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鞍钢炼钢大供气强度底吹系统的应用
来源:一起赢论文网     日期:2013-08-06     浏览数:3584     【 字体:

摘   要:为生产高性能板材产品,炼钢环节必须采用大供气强度的底吹系统。本文介绍了具有与炉龄同步的底枪更换及安全保障功能的顶底复吹转炉控制系统。详细介绍了采用三电一体化方式的自动化系统在转炉冶炼过程的不同阶段,按照一定的供气制度,分别对喷吹气体的压力、流量进行精细调控,确保带有软管连接的管路系统在大供气强度下与耳轴及炉底之间的连接没有泄漏。对气体的流量,可以在总管上集中调节,也可以在每个风嘴处单独控制。
关 键 词:底吹;供气强度;回路调节
Applicationofbottom-blowingsystemwithhighsupplygasintensityinsteelmakinginAnsteel
Abstract:Toproducehigh-performancesheetproducts,bottom-blowingsystemwithhighsupplygasintensitymustbeappliedinsteelmaking.Thetopandbottomcombinedblowingconvertercontrolsystemwithbottomblowingreplacementsystemwhichhasthesynchronizationwithcampaignlengthandsecurityfunctionsisdescribedinthisarticle.TheapplicationofautomationsystemwithEICisintroducedparticularlyatthedifferentstagesofconverterblowingprocesses.Accordingtoacertainsupplygassystem,thepressureandflowofblowinggasiswellcontrolledrespectively,ensuringthatthepipingsystemwithahoseconnectionwillnotleakattheconnectiononboththetrunnionandthebottom,evenifthesupplygasintensityisveryhigh.Asforthebottomblowinggasflow,itcouldbeadjustedonmainpipeandalsobecontrolledindividuallyateachnozzle.
Keywords:bottomblowing;supplygasintensity;loopcontrol
  1 引 言
  为了保证薄板铸机生产冷轧硅钢、冷轧深冲板等高性能板材产品的高标准工艺技术要求,鞍钢集团在炼钢总厂原有的三座100t顶吹转炉基础上,增建转炉底吹系统,形成转炉顶底复合吹炼工艺。该系统要求供气强度大、控制精度高,并且与炉衬寿命同步。为保证在大供气强度下不发生漏钢事故,系统采用了特殊的管路连接方式,采用了比常规底吹系统更为严格的安全措施。
  2 底吹工艺
  工艺原理 
    本系统工艺是在转炉底部布置多支喷枪,在整个炼钢过程中(一个周期),将搅拌气体按照预设定的供气强度通过转炉底部的喷枪吹入转炉内部,使溶池得到充分搅拌。搅拌气体的成份和流量根据冶炼工艺的要求加以调整。同时,转炉顶吹氧气的步骤要与底吹气体在熔池中形成的搅拌作用相协调。为保证供气强度,搅拌气体N2气和Ar气源管线首先进入加压站,由加压机到储气缶,其达到25MPa以上储气压力,从储气缶出来的两路气体经管道到转炉的底吹阀门室(入口压力为>14MPa),阀门室内布置N2气和Ar气双路供气管路,两种气体交替喷吹,经流量、压力调节后出阀门室,分成多条管路通过转炉从动侧轴中心套管进入,到达转炉壳的外侧,然后经不锈钢软管和联轴器接到各个喷吹元件进入转炉内部,进行底吹吹炼。
  2)本系统底吹工艺技术特点 
