基于承钢120吨转炉氧枪氧气氮气复合喷吹控制方法的研究

刘晓朋

【摘要】：转炉氧枪是炼钢冶炼的关键设备，而氧枪氧气氮气流量的控制是此设备的重要参数。承钢为了利用铁水中的钒资源，增加了转炉提钒工艺，在此工艺的基础上，为了提高提钒的效率，采用粗氧提钒工艺，即利用氧枪氧气氮气复合喷吹实现提钒，不仅可以增加提钒量，还能降低铁水碳，有利于下一步工艺煤气的回收；利用氮气能够增加铁水的搅拌，更一步实现提钒工艺。

【关键词】：转炉；氧枪；复合喷吹

转炉氧枪是炼钢冶炼的关键设备，而氧枪氧气氮气流量的控制是此设备的重要参数。承钢为了利用铁水中的钒资源，增加了转炉提钒工艺，在此工艺的基础上，为了提高提钒的效率，采用粗氧提钒工艺，即利用氧枪氧气氮气复合喷吹实现提钒，不仅可以增加提钒量，还能降低铁水碳，有利于下一步工艺煤气的回收；利用氮气能够增加铁水的搅拌，更一步实现提钒工艺。由于国内外利用钒钛资源的国家和地区非常少，虽然国内攀枝花也采用本工艺，但是控制精度和系统稳定性都有待提高。

针对氧枪氧气氮气复合喷吹这个工艺，如何根据工艺机理和工程实践经验数据，建立氧枪氧气氮气的控制模型，提高控制模型的控制精度和系统的稳定性对于整个工艺来说至关重要。

结合以上的问题和最终目的，合理安排研究实验过程，制定科学的研究方向和进度表，最终实现转炉氧枪氧气氮气复合喷吹控制方法的开发与应用。

建立转炉氧枪氧气氮气参数控制模型及方法，提高氧枪氧气氮气复合喷吹系统的控制精度，即如何根据参数控制阀门开启的速度，最快的实现工艺参数的稳定；如何避免氧气氮气的压力波动导致的干扰；如何避免3个转炉共同喷吹时，气体压降对于喷吹流量的稳定干扰。利用经典PID控制解决以上问题，并用西门子PLC实现控制要求，以提高氧枪氧气氮气复合喷吹系统的稳定性及控制精度，减少氧气氮气的的消耗量，实现节能降耗的目的。

首先，解决转炉氧枪氮气和氧气的吹入会不会对于干法除尘的卸爆有影响。正常转炉在吹炼时都是利用纯氧气吹炼，炉次及泄爆炉次吹炼前期趋势图如下：

从吹炼前期烟气成分分析对比正常炉次与泄爆炉次的差别：正常炉次，O2与CO混合点明显低于泄爆炉次混合点， 且混合点O2与CO含量均低于3%。而泄爆炉次混合点约6%，说明解决O2和CO含量的爆炸范围就是解决吹炼前期泄爆的主要研究内容，我们提出的利用氧枪吹氮气的方法，可以降低烟气中O2的含量，不仅有利于降低卸爆，还能降低氧气的消耗。

结合这个思路，我们实验多少的氮气的吹入量，可以降低卸爆量，还能有效的利于提钒。

在此之前，转炉根据这个思路首先优化了转炉吹炼前期氧气流量的设定和氧枪枪位的设定，通过实验比对和烟气含量的数据研究。得到的结果如下：

（1）将开吹的氧流量由下枪5S后，开吹氧流量维持在14000M3，维持时间36S，之后流量正常开始上升，到60s达到28000M3。开吹流量。

（2）打火槍位由原来使用的1.3m，调整为针对炉役期间炉况情况，采取分阶段枪位控制，炉役前期打火枪位使用1.3m，炉役中期使用1.25m，炉役后期使用1.2m。 这样操作后的烟气含量符合正常炉次烟气含量值，保证干法除尘的不卸爆。

对这样的操作观察和记录一周数据比对后发现：

（1）优化开吹氧流量后，转炉烟气中的CO含量上升到3%的时间延长，氧气含量降低至6%的时间缩短，说明着火后的部分CO已经燃烧形成CO2，这有效错开了CO与O2的混合时机。

（2）打火枪位优化后，转炉一次打火成功率提高25.3%，且点火时间降低2.3S，解决了点火时间长造成的烟气中产生富集的氧气。当一次点火未成功时，必须起枪，杜绝强行打火。 在以上的基础上，我们开始试验如何加入氮气的流量，再一次降低烟气流量中的有害气体，实现干法除尘的不卸爆，转炉铁水的提钒。

以上实验过程，初步试验出提钒工艺过程，根据工艺过程和安全要求，下一步利用PLC程序实现以上提钒工艺过程。

在实施过程中，首先编写和解决氮气和氧气的混合后的安全问题，编写程序段实现安全措施要求；其次根据工艺过程要求的氧气和氮气量，利用现场正常纯氧的设备实现精确控制，并解决设备的精度问题，尤其针对不同氮气压力和氧气压力下，阀门开启后的PID参数问题，解决流量因为压力或者设备出现问题后的流量波动问题；最后，调试程序是否能够实现提钒工艺过程，实现半自动提钒。

程序调试完毕后，通过岗位验证程序的稳定性，还有设备的控制精度，保证提钒的钒渣品位，保证设备使用过程的安全可靠。

在此过程中由于氧气厂提供的入厂氧气压力不稳定，氧气压力在1.1MPa-2.4MPa之间，导致吹氧的时候有不小的波动，根据工艺条件研究氧气调节阀的开度控制模型，及氮气调节阀开度控制模型，利用专家系统控制，实现不同进厂压力下的不同PID值。因此，重新设定PID参数，运用经验法找到不同压力范围内合适的P比例及积分I、微分D的数值，优化氧气调节阀的控制程序和连锁条件，制作实时在线监测画面和报警集中监控画面，实现调节阀稳定性的精准控制。实现氧枪系统目标位置的精准定位，确保氧枪系统的稳定性和安全性，保证钢水质量。氧枪系统精准定位后，有效的节约了提钒钢的冶炼周期，平均每炉钢可节约1分钟。