CN104774992B - 利用转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉炼钢氮氧复吹控制装置，该装置包括氧枪、氧气管路和氮气管路，所述氧气管路和所述氮气管路分别与所述氧枪相连通，其中，该装置还包括氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气压力表、氧气流量调节阀、氧气流量表、氧气出口切断阀、氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气压力表、氮气流量调节阀、氮气流量表、氮气出口切断阀。利用该转炉炼钢氮氧复吹控制装置，能够准确控制氮气和氧气的压力，使得氮气和氧气的压力相等，从而实现氮氧复吹的控制方式，既能保证转炉内搅拌能力充足，又不会使转炉内的反应速度过快，达到充分去鳞的效果。

Description

利用转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的 方法

技术领域

本发明涉及一种利用转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法。

背景技术

转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。

转炉吹炼的前期，去磷效率较低且不稳定，主要影响因素是前期碱度值偏低(1.5左右)，温度上升较快(在300秒时温度一般就大于1430℃)，未能达到前期去磷的条件。如图1a和图1b所示，其中示出了现有技术中的转炉吹炼方式，其中具体示出了现有技术中由氧枪提供高流量氧气和低流量氧气时存在的问题。

当氧枪提供的氧气流量较高时，如图1a所示，转炉内搅拌能力合适，但是会造成转炉内的反应过快，温度上升过快，不能达到前期去鳞的条件。

现有技术中，解决升温速率快的方法主要是降低供氧强度。一般可以通过氧枪提供低流量氧气来降低供氧强度。但是，如图1b所示，在进行低强度地供氧时，会出现搅拌能力不足而导致的熔池反应速率不稳定的问题，造成喷溅的产生。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种利用转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法，能够实现在保证搅拌强度的前提下降低供氧强度，使得熔池反应速率稳定的目的。

本发明提供了一种转炉炼钢氮氧复吹控制装置，该装置还包括氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气压力表、氧气流量调节阀、氧气流量表、氧气出口切断阀、氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气压力表、氮气流量调节阀、氮气流量表、氮气出口切断阀，所述氧气入口切断阀、所述氧气压力调节阀、所述氧气压力表、所述氧气流量调节阀、所述氧气流量表和所述氧气出口切断阀设置在所述氧气管路上，所述氮气入口切断阀、所述氮气压力调节阀、所述氮气压力表、所述氮气流量调节阀、所述氮气流量表和所述氮气出口切断阀设置在在所述氮气管路上。

本发明还提供了一种利用上述转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法，其中，通过调节所述氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气流量调节阀和氧气出口切断阀，来控制所述氧气管路中的氧气压力和氮气流量；通过调节所述氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气流量调节阀和氮气出口切断阀，来控制所述氮气管路中的氮气压力和氮气流量。

利用本发明提供的转炉炼钢氮氧复吹控制装置，能够准确控制氮气和氧气的压力，使得氮气和氧气的压力相等，从而实现氮氧复吹的控制方式，既能保证转炉内搅拌能力充足，又不会使转炉内的反应速度过快，能够达到充分去鳞的效果。

附图说明

图1a-1c示出了现有技术中的转炉吹炼方式和根据本发明的氮氧复吹的吹炼方式，其中图1a和图1b示出了现有技术中的转炉吹炼方式，图1c示出了根据本发明的氮氧复吹的吹炼方式；

图2示出了根据本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置的简化结构图；

图3示出了根据本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置的压力调节阀和/或流量调节阀的示例性控制界面。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

图1c示出了根据本发明的氮氧复吹的吹炼方式。

图2示出了根据本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置的简化结构图。参考图2，本发明提供了一种转炉炼钢氮氧复吹控制装置，该装置还包括氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气压力表、氧气流量调节阀、氧气流量表、氧气出口切断阀、氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气压力表、氮气流量调节阀、氮气流量表、氮气出口切断阀，所述氧气入口切断阀、所述氧气压力调节阀、所述氧气压力表、所述氧气流量调节阀、所述氧气流量表和所述氧气出口切断阀设置在所述氧气管路上，所述氮气入口切断阀、所述氮气压力调节阀、所述氮气压力表、所述氮气流量调节阀、所述氮气流量表和所述氮气出口切断阀设置在在所述氮气管路上。