  从转炉底部吹入的气体,增加了反应阶段的混合搅拌强度,与以往的常规顶底复吹冶炼工艺相比,大供气强度底吹工艺使得液态金属和溶渣之间的热动力平衡形成得更快、更佳,从而保证了冶金效果的进一步改善。本系统底吹工艺的主要特点是:①供气强度大,为满足后工序高性能板材产品要求,最大供气强度超过020Nm3/t·min;为保证大强度供气条件下转炉旋转360°(+240°到-240°),且确保管与耳轴销钉之间的连接没有泄漏。管路系统采用带有高强度金属软管连接的管线连接系统,由软管卷筒和软管,皮带轮及配重组成。②为保障与转炉炉龄同步,采用了先进的挖补换底枪技术,保证底吹与炉衬同步。③为保证氮气、氩气压力与排气量建有氮气、氩气加压站及氮气、氩气储罐。阀站过滤器、气动截止阀、止回阀、流量调节控制器、通风阀、手动隔离阀高度集成化。④大强度搅拌,使熔渣中氧化铁含量较低、喷溅少、降低了耐火材料的消耗,使炉衬寿命提高20%~40%;也使渣量减少,渣中含铁量也得以减少,提高了金属收得率,降低了脱氧剂和合金材料的消耗;缩短了冶炼时间,喷枪的使用寿命相应提高。⑤增强了脱碳效果,使终点钢中的含碳量〔C〕≤400ppm;终点钢中的含氧量〔O〕≤700ppm,通过短时大强度搅拌处理,脱磷的效率更高、可使终点钢中含磷量达到〔P〕≤50ppm。⑥自动化系统采用三电一体化方式,仪表、PLC及MCC系统均成一体。整个底吹过程由远程PLC控制,操作集中在转炉操作室,合成于原顶吹系统。
  3 自动化控制系统[1]
  系统组成 
  转炉底吹作业的控制主要集中在转炉操作室内进行,整个底吹过程由PLC系统进行控制。在转炉冶炼过程中的不同阶段,PLC按照一定的供气制度(一定的供气曲线),对气体的流量进行调整(在不同阶段分别吹氮气、氩气),喷吹气体的压力,根据喷嘴的设计和数量,以及搅拌作用的强度而定。气体的流量可以在每个喷嘴处单独控制,也可以在总管上调节,在底吹设备连续操作时要有联锁控制及安全报警措施。转炉底吹自动化控制系统是在原来顶吹一、二级控制系统基础上增加新的系统。每座转炉各增加一套西门子S7-300PLC,将其挂在原系统的环形网上,与每座转炉主体S7-400PLC对应通信,因底吹系统距中控室较远,固采用光缆通信。转炉底吹PLC起协调底吹和顶吹操作过程,与原主体系统交换信息,在原主体HMI操作站进行监控操作。
  系统控制方式 
  转炉底吹系统包括N2气进气总管压力调节阀、Ar气进气总管压力调节阀、N2气总管快切阀、Ar气总管快切阀、4个透气元件支管流量调节阀[2]。系统控制方式分为手动与自动,由于底吹过程比较复杂,所以在正常生产时一般采用自动方式。在该方式下,设备由主控室控制。在计算机中保存有多种供气方案,每种方案包括总供氧量给定、阶段控制、氧步控制、供气种类以及每阶段、氧步气体的设定值等项目。操作人员可以在CRT上根据冶炼钢种不同选择一套底吹方案,此方案的数据在CRT上监控。PLC按照选定的供气方案,分阶段控制吹入的气种和气体的流量,这些阶段根据冶炼顺序分为:空炉、兑铁水、加废钢、吹氧开始、吹氧结束、补吹、出钢、出渣8个阶段,在吹氧开始至吹氧结束阶段,则按顶吹氧步进行大强度供气与气种切换的控制。PLC同时还起协调底吹和顶吹操作过程的作用。在操作人员确认数据后(可进行局部修改),计算机自动按照底吹方案执行控制任务,完成对气体流量及压力的调节。同时,由过程控制计算机对转炉顶吹氧气的步骤与底吹气体在熔池中形成的搅拌作用相协调,氧气顶吹喷枪的操作工艺,在新的情况下也进行相应的修正。底吹自动化系统结构图,如图1所示。图1 底吹自动化系统结构图
  回路调节[3] 
    底吹系统包括两种调节回路,一是底吹总管压力调节回路;一是底吹各支管流量调节回路。压力调节回路:底吹系统压力调节包括两个调节阀。压力调节可以分为开环和闭环两种方式,在闭环方式下,压力调节的设定值由底吹方案中得来或由操作人员手动输入,计算机按照设定值进行调节;在开环方式下,操作人员可以直接更改操作器的输出(0%-100%),在切换到开环方式时,控制器给定保留切换之前的设定值。流量调节回路:流量调节主要包括底吹总流量的选择和各回路流量设定值的计算。其原则是:首先是在保证供气总量不减少的基础下,阀站到转炉每条管路流量分配均匀。底吹总流量可以在底吹方案中选择或由操作人员手动设定,各支管流量的设定值是根据总流量和开关阀状态以及管道情况统计运算得出的。当某一支管发生阻塞造成该路流量减少,则应加大其他支管流量的设定,以保证供气总鞍钢炼钢大供气强度底吹系统的应用量不变。流量调节可以分为开环和闭环两种方式,在闭环方式下,流量调节的设定值由计算得出,计算机按照设定值进行调节,如果计算得出的设定值小于回路本身的最小设定值,控制器则以最小设定值为设定值进行调节;在由开环方式重新切换到闭环方式时,控制器用切换之前的最后的设定值进行调节。
  控制系统的安全措施[4] 
    为防止漏钢,在底吹设备设有联锁控制及安全报警措施。首先,所配切断阀与调节阀均采用得电气开式,同时锁定在小开度上。由此操作台上设有3个特殊按钮,以完成三种安全保护功能。①兑铁按钮 兑铁开始时按此按钮,底吹系统便进入一个冶炼周期的开始阶段。②复位按钮 在故障情况时按下复位按钮时,底吹系统便进入复位即空炉待料阶段。在自动方式下各调节回路的设定值设为空炉待料状态;在各节回路置于手动方式下,各调节回路则按手动设定值进行调解。③急停按钮 为了防止意外发生,在主控室设有急停按钮,一旦系统发生重度报警,通过急停按钮可以使N2、Ar气体管路上的阀全部打开,并且按照固定流量进行调节。
