基于承鋼120噸轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹控制方法的研究

劉曉朋

【摘要】：轉(zhuǎn)爐氧槍是煉鋼冶煉的關(guān)鍵設(shè)備，而氧槍氧氣氮?dú)饬髁康目刂剖谴嗽O(shè)備的重要參數(shù)。承鋼為了利用鐵水中的釩資源，增加了轉(zhuǎn)爐提釩工藝，在此工藝的基礎(chǔ)上，為了提高提釩的效率，采用粗氧提釩工藝，即利用氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹實(shí)現(xiàn)提釩，不僅可以增加提釩量，還能降低鐵水碳，有利于下一步工藝煤氣的回收；利用氮?dú)饽軌蛟黾予F水的攪拌，更一步實(shí)現(xiàn)提釩工藝。

【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)爐；氧槍；復(fù)合噴吹

轉(zhuǎn)爐氧槍是煉鋼冶煉的關(guān)鍵設(shè)備，而氧槍氧氣氮?dú)饬髁康目刂剖谴嗽O(shè)備的重要參數(shù)。承鋼為了利用鐵水中的釩資源，增加了轉(zhuǎn)爐提釩工藝，在此工藝的基礎(chǔ)上，為了提高提釩的效率，采用粗氧提釩工藝，即利用氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹實(shí)現(xiàn)提釩，不僅可以增加提釩量，還能降低鐵水碳，有利于下一步工藝煤氣的回收；利用氮?dú)饽軌蛟黾予F水的攪拌，更一步實(shí)現(xiàn)提釩工藝。由于國(guó)內(nèi)外利用釩鈦資源的國(guó)家和地區(qū)非常少，雖然國(guó)內(nèi)攀枝花也采用本工藝，但是控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性都有待提高。

針對(duì)氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹這個(gè)工藝，如何根據(jù)工藝機(jī)理和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立氧槍氧氣氮?dú)獾目刂颇Ｐ停岣呖刂颇Ｐ偷目刂凭群拖到y(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)工藝來(lái)說至關(guān)重要。

結(jié)合以上的問題和最終目的，合理安排研究實(shí)驗(yàn)過程，制定科學(xué)的研究方向和進(jìn)度表，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹控制方法的開發(fā)與應(yīng)用。

建立轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣氮?dú)鈪?shù)控制模型及方法，提高氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹系統(tǒng)的控制精度，即如何根據(jù)參數(shù)控制閥門開啟的速度，最快的實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的穩(wěn)定；如何避免氧氣氮?dú)獾膲毫Σ▌?dòng)導(dǎo)致的干擾；如何避免3個(gè)轉(zhuǎn)爐共同噴吹時(shí)，氣體壓降對(duì)于噴吹流量的穩(wěn)定干擾。利用經(jīng)典PID控制解決以上問題，并用西門子PLC實(shí)現(xiàn)控制要求，以提高氧槍氧氣氮?dú)鈴?fù)合噴吹系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制精度，減少氧氣氮?dú)獾牡南牧?，?shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

首先，解決轉(zhuǎn)爐氧槍氮?dú)夂脱鯕獾拇等霑?huì)不會(huì)對(duì)于干法除塵的卸爆有影響。正常轉(zhuǎn)爐在吹煉時(shí)都是利用純氧氣吹煉，爐次及泄爆爐次吹煉前期趨勢(shì)圖如下：

從吹煉前期煙氣成分分析對(duì)比正常爐次與泄爆爐次的差別：正常爐次，O2與CO混合點(diǎn)明顯低于泄爆爐次混合點(diǎn)， 且混合點(diǎn)O2與CO含量均低于3%。而泄爆爐次混合點(diǎn)約6%，說明解決O2和CO含量的爆炸范圍就是解決吹煉前期泄爆的主要研究?jī)?nèi)容，我們提出的利用氧槍吹氮?dú)獾姆椒?，可以降低煙氣中O2的含量，不僅有利于降低卸爆，還能降低氧氣的消耗。

結(jié)合這個(gè)思路，我們實(shí)驗(yàn)多少的氮?dú)獾拇等肓?，可以降低卸爆量，還能有效的利于提釩。

在此之前，轉(zhuǎn)爐根據(jù)這個(gè)思路首先優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐吹煉前期氧氣流量的設(shè)定和氧槍槍位的設(shè)定，通過實(shí)驗(yàn)比對(duì)和煙氣含量的數(shù)據(jù)研究。得到的結(jié)果如下：

