武钢第二炼钢厂转炉底吹控制系统0布料杆
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武钢第二炼钢厂转炉底吹控制系统
武钢第二炼钢厂转炉底吹控制系统 2011年12月10日 来源： 在转炉炼钢中，底吹工艺是一种全新的冶炼过程，控制好炉底供气强度，将获得很好的冶炼效果。武钢第二炼钢厂在对原50t转炉进行扩容的同时，进一步开发改进了底吹控制系统。底吹工艺对控制系统有如下要求：(1)吹炼前期吹N2，后期吹Ar的N2/Ar切换吹炼方式；(2)底吹供气强度范围为0.01～0.1m3／(min．t)；(3)有多种(目前有4种)供气强度模型曲线供选择，以适应不同的钢种冶炼要求。1 控制系统的构成 底吹过程检测及控制系统流程图如图1所示。1.1 检测部分 根据工艺要求，底吹气体检测必须设计为一个宽量程的流量检测系统(10∶1)，才能保证其测量精度。 首先，节流装置必须是一个宽量程可测的，这就要求对应于流量范围内的雷诺数应在节流装置雷诺数的适用范围之内，即式中 Qmin、Qmax为最小、最大流量；ReDmin、ReDmax指Qmin和Qmax为气体最小、最大时雷诺数的下、上限；ReDL、ReDH为雷诺数下、上限；D为管道内径；η为流体动力粘度；ρ为流体密度；A为常数。为此，选择了小流量孔板(10３＜ReD＜105)。 其次，为了保证测量精度，我们采用了两台同精度差压变送器(量程比为10∶1)。测量精度曲线如图2所示，曲线1是采用1台差压变送器测量精度曲线，它只在差压量程10%～100%(对应流量量程33.3%～100%)内保证精度；采用两台后，则能在整个流量量程的3.3%～100%(对应差压量程的1%～100%)内保证精度，参见曲线2。1.2 控制部分 3＃转炉控制系统硬件配置如图3所示(1＃、2＃与此相同)，其中，底吹和顶吹控制共用一台S5-155U PLC。操作系统采用COROS-30B，它与PLC、PLC与PLC之间，以及各转炉控制系统之间，采用H1高速通信网，在其系统软件支持下进行相互通信，并预留了上位机通信接口。另外，系统还设置了一个操作台，在其上配备了快切阀手动开关、氮-氩复位按钮、后搅按扭、底吹供气流量和压力控制用后备手操及自动／后备切换开关，使得整个系统的运行更为可靠。2 软件设计 底吹控制系统主要是4个供气支管流量调节和N2／Ar切换控制，供气流量检测控制框图如图4所示。整个控制程序采用模块化设计与STEP5语言相结合的方式编制。2.1 供气流量实时设定程序 底吹供气流量调节是一个程序调节系统，其给定值按底吹供气模型变化，根据不同钢种，设计存储了4个供气强度模型曲线，其通用型如图5所示(0.035为基本供气强度)。通过键盘可随时调用、修改这些模型曲线，并通过H1网传送至PLC。 本任务的主要功能是主吹期、N2/Ar切换和强搅拌的时刻设置；吹炼各时期各支管流量调节给定值的确定；N2/Ar切换阀的动作顺序。2.2 供气流量实时检测及数据处理程序 该程序采用模块化设计及语句表编程相结合的方式编制，设计中主要考虑了3个方面： (1)标度变换 S5-155U PLC除采用标准信号(4～20mA)进行外部信号交换外，还要转换成内部统一标准数字信号0～10000进行运算处理，其转换公式为式中 P、ΔP为实际压力、差压值；Pspan、ΔPspan为压力、差压变送器量程；Pmin为压力变送器零点；xP、xΔP为PLC内部压力、差压数字信号值。 因此，两台差压变送器信号采样切换点为xΔP=10000×10%＝1000，且低量程变送器信号采样数据应乘以10%，才能保证整个采样数据的连续。 (2)差压-流量转换及压力补偿 实际工作状态下气体的体积流量为式中 ΔP为孔板前后差压；ρ为气体密度；K为常数(K＝0.01252αεd2，α为流量系数，ε为孔板膨胀系数，d为孔板开孔直径)。 若只考虑压力补偿，而忽略温度影响，式中 Q0、P0、T0、ρ0为标准状态下气体的流量、压力、温度、密度；TN为设计基准状态温度； (3)吹氮时流量的密度补偿 由于氮、氩两种气体共用一块按氩气设计的小流量孔板，因而吹氮时应进行密度补偿。补偿系