路強(qiáng)吹；滿足設(shè)定值和實(shí)際氣體流量的一致性；保證鋼水始終處于穩(wěn)定攪拌狀態(tài)并且吹氬機(jī)出口距鋼包距離不大于50m。

2、正常進(jìn)入氣體控制柜的氣體壓力滿足0.8～1MPa，最高壓力不超過2.5 MPa；用點(diǎn)正常使用壓力為0.5～0.7 MPa。

3、氣體控制柜內(nèi)裝有PLC SIEMENS S7 300，并存儲滿足爐外精煉及電爐出鋼鋼包吹氣攪拌的理想進(jìn)行的應(yīng)有程序幾種常用吹氬模式并可以進(jìn)行一鍵快速切換、各種壓力及流量顯示、吹氣攪拌結(jié)束程序等。整個(gè)流量的設(shè)置和實(shí)際流量的控制均在此程序中。通過主控室的電腦顯示屏，操作人員可以隨時(shí)跟蹤整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。氣體流量顯示表和壓力顯示表隨時(shí)顯示鋼包里的吹氣攪拌情況；氣體流量的設(shè)置和改變輕而易舉；操作人員可以在電腦中同時(shí)得到以下真實(shí)數(shù)據(jù)：

a.初始值的設(shè)定；

b.當(dāng)前管道壓力；

c.當(dāng)前流量；

d.累積的吹氣攪拌時(shí)間；

e.單位時(shí)間內(nèi)總的氣體使用量；

f.至少3個(gè)流量快速切換值的設(shè)定和顯示；

g.旁通開關(guān)的控制和運(yùn)行情況；

h.隨時(shí)了解鋼包里的吹氣攪拌情況，并判斷透氣磚的透氣性能等；

在主控電腦里除以上數(shù)據(jù)外，還可以統(tǒng)計(jì)到每個(gè)工位氣體的總使用量（僅允許管理人員清零），查詢精煉爐超過1000爐的開始吹氣時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并查詢每包鋼的氣體使用量。

4、參數(shù)顯示采用品牌PC17″真彩液晶顯示屏，并備有聯(lián)網(wǎng)接口卡，負(fù)責(zé)兩個(gè)工位鋼水的監(jiān)測和實(shí)現(xiàn)室內(nèi)遠(yuǎn)程控制。

5、每套設(shè)備配有兩個(gè)現(xiàn)場操作箱，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制及顯示數(shù)據(jù)與主控電腦同步，具有各種吹氬模式的快速切換開關(guān)，并且可以實(shí)現(xiàn)對吹氣流量的人工干預(yù)調(diào)整。操作箱的設(shè)計(jì)安全可靠，不會影響生產(chǎn)。操作箱的顯示儀表上可以得到以下數(shù)據(jù)： a.當(dāng)前壓力 b.當(dāng)前流量

6、高壓旁路和低壓旁路（即正常支路）手動切換按鍵安裝在操作箱上，正常狀態(tài)下是系統(tǒng)自動切換，操作人員可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行手動切換，操作簡便。主控室電腦隨時(shí)顯示吹氣攪拌情況，并與操作箱一致，實(shí)現(xiàn)電腦與操作箱同時(shí)控制。

7、保證在渣層不破的情況下給予鋼水最大氣體流量軟吹，并可做微調(diào)。

8、系統(tǒng)具有對透氣磚的保護(hù)功能。設(shè)備在停止工作時(shí)，能夠緩慢降低管道內(nèi)的氣體壓力，使鋼水在透氣磚上有足夠的時(shí)間形成硬結(jié)層，從而保護(hù)透氣磚。

9、流量準(zhǔn)確檢測和自動控制：設(shè)定流量和當(dāng)前流量偏差不超過5NL/min；設(shè)定氣體的流量變化與實(shí)際流量反應(yīng)時(shí)間小于2秒（視氣源壓力的波動情況而定）。

10、具有氣源壓力低、漏氣報(bào)警、堵塞報(bào)警等報(bào)警功能。

11、所有管道、接頭、過濾器等采用不銹鋼或銅質(zhì)材料。

三、設(shè)備較傳統(tǒng)吹氬裝置的優(yōu)勢

1、節(jié)能：本機(jī)噸鋼吹氬量僅為傳統(tǒng)吹氬裝置的三分之二。

2、較傳統(tǒng)吹氬裝置更能有效地提高鋼的純凈度和質(zhì)量。

3、較傳統(tǒng)吹氬裝置鋼液升溫快，精煉時(shí)間縮短20%。

4、綠色環(huán)保，100%吹氣攪拌成功。

四、新系統(tǒng)設(shè)備與傳統(tǒng)吹氬裝置的區(qū)別

由于傳統(tǒng)的吹氬技術(shù)采用流量-調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)，根據(jù)流量計(jì)反映出的氬氣流量和預(yù)設(shè)的流量比較，需改變流量時(shí)，要控制電動調(diào)節(jié)閥或氣動薄膜閥的開口量大小改變供氬流量，由于上述閥門的開啟度僅十幾毫米大小，很難實(shí)現(xiàn)大范圍的流量變化，由于是閉環(huán)控制反應(yīng)的靈敏度不是最理想，往往在吹氬量微量調(diào)整時(shí)不能如愿，再加上各鋼包的透氣性能不穩(wěn)定和現(xiàn)場工況的影響，其吹氬設(shè)備根本滿足不了煉鋼工藝的要求，這樣既浪費(fèi)了成本，鋼的品質(zhì)又得不到明顯改善，使得一些企業(yè)不得不采用電磁攪拌等其它落后的手段來彌補(bǔ)底吹氬的不足。我們最新研發(fā)的G6數(shù)控吹氬機(jī)從根本上解決了傳統(tǒng)吹氬設(shè)備的弊端，采用國際上先進(jìn)的脈沖編碼技術(shù)（PCM）和加權(quán)平均法去控制一組閥門的開關(guān)組合。同時(shí)考慮到鋼包的透氣磚性能的不穩(wěn)定和現(xiàn)場工況的影響，在系統(tǒng)中又加入了穩(wěn)流裝置。自本設(shè)備研制成功到投入運(yùn)行以來，經(jīng)鑒定其性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到和超過國際先進(jìn)水平。

五、結(jié)論

一煉鋼2#VD爐是利用抽真空原理來獲得優(yōu)質(zhì)鋼水。而這一系列的工作過程要由氬氣攪拌來完成。從它的設(shè)計(jì)和控制中可以看到，采用的是先進(jìn)的DOSE閥組，及流行的PLC操作，可通過人機(jī)界面進(jìn)行手動與自動切換的操作控制。消除了以往的傳統(tǒng)閥組所存在的問題。S7-400（主站PLC）采用的分布式I/O控制，與氬氣攪拌PLC的S7—300（分站PLC）通過MPI點(diǎn)接口進(jìn)行聯(lián)接。MMI和主站PLC是由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接的。以達(dá)到在MMI畫面上可隨時(shí)進(jìn)行操作，監(jiān)控閥的狀態(tài)等目的，同時(shí)也為我們維護(hù)帶來了方便。