在传统的氧枪顶吹生产控制中，通常有只能吹氧气的吹炼模式，还有只能吹氮气的溅渣模式。这两种模式在逻辑上存在相斥性，所以两种气体无法同时吹出。

氮氧复吹实现的根本在于必须使氮气和氧气的压力相等，因为如果两个管路的压力不相等，那么压力较高的管路会通过氧枪对压力较低的管路造成反向压差，导致压力较低的管路无法吹出气体，甚至会造成气体的回流。

根据本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置通过在氧气管路上设置氧气入口切断阀、氧气压力调节阀和氧气压力表，来有效控制氧气管路中的氧气压力，通过在氮气管路上设置氮气入口切断阀、氮气压力调节阀和氮气压力表，来有效控制氮气管路中的氮气压力，使氮气压力可以跟随氧气压力变化。

利用本发明提供的转炉炼钢氮氧复吹控制装置，可以实现氮氧复吹。自动氮氧复吹就是在满足氮氧复吹相关连锁的情况下，从下枪吹炼开始到吹炼结束提枪，根据吹炼时间等来调整抢位、顶吹氧量以及顶吹氮量等。

其中，氧气管路可以和氧气总管连接，用于提供在转炉炼钢吹炼过程中顶吹的氧气，从而对转炉内铁水中的碳进行氧化反应。

所述氧气入口切断阀优选位于所述氧气管路的入口处，用于从氧气管路的入口处阻断氧气流入，优选的，该氧气入口切断阀可以是气开气动切断阀。

所述氧气压力表用于监视氧气管路中的氧气压力，并且可以将监控得到的氧气压力数据传送到控制系统，用于闭环控制氧气压力调节阀，并进一步的分析处理等。

氧气压力调节阀用于结合氧气压力仪表的数据调节氧气管路中的氧气压力。优选的，该氧气压力调节阀可以是气动可调开度的调节阀。

氮气管路可以和氮气总管连接，用于在吹炼过程顶吹氮气，在传统炼钢工艺中，顶吹氮气只是为了在转炉没有钢水的情况下进行“溅渣护炉”，就是将炼钢所剩的炉渣用氮气这种惰性气体高速吹入，将炉内的炉渣溅起，粘在炉壁，起到保护炉壁的作用。在根据本发明的氮氧复吹的控制方式下，氮气会与氧气同时在吹炼过程中吹入炉中，这样可以优化炼钢工艺，提高钢水质量。

氮气入口切断阀优选位于所述氮气管路的入口处，用于从氮气管路的入口处阻断氮气流入。进一步优选的，该氮气入口切断阀可以是气开气动切断阀。

氮气压力仪表用于监视氮气管路中的氮气压力，并且可以将监控得到的氮气压力数据传送到控制系统，用于闭环控制氮气压力调节阀，并进一步的分析处理等。

氮气压力调节阀是用于结合氮气压力仪表的数据调节氮气管路压力。优选的，该氮气压力调节阀可以是气动可调开度的调节阀。

根据一种优选实施方式，该转炉炼钢氮氧复吹控制装置还可以包括氧气出口切断阀、氧气流量调节阀和氧气流量表，所述氧气出口切断阀、所述氧气流量调节阀和所述氧气流量表设置在所述氧气管路上。

