摘　　　要：介绍了电炉炼钢时在无缓冲条件下，克服生产用气变化巨大影响，稳定氧气输送压力。采用分程控制的控制方案，利用一大一小两台薄膜调节阀，对主管路氧气压力调节，根据流量设定值的大小，分段设定工作点，自动进行两台阀门的切换，通过大阀小阀相互配合进行调节，可以保证大小流量下管线气体压力稳定输出。
关　键　词：烧嘴模式；分程控制；无扰动切换；ＰＩＤ调节
ＯｘｙｇｅｎＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｏｆＥＡＦｕｎｄｅｒｔｈｅＣｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｎｏＢｕｆｆｅｒＴａｎｋ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓＥＡＦｍｅｌｔｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｎｏｂｕｆｆｅｒｔａｎｋ，Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｔｈｅｏｘｙｇｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｇａｓｗａｓｃｈａｎｇｅｄ．ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｒａｄｉｎｇ，ｏｘｙｇｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｒｅｇｕｌａｔｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｄｅｓｉｇｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｌｏｗｓｅｔｐｏｉｎｔｖａｌｕｅ，ｓｅｔｔｈｅｐｏｌｙｐｏｉｎｔ，ｔｈｅｔｗｏｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｖａｌｖｅｗｅｒｅａｄｊｕｓｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｅｏｆｂｕｒｎｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｒａｄｉｎｇ；ｓｗｉｔｃｈｏｆｎｏｄｉｓｔｕｒｂｅｄ；ＰＩＤｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ
　　１　引　言
　　为了提高高速动车组车轮、机车车轮、环件等高附加值产品的质量，进一步优化产品的结构，打造马钢的特钢基地，马钢电炉厂引进意大利ＣＯＮＣＡＳＴ公司的１１０吨超高功率电弧炉。在电炉氧气阀站的设计中，氧气自力式调节阀阀前压力为１４～２３Ｂａｒ，在氧气流量０～１６０００Ｎ·ｍ３／ｈ范围内调节时，阀后压力为１１～１３Ｂａｒ，生产过程中发现阀后压力在１３５～１９Ｂａｒ之间波动，不能满足工艺需要。在原有的氧气主管路上，将自力式调节阀更换为一大一小两台薄膜调节阀，采用分程控制，稳定氧气输送压力，保证生产的有序进行。
　　２　概　述
　　现代大型电炉炼钢时除了电极通电外，还要辅助利用氧枪、喷嘴吹入氧气进行辅助加热。吹入的氧气有几种模式：烧嘴点火、烧嘴预热、烧嘴切割、烧嘴精炼等几种模式，氧气的用量是按照不同模式下不同时间段的设定值进行切换的。最小的氧气用量约为４８０Ｎ·ｍ３／ｈ，随着不同的模式和阶段，设定值梯次加大，最大氧气用量设定值为１６０００Ｎ·ｍ３／ｈ以上。工艺要求在这样大的变化范围内，要求将氧气外部总管送来的压力由２３ＭＰａ稳定的降到并维持在１２ＭＰａ左右。针对这种情况，一般选用调节阀（薄膜调节阀或自力式调节阀）＋缓冲罐（气体分配器）的方法来解决这个问题，利用缓冲罐的容量来缓冲维持这个工作压力，消除流量变化的影响，效果比较好。
　　但是有些场合，如果由于场地或资金的限制，无法配置缓冲罐（气体分配器），这时由于大小流量差超过近４０倍，光靠一台压力调节阀门很难满足降压和稳压的要求，经常出现下列问题之一：
