煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)改造分析

沈江珠

（酒鋼集團榆中鋼鐵有限公司，甘肅 蘭州 730104）

鋼包底吹是煉鋼精煉爐在生產(chǎn)成品鋼時，不可或缺的重要工藝手段。其主要作用是通過攪拌和氣洗鋼水，以防止出現(xiàn)鋼水氧化。通常情況下，在開展鋼包底吹工藝時，對精煉鋼水質(zhì)量影響最大的因素即是氬氣流量的控制。如氬氣流量相對較大，則會導(dǎo)致穿液面發(fā)生嚴重的噴濺現(xiàn)象，從而致使鋼水出現(xiàn)裸露氧化，致使夾雜物大量增加。而如果吹氬氣的流量較小，則會造成流量不夠穩(wěn)定、無法開展快速攪拌，不能完全的去除氣體和夾雜物，影響煉鋼過程的質(zhì)量。

1 鋼包底吹控制系統(tǒng)的原理

煉鋼精煉爐的鋼包底吹控制系統(tǒng)改造的前提是了解和掌握其具體的工作原理。一般情況下，鋼包底吹控制系統(tǒng)是由兩套氬氣控制閥而組成，分別控制兩組鋼包底吹工藝的開展。同時配備流量調(diào)節(jié)電磁閥，當其打開時，會產(chǎn)生對應(yīng)的流量值。而電磁閥的動作則是根據(jù)氬氣流量工藝的實際要求而決定的，即是在HMI設(shè)定煉鋼工藝所需輸出的流量值，通過計算后，能夠準確得到電磁閥的動作狀態(tài)，打開相應(yīng)的閥而關(guān)閉其他無關(guān)閥。在設(shè)定流量值后，就可以按照設(shè)定值進行穩(wěn)定的流量輸出。如果在這一過程中發(fā)生流量堵塞等情況，比如閥門損壞，鋼包底吹磚堵吹不開時，應(yīng)當采用事故頂吹的方式進行解決[1]。

2 煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)工作要點及存在的問題

鋼包底吹控制工藝在煉鋼精煉爐中一般包括有破渣、下料攪拌以及精煉和軟吹等過程。首先在破渣工藝進行時，其主要是利用氣流將爐前送過來的鋼水包上所板結(jié)的渣殼進行吹開，所以要求流量相對較大，才能夠確保將鋼包透氣磚吹開或者破渣等。不過在鋼包透氣磚被吹開后，則要盡可能的降低流量，以免造成比較嚴重的噴濺現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致鋼水出現(xiàn)裸露氧化，致使夾雜物大量增加。基于此，相關(guān)操作人員需要在HMI人機畫面上對破渣的流量進行準確的設(shè)定，以80t鋼包為例，其流量要設(shè)置為500L/min，控制電磁閥對相應(yīng)的閥下達指令，促使各個閥相互組合，從而吹開鋼包透氣磚以及破渣。然后操作人員要對流量進行重新設(shè)定，再進行攪拌[2]。在加料過程中，可以通過控制電磁閥F1.1～F1.9和F2.1～F2.9等進行組合，開展相應(yīng)的攪拌操作。此時的流量相比于破渣時要小，往往設(shè)定在400L/min即可。但是由于要避免發(fā)生噴濺現(xiàn)象，所以要通過波動較小的流量均勻攪拌物料。在實際工藝的操作中，一旦某個電磁閥發(fā)生卡或者堵等情況，都會導(dǎo)致物料的攪拌力度不足，不能達到標準的攪拌要求。尤其是在煉鋼精煉爐中進行攪拌工作時，因為電極是在鋼水中進行操作，所以攪拌的流量不宜過大，容易造成電極過大而發(fā)生斷裂現(xiàn)象。同時還要求流量保持平穩(wěn)狀態(tài)，盡量維系波動較小，以便于開展精煉工藝和升溫操作。在進行軟吹攪拌操作是，則需要保障流量較小，促使夾雜物能夠上浮到表面，促使鋼水得到有效的凈化。

