[发明专利]一种实现VD炉精炼抽真空时底吹气体精确控制的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼钢自动化技术领域，特别是涉及一种实现VD炉精炼抽真空时底吹气体精确控制的控制方法。

背景技术

真空精炼技术是脱气和降低钢种杂质含量、提高钢的洁净度的有效措施。目前最典型的真空处理方法有VD法、RH法和VOD法。其中，VD(vacuum degassing)真空脱气法因其造价低廉和良好的脱气、脱硫、去夹杂物效果而得到广泛的应用。

近年来炉外精炼技术的不断发展，要求炉外精炼的效果要好，时间要短，要具备能够和电弧炉、转炉匹配的快工艺节奏。精炼炉底吹氩炼钢技术具有操作方便、搅拌效果好、成本低的优点，并由此产生了一系列极其有益的冶金效果。冶炼不锈钢时可促进去碳保铬，增加合金收得率。它可以明显促进精炼时，四脱(S，P，C，O)、二去(气体，夹杂)、二调整(温度，成分)的冶金效果，并有益于缩短冶炼时间，节约能耗。

底吹氩技求被大多数精炼炉所采用，但是由于该过程不仅涉及到气体与高温液体间的传热、传质及动量的传递，而且还涉及到钢液的湍流流动与混合、合金添加剂的熔化和钢渣化学反应的热力学与动力学等，因此，从系统的观点看，在精炼炉底吹氩过程中，由于被控对象的非线性、数学模型的不确定性及系统工作点的剧烈变化等因素，在一些工艺环节要采用常规的控制策略难以实现对氩气流量进行精确控制。

在真空处理过程中需要包底吹氩气(或氮气)，使钢水状态活跃，加速脱气脱碳效率。底吹氩气的流量控制通常采用不同工艺阶段的炼钢吹氩制度，结合视频监控钢水翻滚的状态，由操作员手动调整流量；若由操作员手动给定流量输出到控制系统执行，由于大量的CO和氩气共同作用会加剧熔池的沸腾，操作员依靠视频监控无法正确给出底吹流量值；实时性不佳。

目前，实际操作中，偶有厂家在VD炉精炼时将不同冶炼钢种的炼钢吹氩制度写入计算机程序，实现了在不同的工艺阶段特定的流量给定，由操作员结合TV监控钢水翻滚的状态再进行微调；但是受钢水质量、真空度、来钢温度等因素影响，依靠这个方案，搅拌功是一个无法稳定的值；脱气，脱碳效果的差异造成真空精炼钢水品质的不稳定。

综上所述，目前在VD炉抽真空时所采用的的人工手动调整氩气流量或通过计算机控制吹氩流量，均存在以下的缺点：

1、人工手动调整氩气流量，若真空度变化时吹氩量控制不当，容易造成钢液喷溅或溢渣(若流量过小，钢液面翻滚不足，脱碳效率低下；若流量过大，钢液喷溅、溢渣)；

2、现有的VD炉底吹氩气流量控制，输出的往往不是可以用于工艺数据分析的计量值。从控制方法和手段上，要么做不到连续线性调节，要么响应时间过长(例大于6秒)且存在较严重的超调，存在着调节精度很差的不足。

故，解决该问题的关键在于如何选择具有大范围调节比的计量控制元件来连续调节以保持抽真空时比搅拌功的相对稳定。

发明内容

本发明目的是提供了一种用PLC来实时智能控制底吹氩气流量的实现方法，VD炉精炼抽真空时底吹气体精确控制的控制方法；其不仅实时性佳、调节流量值准确，而且可根据真空度变化快速自动调节底吹氩气的流量。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种实现VD炉精炼抽真空时底吹气体精确控制的控制方法：

1)读取工艺参数：

VD炉控制系统的第一可编程逻辑控制器(PLC)用于读取实时的工艺参数：真空室压力、包底压力、钢水温度以及钢水质量；

2)传输工艺参数信号：

将步骤1)中读取的工艺参数通过工业通讯模块传输到VD炉精炼底吹气体控制系统的第二可编程逻辑控制器(PLC)；

3)设定比搅拌功的数值：

根据工艺需要进行设定一具体的比搅拌功的数值；

4)第二可编程逻辑控制器(PLC)根据公式计算底吹氩气流量；

第二可编程逻辑控制器(PLC)根据步骤3)中设定的比搅拌功值根据公式计算出底吹氩气流量；其公式如下：

ε＝6.18×10-³QT/W×[(1-273/T)+ln(P1/P2)]，式中，ε为比搅拌功，W为钢水质量，Q为底吹氩气流量，T为钢水温度，P1为包底压力，P2为真空室压力；

5)输出底吹氩气流量；

将步骤4)中得到的底吹氩气流量的数值通过第二可编程逻辑控制器(PLC)的模拟量输出模块传输到VD炉精炼底吹气体控制系统的执行元件质量流量控制器(MFC)上，进行控制底吹氩气的流量。