　　①调整好大流量时使得压力稳定，但转小流量时，减压很慢，工作压力降不下来，压力高。②调整好小流量时使得压力稳定，但是转大流量时，阀门产生振荡，工作压力稳不住。
　　国内有其他钢厂在这方面选用特殊定制的进口自力式调节阀（如ｆｉｓｈｅｒ自力式阀）进行控制，虽然满足工艺要求，但是调节效果也不是特别令人满意。另外定制的进口高压氧气自力式调压阀门很贵，单台阀基本要达２０多万，加上备件贵，采购周期长，不利于生产的稳定和降本增效。
　　３　电炉用氧压力控制方案设计
　　为了解决在无法安装气体缓冲罐场合，克服生产用气变化巨大的影响，稳定气体输送压力的问题。现采用的技术方案为分程控制，利用一大一小两台薄膜调节阀，根据流量设定值的大小，设置几个工作点，自动进行两台阀门的切换，通过大阀小阀相互配合进行调节，可以保证大小流量下管线气体压力保持稳定，满足工艺的要求，节约设备投资。该方法的思路是：根据电炉用氧量的变化，结合大小压力调节阀门的流通能力，划分３个控制阶段进行不同的控制：
　　①当总用氧量设定流量变化范围在小流量（如０～２０００Ｎ·ｍ３／ｈ）时，主管切断阀ＨＶ２０１自动关闭，主管路调节阀ＰＣＶ２０１模式切换到手动，调节阀开度调整为０；支路调节阀ＰＣＶ２０２投入自动ＰＩＤ调节，通过设定比例和积分参数，将阀后压力控制在１２Ｂａｒ左右。②当总用氧量设定流量变化范围在中流量（２０００～３５００Ｎ·ｍ３／ｈ）时，主管路切断阀ＨＶ２０１自动打开，主管路调节阀ＰＣＶ２０１模式保持在手动，调节阀开度可调整到合适的开度（如２０％），同时支路调节阀ＰＣＶ２０２投入自动ＰＩＤ调节，设定比例和积分参数，将阀后压力控制在１２Ｂａｒ左右。③当总用氧量设定流量变化范围在大流量（３５００～１６０００Ｎ·ｍ３／ｈ）时，支路调节阀ＰＣＶ２０２模式切换到手动，调节阀开度调整到合适的开度（如８０％），主管路切断阀ＨＶ２０１自动打开，主管路调节阀ＰＣＶ２０１投入自动ＰＩＤ调节，设定比例和积分参数，将阀后压力控制在１２Ｂａｒ左右。这样，３个阶段两台阀门进行不同工作方式的切换和组合，保证了全流量范围内的压力稳定。针对以上的技术方案，主要说明以下几点：①以上这个压力调节系统适用于电炉炼钢用氧或其他类似场合，即气体用量变化巨大造成工作压力不稳，但现场又没有条件配置缓冲罐（气体分配器）进行压力缓冲的场合。②本系统通过数据接口获得电炉用氧的当前设定值，并据此来划定三个控制阶段，分别由小阀自动大阀离线，小阀自动大阀手动，小阀手动大阀自动进行压力调节控制，各阶段的阀门的切换均为无扰动切换，保证了系统的稳定。③针对大流量调节阀关闭时产生的泄漏，会对小流量时的压力控制产生影响，故在在大阀的阀前加设一台切断阀。以上三点是本系统在实现无缓冲罐（气体分配器）条件下，克服电炉用氧变化巨大影响，进行压力调节获得可靠效果的主要特征。
　　４　电炉用氧压力控制方案的具体实施
　　本控制方案的具体实施主要包含：①大小阀门控制范围的选择　将最小流量和最大流量，按照下式确定切换点的流量，切换点＝ＳＱＲＴ（最小流量最大流量）；按照此切换点，向阀门制造厂家提出大小压力调节阀的流量要求（同时也包含其他要求，如材质等），进行订货。按照“最小流量～切换点７０％”、“切换点７０％～切换点１３０％”、“切换点１３０％～最大流量”确定３个控制范围②与生产控制系统数据通信接口的下载　本系统的设计是基于Ｓ７３００ＰＬＣ控制系统完成的，配套的软件中包含了通信双方完整的数据通信硬件组态和对应接受和发送程序，实际应用中对照编辑修改后在双方ＰＬＣ中各自下载即可。通信的内容主要是电炉用氧的总设定值。③阀门控制逻辑的下载　电炉用氧压力控制的技术是基于Ｓ７３００ＰＬＣ控制系统完成的，配套的软件中包含了２个阀门的控制功能块，实际应用中只需要将必须的参数连接到功能块的管脚，在己方的ＰＬＣ下载即可。主要参数为：阀后的压力、流量控制的３个范围、３台阀门（２台调节阀、１台切断阀）的ＩＯ地址，２台调节阀ＰＩＤ整定参数等④设备的安装与调试　管道的布置、阀门的安装，如图１所示。图１　无缓冲罐条件下克服流量变化大影响进行压力调节的示意图