而在實際運用過程中，煉鋼精煉爐的鋼包底吹控制系統(tǒng)存在一定的問題，即是由于該控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式，通過儀表所檢測出來的各項參數(shù)數(shù)據(jù)僅能作為參考，不能作為準確數(shù)據(jù)。同時在底吹的四個環(huán)節(jié)過程中，均沒有設(shè)置高效的流量跟蹤以及反饋調(diào)節(jié)，從而就會造成流量控制很難實現(xiàn)平穩(wěn)，對波動的降低效果不佳。為保障煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮良好作用，急需一套能夠?qū)崿F(xiàn)大流量破渣、小流量攪拌的先進底吹控制系統(tǒng)，確保煉鋼精煉爐的鋼包底吹工藝具有高效性和合理性。

3 煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)改造分析

3.1 改造思路

結(jié)合煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)的原理和存在的問題，對原系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，應(yīng)先確定其改造思路。在實踐中發(fā)現(xiàn)，原有鋼包底吹系統(tǒng)在技術(shù)上還無法實現(xiàn)有效的流量跟蹤反饋。因此在鋼包底吹控制系統(tǒng)的改造過程中，需要將實現(xiàn)大流量和事故頂吹控制作為主要優(yōu)化目標，在一定程度上避免因底吹閥組出現(xiàn)故障而影響精煉工藝的有序開展。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當保留原有精煉爐鋼包底吹控制閥組系統(tǒng)，并在原管路上增加兩套一體式的流量調(diào)節(jié)閥和切斷閥，目的是保障PID閉環(huán)調(diào)節(jié)控制得以實現(xiàn)，促使底吹控制系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用性能，在PLC程序控制單元的作用下，降低電磁閥組損壞而阻礙工藝高效開展的威脅[3]。

3.2 鋼包控制系統(tǒng)組成部分

改造后的一體式鋼包底吹流量調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)相比于原系統(tǒng)，在組成上有所不同，其是由檢測流量計以及電動調(diào)節(jié)閥兩部分組成，應(yīng)用4mA～20mA信號進行輸出和輸入，具有測量精度較高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、對惡劣環(huán)境適應(yīng)性強的特點。因此在具體改造過程中，需要采用PLC控制系統(tǒng)，并在DP站點上適當增加1塊4mA～20mA的AO模塊，主要是對氬氣調(diào)節(jié)閥的開度進行有效的控制，并增加1塊AI模塊，對調(diào)節(jié)后的流量進行準確檢測，為良好的煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)開展工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

對煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)進行程序設(shè)計是其改造過程中的重點內(nèi)容，即是根據(jù)PLC相應(yīng)的編程方法，將OBI組織作為主要的程序執(zhí)行模塊，并在其中有效調(diào)用FC和FB等模塊。同時PID控制功能模塊要作為所有軟件的固有共享模塊，按照PID調(diào)節(jié)進行編寫的調(diào)用模塊。在改造中，技術(shù)人員需要基于原有的鋼包底吹系統(tǒng)編程，通過增加流量、壓力模擬量轉(zhuǎn)換標準塊來作為新增的項目模塊。能夠有效的發(fā)揮調(diào)節(jié)閥的編程控制作用。

首先，對流量數(shù)據(jù)采集程序進行設(shè)計。則是保障一體式的流量調(diào)節(jié)閥能夠?qū)⒉杉降牧髁啃盘杺鬏數(shù)絇LC中。然后經(jīng)過PLC控制程序的內(nèi)部模/數(shù)轉(zhuǎn)化器，將其信號轉(zhuǎn)化為二進制的數(shù)值，并存入到系統(tǒng)外部的流量輸入點存儲空間，再利用模擬量輸入轉(zhuǎn)換塊按照0～72的量程開展計算活動，輸出的流量范闊過程值一般要為十進制數(shù)[4]。