其中，所述氧气流量仪表用于监视氧气管路中的氧气流量，用于闭环控制氧气流量调节阀，并且可以将监测到的流量数据传送到控制系统。

氧气流量调节阀用于结合氧气流量表的数据调节氧气管路中的氧气流量。优选的，该氧气流量调节阀可以是气动可调开度的调节阀。

氧气出口切断阀优选位于所述氧气管路的出口处，用于从氧气管路的出口处阻断氧气流出。进一步优选的，该氧气出口切断阀可以是气开气动切断阀。

根据另一种优选实施方式，该装置还可以包括氮气出口切断阀、氮气流量调节阀和氮气流量表，所述氮气出口切断阀、所述氮气流量调节阀和所述氮气流量表设置在所述氮气管路上。

其中，所述氮气流量仪表用于监视氮气管路中的氮气流量，用于闭环控制氮气流量调节阀，并且可以将检测到的流量数据传送到控制系统。

所述氮气流量调节阀用于结合氮气流量表的数据调节氮气管路中的氮气流量。优选的，该氮气流量调节阀可以是气动可调开度的调节阀。

氮气出口切断阀优选位于所述氮气管路的出口处，用于从氮气管路的出口处阻断氮气流出。进一步优选的，该氮气出口切断阀可以是气开气动切断阀。

为了确保氮氧复吹的可行性和安全性，需要做好以下措施。

首先，在使用氮氧复吹模式时，使氮气管路的氮气压力设定值跟随氧气管路的氧气压力设定值的变化。这里考虑在吹炼过程中，主要的参数是氧气的压力，使氧气的压力作为被跟随值，能减少氧气压力变化所需考虑因素；而氮气压力的设定值跟随氧气压力的设定值而不是实际值的原因是，实际值没有设定值稳定，这也是为了减少氮气压力设定经常变化带来的流量不稳定的情况。

其次，即使在氮氧复吹模式时，也要考虑管路的压力设定值过小的问题。其中氮气压力或流量的设定值小于一定值，或者氮气总管压力(如果有)小于一定值时，要关闭氮气出口切断阀，防止氧气倒流进入氮气管道。而氧气的压力、流量设定值和实际值都需要有下限，如果低于下限，必须提枪结束吹炼。因为如果氧气流量过低，不仅会出现氮气倒流的现象，而且会对吹炼产生副作用。

在满足了以上条件的情况下，即可由操作人员手动依次控制设备，实现氮氧复吹。

氧气入口切断阀、氧气出口切断阀、氮气入口切断阀和氮气出口切断阀都可以随时切换手动和自动控制模式，在手动控制模式时，可以手动直接控制四个切断阀的开启和关闭；在自动控制模式时，阀门的开闭由氮氧复吹的工作状态自动控制。

根据本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置的压力调节阀和/或流量调节阀也可以使用统一的控制界面，如图3所示。

氧气压力调节阀、氮气压力调节阀、氧气流量调节阀和氮气流量调节阀都有手动、半自动、自动三种模式。在手动模式中，可以直接手动设定阀门的开度MAN，如果调节阀有反馈回路，反馈值FB将显示阀门开度的反馈值，如果没有反馈回路，反馈值FB将显示阀门开度的实际输出值；在半自动模式中，可以通过设定值SP对阀门所控制的量(流量或压力)进行手动设定，系统将通过PID(比例，积分，微分)的控制方式调节相应的被控量(流量或压力)；在自动模式中，设定值SP将不再由手动给出，而是通过控制程序进行自动设定。图3右下角的调节参数区域就是用来调节PID的控制力度的。图3左侧棒图区域就是用于形象的比较半自动、自动设定值SP与实际值PV的差。

本发明还提供了一种利用上述转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法，其中，通过调节所述氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气流量调节阀和氧气出口切断阀，来控制所述氧气管路中的氧气压力和氮气流量；通过调节所述氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气流量调节阀和氮气出口切断阀，来控制所述氮气管路中的氮气压力和氮气流量。