  4 结 语
  该系统投运情况良好,喷吹风嘴的设计、数量和分布合理。气体的流量可以在每个风嘴处单独控制,也可在总管上调节。底吹供气强度为005~020Nm3/t·min;终点钢中〔P〕含量≤50ppm;〔O〕含量≤600ppm。满足高性能板材产品对钢水成分和纯净度的要求;各项经济指标分析表明本项目的经济效益很好,投资回收期为30年。该系统具有鞍钢炼钢底吹系统的完全自主知识产权,有广阔的推广应用前景,现正准备推广应用于域外企业。
    参考文献:[1] 刘 .炼钢生产自动化技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.[2] 刘浏.转炉控制系统与在线检测技术(下)[J].冶金自动化,2000(3):58.[3] 张宏建等.自动检测与装置[M].北京:化学工业出版社.2004[4] 马竹梧,邹立功,孙彦广,邱建编著.钢铁工业自动控制(炼钢卷)[M].北京:冶金工业出版社,2004.[5]SlotineJ.J.,LiW.AppliedNonlinearControl[M].NewJersey:PrenticeHall,1991.[6]Heredia.J.A.,WenYu.Ahigh-gainobserver-basedPDcontrolforrobotmanipulator[C].AmericanControlConference,2000.[7]Tae-YongKuc,Woong-GieHan.AnadaptivePIDlearningcontrolofrobotmanipulators[J].Automatica,2000,36(5):717725.[8]P.R.Ouyang,W.J.Zhang,MadanM.Gupta.Anadaptiveswitchinglearningcontrolmethodfortrajectorytrackingofrobotmanipulators[J].Mechatronics,2006,16(1):5161.[9]YuxinSu,VicenteParra-Vega.Globalasymptoticsaturatedoutputfeedbackcontrolofrobotmanipulators[C].Proceedingsofthe7thWorldCongressonIntelligentControlandAutomation,2008.[10]Laib,A.Adaptiveoutputregulationofrobotmanipulatorsunderactuatorconstraints[J].IEEETransactionsonRoboticsandAutomation,2000,16(1):2935.[11]StefanoLiuzzo,PatrizioTomei.Aglobaladaptivelearningcontrolforroboticmanipulators[J].Automatica,2008,44(5):13791384.[12]S.Purwar,L.N.Kar,A.N.Jha.Adaptiveoutputfeedbacktrackingcontrolofrobotmanipulatorsusingpositionmeasurementsonly[J].ExpertSystemswithApplications,2008,34(4):27892798.[13]FuchunSun,ZengqiSun,Peng-YungWoo.Neuralnetwork-basedadaptivecontrollerdesignofroboticmanipulatorswithanobserver[J].IEEETransactionsonNeuralnetworks,2001,12(1):5467.[14]WaiRJ,ChangCJ.Trackingcontrolbasedonneuralnetworkstrategyforrobotmanipulator[J].Neurocomputing,2003,51:425445.[15]ChiouKuo-Ching,HuangShiuh-Jer.Anadaptivefuzzycontrollerforrobotmanipulators[J].Mechatronics,2005,25(2):151177.