徐芳泉

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

關鍵詞：真空爐，氬氣，攪拌

電弧爐冶煉優(yōu)質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）三個冶煉次序，在VD中進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到冶煉標準，從而獲得純凈的優(yōu)質鋼水，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，利用真空擴散的原理，促使H，O，N，等氣體上浮，排出鋼水面.同時，氬氣攪拌起到均勻鋼水成分，均勻鋼水溫度，促進夾雜物上浮的作用，從而獲得優(yōu)質純凈的鋼水，氬氣攪拌系統(tǒng)一個主要的控制目標是鋼水中吹出氬氣的流量.

一、VD爐氬氣攪拌設備的結構和原理

1、結構組成

本系統(tǒng)設備由一組流量控制閥、壓力計量單元、流量計量單元、穩(wěn)流裝置、PLC控制單元和人機界面等組成。該裝置能實現氬氣流量大范圍精確控制，可進行遠程自動和現場手動操作，并提供RS422/485標準通訊接口，以廣泛應用于鋼鐵企業(yè)自動化吹氬系統(tǒng)。

2、原理

設備采用的PCM流量控制技術是將控制信號以2進制的形式輸出，去控制一組閥門的開關組合。詳見附圖1：

圖中將A1A2A3A4……制成可調節(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，由開關閥的通斷來實現，不同的二進制信號，對應不同的開口面積，當二進制信號按一定規(guī)律變化時，就可以得到與二進制信號成比例關系的供氬氣面積，從而可以得到與二進制信號變化成正比例關系的流量。同時系統(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)中可以根據工藝要求，即時設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，同時設有氣源壓力低、泄露報警、堵塞報警功能，便于操作人員了解吹氬情況并及時排除。

二、本系統(tǒng)設備的主要功能

1、每個氣體控制柜各有兩個出口，以各自的吹氣模式負責兩個工位同時吹氣攪拌，并互不影響。每個氣體控制柜內配有兩套控制閥組，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吹；滿足設定值和實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)并且吹氬機出口距鋼包距離不大于50m。

2、正常進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；用點正常使用壓力為0.5～0.7 MPa。

3、氣體控制柜內裝有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行的應有程序幾種常用吹氬模式并可以進行一鍵快速切換、各種壓力及流量顯示、吹氣攪拌結束程序等。整個流量的設置和實際流量的控制均在此程序中。通過主控室的電腦顯示屏，操作人員可以隨時跟蹤整個系統(tǒng)運行狀況。氣體流量顯示表和壓力顯示表隨時顯示鋼包里的吹氣攪拌情況；氣體流量的設置和改變輕而易舉；操作人員可以在電腦中同時得到以下真實數據：

a.初始值的設定；

b.當前管道壓力；

c.當前流量；

d.累積的吹氣攪拌時間；

e.單位時間內總的氣體使用量；

f.至少3個流量快速切換值的設定和顯示；

g.旁通開關的控制和運行情況；

h.隨時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據外，還可以統(tǒng)計到每個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爐的開始吹氣時間和結束時間，并查詢每包鋼的氣體使用量。

4、參數顯示采用品牌PC17″真彩液晶顯示屏，并備有聯網接口卡，負責兩個工位鋼水的監(jiān)測和實現室內遠程控制。

5、每套設備配有兩個現場操作箱，實現現場控制及顯示數據與主控電腦同步，具有各種吹氬模式的快速切換開關，并且可以實現對吹氣流量的人工干預調整。操作箱的設計安全可靠，不會影響生產。操作箱的顯示儀表上可以得到以下數據： a.當前壓力 b.當前流量

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，操作人員可根據實際生產情況進行手動切換，操作簡便。主控室電腦隨時顯示吹氣攪拌情況，并與操作箱一致，實現電腦與操作箱同時控制。

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。

8、系統(tǒng)具有對透氣磚的保護功能。設備在停止工作時，能夠緩慢降低管道內的氣體壓力，使鋼水在透氣磚上有足夠的時間形成硬結層，從而保護透氣磚。

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

10、具有氣源壓力低、漏氣報警、堵塞報警等報警功能。

11、所有管道、接頭、過濾器等采用不銹鋼或銅質材料。

三、設備較傳統(tǒng)吹氬裝置的優(yōu)勢

1、節(jié)能：本機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量。

3、較傳統(tǒng)吹氬裝置鋼液升溫快，精煉時間縮短20%。

4、綠色環(huán)保，100%吹氣攪拌成功。

四、新系統(tǒng)設備與傳統(tǒng)吹氬裝置的區(qū)別

由于傳統(tǒng)的吹氬技術采用流量-調節(jié)閥系統(tǒng)，根據流量計反映出的氬氣流量和預設的流量比較，需改變流量時，要控制電動調節(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，很難實現大范圍的流量變化，由于是閉環(huán)控制反應的靈敏度不是最理想，往往在吹氬量微量調整時不能如愿，再加上各鋼包的透氣性能不穩(wěn)定和現場工況的影響，其吹氬設備根本滿足不了煉鋼工藝的要求，這樣既浪費了成本，鋼的品質又得不到明顯改善，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底吹氬的不足。我們最新研發(fā)的G6數控吹氬機從根本上解決了傳統(tǒng)吹氬設備的弊端，采用國際上先進的脈沖編碼技術（PCM）和加權平均法去控制一組閥門的開關組合。同時考慮到鋼包的透氣磚性能的不穩(wěn)定和現場工況的影響，在系統(tǒng)中又加入了穩(wěn)流裝置。自本設備研制成功到投入運行以來，經鑒定其性能和各項技術指標均達到和超過國際先進水平。

五、結論

一煉鋼2#VD爐是利用抽真空原理來獲得優(yōu)質鋼水。而這一系列的工作過程要由氬氣攪拌來完成。從它的設計和控制中可以看到，采用的是先進的DOSE閥組，及流行的PLC操作，可通過人機界面進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點接口進行聯接。MMI和主站PLC是由工業(yè)以太網進行聯接的。以達到在MMI畫面上可隨時進行操作，監(jiān)控閥的狀態(tài)等目的，同時也為我們維護帶來了方便。