（1）將開吹的氧流量由下槍5S后，開吹氧流量維持在14000M3，維持時(shí)間36S，之后流量正常開始上升，到60s達(dá)到28000M3。開吹流量。

（2）打火槍位由原來(lái)使用的1.3m，調(diào)整為針對(duì)爐役期間爐況情況，采取分階段槍位控制，爐役前期打火槍位使用1.3m，爐役中期使用1.25m，爐役后期使用1.2m。 這樣操作后的煙氣含量符合正常爐次煙氣含量值，保證干法除塵的不卸爆。

對(duì)這樣的操作觀察和記錄一周數(shù)據(jù)比對(duì)后發(fā)現(xiàn)：

（1）優(yōu)化開吹氧流量后，轉(zhuǎn)爐煙氣中的CO含量上升到3%的時(shí)間延長(zhǎng)，氧氣含量降低至6%的時(shí)間縮短，說明著火后的部分CO已經(jīng)燃燒形成CO2，這有效錯(cuò)開了CO與O2的混合時(shí)機(jī)。

（2）打火槍位優(yōu)化后，轉(zhuǎn)爐一次打火成功率提高25.3%，且點(diǎn)火時(shí)間降低2.3S，解決了點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)造成的煙氣中產(chǎn)生富集的氧氣。當(dāng)一次點(diǎn)火未成功時(shí)，必須起槍，杜絕強(qiáng)行打火。 在以上的基礎(chǔ)上，我們開始試驗(yàn)如何加入氮?dú)獾牧髁浚僖淮谓档蜔煔饬髁恐械挠泻怏w，實(shí)現(xiàn)干法除塵的不卸爆，轉(zhuǎn)爐鐵水的提釩。

以上實(shí)驗(yàn)過程，初步試驗(yàn)出提釩工藝過程，根據(jù)工藝過程和安全要求，下一步利用PLC程序?qū)崿F(xiàn)以上提釩工藝過程。

在實(shí)施過程中，首先編寫和解決氮?dú)夂脱鯕獾幕旌虾蟮陌踩珕栴}，編寫程序段實(shí)現(xiàn)安全措施要求；其次根據(jù)工藝過程要求的氧氣和氮?dú)饬?，利用現(xiàn)場(chǎng)正常純氧的設(shè)備實(shí)現(xiàn)精確控制，并解決設(shè)備的精度問題，尤其針對(duì)不同氮?dú)鈮毫脱鯕鈮毫ο拢y門開啟后的PID參數(shù)問題，解決流量因?yàn)閴毫蛘咴O(shè)備出現(xiàn)問題后的流量波動(dòng)問題；最后，調(diào)試程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)提釩工藝過程，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)提釩。

程序調(diào)試完畢后，通過崗位驗(yàn)證程序的穩(wěn)定性，還有設(shè)備的控制精度，保證提釩的釩渣品位，保證設(shè)備使用過程的安全可靠。

在此過程中由于氧氣廠提供的入廠氧氣壓力不穩(wěn)定，氧氣壓力在1.1MPa-2.4MPa之間，導(dǎo)致吹氧的時(shí)候有不小的波動(dòng)，根據(jù)工藝條件研究氧氣調(diào)節(jié)閥的開度控制模型，及氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥開度控制模型，利用專家系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)廠壓力下的不同PID值。因此，重新設(shè)定PID參數(shù)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法找到不同壓力范圍內(nèi)合適的P比例及積分I、微分D的數(shù)值，優(yōu)化氧氣調(diào)節(jié)閥的控制程序和連鎖條件，制作實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)畫面和報(bào)警集中監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定性的精準(zhǔn)控制。實(shí)現(xiàn)氧槍系統(tǒng)目標(biāo)位置的精準(zhǔn)定位，確保氧槍系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，保證鋼水質(zhì)量。氧槍系統(tǒng)精準(zhǔn)定位后，有效的節(jié)約了提釩鋼的冶煉周期，平均每爐鋼可節(jié)約1分鐘。