[16]SongZuoshi,YiJianqiang,ZhaoDongbin,LiXinchun.AComputedtorquecontrollerforuncertainroboticmanipulatorsystems:Fuzzyapproach[J].FuzzySetsandSystems,2005,154(2):208226.[17]H.F.Ho,Y.K.Wong,A.B.Rad.Robustfuzzytrackingcontrolforroboticmanipulators[J].SimulationModelingPracticeandTheory,2007,15(7):801816.[18]Y.Gao,M.J.Er,S.Yang.Adaptivecontrolofrobotmanipulatorsusingfuzzyneuralnetworks[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2001,48(6):12741278.[19]K.Y.Kuo,J.Lin.Fuzzylogiccontrolforflexiblelinkrobotarmbysingularperturbationapproach[J].AppliedSoftComputingJournal,2002,2(1):2438.[20]CastilloOscar,MelinPatricia.Intelligentadaptivemodel-basedcontrolofroboticdynamicsystemswithahybridfuzzy-neuralapproach[J].AppliedSoftComputingJournal,2003,3(4):363378.[21]G.Noureddine,G.Amar,B.Kamel,etal.Observer-basedadaptivecontrolofrobotmanipulators:Fuzzysystemsapproach[J].AppliedSoftComputing,2008,8(1):778787.[22]S.Purwar,I.N.Kar,A.N.Jha.Adaptivecontrolofrobotmanipulatorsusingfuzzylogicsystemsunderactuatorconstraints[J].FuzzySetsandSystems,2005,152(3):651664.[23]LabiodS,BoucheritMS,GuerraTM.AdaptivefuzzycontrolofaclassofMIMOnonlinearsystems[J].FuzzySetsandSystems,2005,151(1):5977.[24]ManZhihong,M.Palaniswami.Robusttrackingcontrolforrigidroboticmanipulators[J].IEEETransactionsonAutomaticControl,1994,39(1):154159.[25]MagdyM.Abdelhameed.Enhancementofslidingmodecontrollerbyfuzzylogicwithapplicationtoroboticmanipulators[J].Mechatronics,2005,15(4):439458.[25]ZhimeiChen,JinggangZhang,etal.Slidingmodecontrolofrobotmanipulatorsbasedonneuralnetworkreachinglaw[C].IEEEInternationalConferenceonControlandAutomation,2007.[27]Z.Man,X.Yo,K.Eshraghian,etal.ArobustadaptiveslidingmodetrackingcontrolusinganRBFNeuralNetworkforRoboticsManipulators[C].ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonNeuralNetworks,1995.[28]Su-HauHsu,Li-ChenFu.Afullyadaptivedecentralizedcontrolofrobotmanipulators[J].Automatica,2006,42(10):17611767.

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