其次，要合理設(shè)計PID調(diào)節(jié)閥控制程序。即是要求在進行調(diào)節(jié)操作時，能夠運用HMI增設(shè)調(diào)節(jié)閥開展手動或者自動化的操作控制，實現(xiàn)操作模式的靈活切換，以應(yīng)對不同的工作狀況。比如在手動操作模式下，可以直接對HMI上存在的給定開度進行合理的設(shè)置，并經(jīng)過PID控制功能塊計算后有效輸出開度值。然后再使用西門子模擬量輸出轉(zhuǎn)換塊按照0～100的量程計算，從而輸出二進制數(shù)，最后基于PLC的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)化為對4mA～20mA信號，以便于起到控制調(diào)節(jié)的作用；在自動操作模式下，按照HMI人機畫面所給定的設(shè)定值，通過PID調(diào)節(jié)功能塊進行流量計算，同時與流量反饋過程值進行對比，保障輸出相對穩(wěn)定的開度值。再由模擬量輸出轉(zhuǎn)換塊按照0～100量程計算輸出二進制數(shù)，經(jīng)過PLC的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為控制調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA信號。在自動操作模式條件下，對調(diào)節(jié)閥進行調(diào)試時，比例增益系數(shù)的調(diào)整對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有較大的影響。當比例增益系數(shù)較小時，對流量的跟蹤反饋速度較慢，會在一定程度上增加鋼包的底吹時間，無法滿足精煉工藝的需求。而如果比例增益系數(shù)相對較大，就會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)效果不佳等現(xiàn)象。在改造研究中發(fā)現(xiàn)，比例增益系數(shù)在0.02較為合理，可以滿足7s～10s的穩(wěn)定調(diào)節(jié)工藝要求。

最后，需要科學設(shè)計切斷閥控制程序。在煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)中，切斷閥的主要功能和作用是開關(guān)，在HMI人機畫面中，相關(guān)操作人員按下開閥按鈕，則能夠打開切斷閥，此時調(diào)節(jié)閥可以按照給定的流量設(shè)定值和流量反饋過程值實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

3.4 煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)操作過程

對改造后的鋼包底吹控制系統(tǒng)進行操作，需要嚴格遵循相應(yīng)的流程和規(guī)范。在實際精煉工藝操作中，相關(guān)人員主要采用兩種方式。當開展破渣工藝時，可以在原有的電磁閥組中利用大流量將鋼包的透氣磚或者破渣等進行吹開，然后重新設(shè)定流量值，保障平穩(wěn)狀態(tài)下對物料進行攪拌。當攪拌工藝結(jié)束之后，再將其轉(zhuǎn)換到調(diào)節(jié)閥，以便與利用中小流量開展攪拌。所以改造后的煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)，在HMI人機畫面中有兩套鋼包底吹控制操作系統(tǒng)。在實際操作時，轉(zhuǎn)換到調(diào)節(jié)閥操作后，相關(guān)人員要先選擇自動調(diào)節(jié)模式，然后在合理設(shè)定調(diào)節(jié)的流量值，打開切斷閥，促使鋼包底吹控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動跟蹤調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

綜上所述，對煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)進行改造后，其呈現(xiàn)出動態(tài)特性較好、快速穩(wěn)定的特征，而且還能夠有效的提高整個控制系統(tǒng)的抗干擾能力。所以通過采用雙系統(tǒng)底吹控制，可以減少發(fā)生氬氣無法調(diào)節(jié)的故障幾率。充分提供鋼水的質(zhì)量和純凈度。因此在對改造設(shè)計中，需要明確煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)的工作原理，分析其工作要點和存在的問題。在綜合考慮下，確定科學合理的改造思路、詳細設(shè)置鋼包控制系統(tǒng)的組成部分、設(shè)計控制系統(tǒng)程序并嚴格按照相關(guān)操作流程，從而實現(xiàn)煉鋼精煉爐鋼包底吹控制系統(tǒng)氬氣消耗量減少、加熱周期縮短的優(yōu)勢，盡可能的降低生產(chǎn)成本。