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真空脱气炉在电炉炼钢中的应用

【论文摘要】介绍杭钢昌兴电炉炼钢有限公司真空脱气炉（VD炉）的控制原理及PLC、自动化仪表在控制中的应用。

1、前言
　　真空脱气处理工艺，作为炉外精炼的一种，在冶金工业得到广泛使用。其原理是利用对真空室进行抽真空，在真空状态下对钢水进行脱气，降低钢水中的[H]、[N]，同时利用钢渣界面反应进行脱硫处理。在大型现代化冶金生产中，VD钢包处理已成为现代二次冶金的基本手段。目前，杭钢昌兴电炉炼钢有限公司使用VD处理的典型钢种主要有：硬线钢（72A，82B），合结钢（40Cr，20CrMnTi，20CrMnMo，35CrMo），弹簧钢（60Si2Mn），轴承钢（GCr15），冷墩钢（ML42CrMo）等。

2、系统概况
　　杭钢昌兴电炉炼钢有限公司的100tVD炉是由奥钢联（VAI）总体设计制造的，配套锅炉由德国标准锅炉公司（Standardkessec-duisburg）提供。该系统在国内同类产品中具领先地位。
脱气系统作为VD炉的主体设备，主要包括脱气系统电气、机械设备及仪表检测系统等。该系统由2个罐径为Φ5800mm,罐高5450mm的真空罐，真空盖系统，真空漏斗，测温取样系统，双工位双丝喂丝系统、吹氩系统及其升降、移动小车等8个部分组成。

3、系统硬件
3.1 计算机系统
3.1.1 计算机系统组成
　　真空脱气炉采用基础自动化级和过程控制级两级计算机控制。
一级计算机系统采用电气、仪表、计算机控制三位一体的基础自动化级，由PLC（西门子S7-400系列）和上位机（MMI）组成。PLC主要模块为6ES7 416-2XK02-0AB0、通讯模块为6GK7 443-1EX11-0XE0 、模拟量输入模块6ES7 331-7KF02-0AB0、模拟量输出模块6ES7 332-5HD01-0AB0，数字量输入6ES7 321-1BL00-0AA0，数字量输出模块6ES7 322-1BL00-0AA0。此外，还包括电机控制中心（MCC）、锅炉控制系统、喂丝机、包盖控制系统及现场一次检测元件等。人机界面MMI采用INTOUCH图形界面软件编程。
　　二级计算机系统采用过程控制站，并与电炉计算机以太网连接。过程控制站采用多处理器主机，操作系统为Windows NT，网络协议 为TCP/IP SINEC H1，基本软件：工业ORACLE ，数据库，C/C++。

3.1.2 计算机系统的主要功能
① 基础自动化级（一级）：
·炉盖运行控制 ；
·底吹搅拌控制 ；
·冷却水；
·喂丝控制 ；
·铁合金上料控制；
·蒸气喷射控制；
·蓄热器水泵控制 ；
·水处理控制；
·设备异常报警及联锁 ；
·脱气过程画面显示 ；
·人机对话界面 ；
·钢水喷溅监视 ；
·活动弯管工位切换 ；
·除尘控制；
·报警及事件打印 。
② 过程控制级(二级) :
·能量平衡数学模型计算 ；
·钢水温度、成份和处理时间数学模型计算 ；
·操作过程的控制、操作指南和事故记录 ；
·生产过程的数据检测及历史数据的存储 ；
·铁合金加料计算和处理 ；
·与电炉、连铸、化验室控制系统的通讯联系 ；
·生产报表打印 。
3.2 现场检测仪表
为了保证测量精度，VD炉基本采用进口件
·测温定氧仪表采用贺利氏（Heraeus）Multi- Lab Celox；
·定氢仪表采用贺利氏（Heraeus）Multi- Lab Hydris；
·差压变送器采用E+H的deltabar S系列；
·电磁流量计采用E+H的PROline promag 50系列和prowirl 77 Vortex 系列

4、控制原理及基本工序
　　通过一级机（MMI）画面设定相关控制参数。相关数据通过SINEC H1总线送往VD炉PLC、锅炉PLC及喂丝机PLC控制相关电气运行，同时采集现场一次仪表检测信号，作为自动控制依据。
　　VD炉主控人员接到上道工序送来的处理任务及有关数据后，开始进行数据处理和精炼准备。真空炉有2个脱气罐位和1个真空盖车停靠位。真空盖车停靠在2个真空罐中间。钢水包就位后，人工连接好氩气管，真空盖车运行就位并下降真空盖。根据需要处理钢水的抽气速度和处理步骤打开蒸气喷射器，进行抽真空处理，在真空状态下，通过钢包底吹氩进行钢水搅拌。真空盖上设有真空漏斗，对于需要合金微调的钢种，在脱气过程真空状态下，通过真空漏斗加入必要合金。然后在真空状态下进行测温取样。真空处理后，破真空，真空盖升起返回停靠位，或移到另一个真空位。在钢包敞开状态下，继续吹氩软搅拌并喂丝。处理完毕，进行最终测温取样。此时，可在另一罐位进行下一包钢水真空处理。钢水处理过程，可通过定氢定氧仪表进行快速气体测定。
　　抽真空处理可选择自动模式、手动模式和标准模式来进行VD处理：
选择自动模式时，各级泵需按表1所列真空度自动启动：

5、VD生产过程中的注意事项
① 每炉VD结束后，要检查大罐盖下表面中心部位绝热层情况，若脱落严重，要及时向有关部门汇报，不进VD。
② 抽真空时，Ar气的流量不得超过400NL/min,压力不超过0.5MPa（表压）。特别是当钢水满时，以免钢水粘住小炉盖和钢包上沿，致使罐盖提升不起或拉掉钢包内的砖头。
③ 在20kPa~4kPa时，要密切注意溢渣情况，发现溢渣要及时破空，同时可适当调大Ar气流量压渣。
④ 在高真空保持阶段（67Pa）,可适当调大Ar气流量，扩大钢液裸露面以加速脱气。同时密切注意罐底温度变化是否异常。
⑤ 若发现热井水箱水位经常出现报警，在抽真空状态下，水位>100五秒内不能下降到100%以下时，要立即破真空，等各级蒸汽阀关闭后，马上停浊环水，防止水位太高压破热水箱。
⑥ 每炉VD结束，罐盖车开出后，要及时检查钢包耳轴与罐内钢包支撑座之间是否有钢水粘住，若有马上指挥行车试吊钢包，必要时要对冷钢进行处理，处理好后才可吊包。
6、VD处理后所达到的效果
通过VD炉钢包处理，最终钢水中[H]可达到2PPm以下，[N]可达到80PPm以下。经过VD处理后，吨钢收益在100元以上。
7、结束语
　　实践证明，真空脱气炉的投入运行对调整现有电炉炼钢厂的产品结构，扩大生产品种，进一步提高产品结构，扩大生产品种，进一步提高产品质量及改善经营效果是十分有利的。