下面具体描述在利用本发明的转炉炼钢氮氧复吹控制装置进行氮氧复吹的过程。

氧枪升降位置在吹炼的等待位置，转炉转正，工艺上满足吹炼开始步骤，各其他相关设备满足吹炼条件；

将氧枪工作模式设为氮氧复吹模式；

氮氧复吹模式中，切断阀全部关闭，调节阀开度调节到准备值(例如30％)。如果氧枪升降处于吹炼等待位置，此氧枪的氮气管路和氧气管路的入口处的氧气入口切断阀和氮气入口切断阀打开，调节氧气压力调节阀和氮气压力调节阀以满足设定压力值；

开始吹炼，氧枪开始下降，高度自动设定为吹炼初始高度(低于开氧点，高于最低吹炼点)；

氧枪下降经过开氧点，氧气管路和氮气管路的出口处的氧气出口切断阀和氮气出口切断阀打开，调节氧气流量调节阀和氮气流量调节阀以满足氧气、氮气分别的流量初始设定值；

吹炼过程中抢位、氧气流量和氮气流量会随时发生变化，变化的方式可以是通过吹炼时间的节点、可以是吹氧总量的节点、可以是二级测定的数据、也可以是操作人员人为的干预。

吹炼过程后期，钢水温度会升高，此时不宜再吹氮气，而且根据工艺要求也没有必要再吹氮气，在这时，如果设定值中依然有氮气流量，系统将作出提醒，如有要求可以强制关闭氮气出口切断阀。

当吹炼进程满足响应条件完成时，或者系统判断需要紧急提枪时，或者人为输入提枪信号时，氧枪将提起到准备吹炼位。

提枪经过闭氧点时，氮气管路和氧气管路出口处的氧气出口切断阀和氮气出口切断阀将关闭，氧气流量调节阀、氮气流量调节阀、氧气压力调节阀和氮气压力调节阀的开度调整为准备开度。

利用本发明提供的转炉炼钢氮氧复吹控制装置，能够控制氮气和氧气的压力，使得氮气和氧气的压力相等，从而实现氮氧复吹的控制方式，既能保证转炉内搅拌能力充足，又不会使转炉内的反应速度过快，达到充分去鳞的效果。

Claims (7)

1.一种利用转炉炼钢氮氧复吹控制装置实现转炉炼钢氮氧复吹的方法，其中，

通过调节转炉炼钢氮氧复吹控制装置的氧气入口切断阀、氧气压力调节阀、氧气流量调节阀和氧气出口切断阀，来控制所述氧气管路中的氧气压力和氧气流量；

通过调节转炉炼钢氮氧复吹控制装置的氮气入口切断阀、氮气压力调节阀、氮气流量调节阀和氮气出口切断阀，来控制所述氮气管路中的氮气压力和氮气流量；

所述氧气管路和所述氮气管路同时向氧枪输出氧气和氮气，且所输出至氧枪的氧气和氮气压力相等；

所述转炉炼钢氮氧复吹控制装置还包括氧气压力表、氧气流量表、氮气压力表、氮气流量表，所述氧气入口切断阀、所述氧气压力调节阀、所述氧气压力表、所述氧气流量调节阀、所述氧气流量表和所述氧气出口切断阀设置在所述氧气管路上，所述氮气入口切断阀、所述氮气压力调节阀、所述氮气压力表、所述氮气流量调节阀、所述氮气流量表和所述氮气出口切断阀设置在在所述氮气管路上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气入口切断阀位于所述氧气管路的入口处，所述氮气入口切断阀位于所述氮气管路的入口处。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气入口切断阀和/或所述氮气入口切断阀为气开气动切断阀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气压力调节阀和/或所述氮气压力调节阀为气动可调开度的调节阀。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气出口切断阀位于所述氧气管路的出口处，所述氮气出口切断阀位于所述氮气管路的出口处。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧气出口切断阀和/或所述氮气出口切断阀为气开气动切断阀。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气流量调节阀和/或所述氮气流量调节阀为气动可调开度的调节阀。