過(guò)程控制-轉(zhuǎn)爐供養(yǎng)量控制設(shè)計(jì)

1、過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)前言本項(xiàng)目是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化原理匯編而成的以氣體管道中的壓力作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在許多生產(chǎn)過(guò)程中，保持恒定的壓力或一定的真空度常是正常生產(chǎn)的必要條件。很多化學(xué)反應(yīng)需要在恒壓下進(jìn)行，為保持流量不變也常需要控制主壓力源的壓力恒定。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，壓力控制采用不同的方式。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的供氧系統(tǒng)一般是由制氧機(jī)、加壓機(jī)、中間儲(chǔ)氣罐、輸氧管、控制閘閥、測(cè)量?jī)x表及氧槍等主要設(shè)備組成。本項(xiàng)目有以下特點(diǎn)：（1）、集工業(yè)背景、儀表選用、控制原理與流程為一體，內(nèi)容清晰明了易懂。（2）、將知識(shí)點(diǎn)與技能點(diǎn)緊密結(jié)合，鍛煉了實(shí)際動(dòng)手與動(dòng)腦能力。（3）、項(xiàng)目?jī)x表選型嚴(yán)謹(jǐn)目 錄1、摘 要2、第一

2、章 轉(zhuǎn)爐氧槍的供氧制度1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡(jiǎn)介1.2 供氧制度的主要內(nèi)容1.3 供氧制度中的工藝參數(shù)本章小結(jié)3、第二章 轉(zhuǎn)爐氧槍供氧系統(tǒng)參數(shù)2.1 轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣流量2.2 轉(zhuǎn)爐氧槍冷卻水2.3 轉(zhuǎn)爐氧槍槍位本章小結(jié)4、第三章 轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓控制3.1轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓控制意義 3.2轉(zhuǎn)爐供氧裝置及其設(shè)計(jì)3.3轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓檢測(cè)與控制設(shè)計(jì)3.3.1氧槍氧壓檢測(cè)與控制參數(shù)3.3.2設(shè)計(jì)的具體方案3.3.3儀表選型3.3.4氧槍氧壓控制設(shè)計(jì)圖5、總結(jié)6、參考文獻(xiàn)摘 要氧槍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵設(shè)備。在轉(zhuǎn)爐頂吹煉中,氧槍的主要作用是向熔池供氧和傳氧,吹煉氧壓及氧槍槍位的高低對(duì)熔池的脫碳速度和爐渣中二氧化鐵含量以及熔池溫

3、度有重大影響。因此,氧壓和氧槍槍位的控制是關(guān)系到煉鋼生產(chǎn)質(zhì)量好壞的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在本課程設(shè)計(jì)中首先是對(duì)轉(zhuǎn)爐氧槍中通氧管道進(jìn)行取壓，具體實(shí)施辦法是將節(jié)流裝置安裝在氧氣管道中通過(guò)安裝在氧氣管道上的取壓管獲得差壓，然后將差壓引入彈簧管，此時(shí)彈簧管會(huì)有形變，將霍爾片固定在彈簧管的自由端，在霍爾片的上、下方垂直安放兩對(duì)磁極，當(dāng)被測(cè)壓力引入后，彈簧管的自由端會(huì)產(chǎn)生位移，即改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置。這樣就將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)可取得420mA DC的氧氣壓力信號(hào)，將它送至調(diào)節(jié)器與給定值相比較，根據(jù)偏差情況，調(diào)節(jié)器給出調(diào)節(jié)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變氧氣管道閥門(mén)開(kāi)度，從而控制氧氣壓力為規(guī)定值。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐氧

4、槍、氧槍氧壓、氧槍槍位24 第一章 轉(zhuǎn)爐氧槍的供氧制度1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡(jiǎn)介： 轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本手段是通過(guò)氧槍向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧氣使轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鐵水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吹氧流量變化直接影響鋼水的成分和產(chǎn)量，進(jìn)而影響整個(gè)冶煉過(guò)程，因此煉鋼過(guò)程中必須保證控制好吹氧流量。轉(zhuǎn)爐煉鋼法，這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。先把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣（純度大于99的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。從而煉出各種高質(zhì)量的鋼，目前這種煉鋼法使用最為普遍。 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的供氧系統(tǒng)一般是由制氧機(jī)、加壓機(jī)、中間儲(chǔ)氣罐、輸氧管、

5、控制閥、測(cè)量?jī)x表及氧槍等主要設(shè)備組成。 1、低壓儲(chǔ)氣罐：是儲(chǔ)存從制氧機(jī)分餾塔出來(lái)的壓力為0.0392MPa左右的低壓氧氣。 2、壓氧機(jī)：又制氧機(jī)分餾塔出來(lái)的氧氣只有0.0392MPa，而煉鋼用氧要求的工作氧壓力為0.7851.177MPa，需要壓氧機(jī)把低壓儲(chǔ)氣柜中的氧氣加壓到2.452.94MPa，氧壓提高后，中壓儲(chǔ)氧罐的儲(chǔ)氧壓力也相應(yīng)提高。 3、中氧儲(chǔ)氣罐：把由壓氧機(jī)加壓到2.452.94MPa的氧氣儲(chǔ)存起來(lái)，直接供轉(zhuǎn)爐使用，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)有周期性，而制氧機(jī)要求滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此通過(guò)設(shè)置中壓儲(chǔ)氧罐來(lái)平衡供求，以解決車間高峰供氧問(wèn)題。煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜

6、物，調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動(dòng)渣轉(zhuǎn)爐使它直立起來(lái)。這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng)，使鐵、硅、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對(duì)流作用，使反應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi)。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí)，碳開(kāi)始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化

7、并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng)，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進(jìn)行脫氧。個(gè)過(guò)程只需15分鐘左右。鋼和生鐵含碳量的界限通常是：生鐵：C=1.74.5 ，鋼：C 1.7CCO 耗氧量100(4.30%-0.20%)90%16/12=4.92噸CCO2 耗氧量100(4.30%-0.20%)10%32/12=1.09噸SiSiO2耗氧量1000.8%32/28=0.914噸MnMnO耗氧量 1000.2%16/55=0.058噸PP2

8、O5 耗氧量 1000.13%(165)/(312)=0.168噸 S 1/3被氣化為SO2, 2/3與CaO反應(yīng)生成CaS進(jìn)入渣中, 則S不耗氧。圖1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過(guò)程流程圖1.2 供氧制度的主要內(nèi)容：確定合理的噴頭結(jié)構(gòu)、供氧強(qiáng)度、氧壓和槍位制。供氧是保證雜質(zhì)去除速度、熔池升溫速度、造渣制度、控制噴濺去除鋼中氣體與夾雜物的關(guān)鍵操作，關(guān)系到終點(diǎn)的控制和爐襯的壽命，對(duì)一爐鋼冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響。1.3供氧制度中的工藝參數(shù)供氧量定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)供入熔池的氧氣量，單位是m3/min，或m3/h，故又稱氧氣流量，常用Q表示。計(jì)算公式：每噸金屬需氧量它取決于鐵水成分、所煉鋼種的終點(diǎn)成分及氧

9、氣利用率等因素，通常情況下為5260m3/t。供氧時(shí)間國(guó)內(nèi)不同容量轉(zhuǎn)爐的供氧時(shí)間統(tǒng)計(jì)如下表：轉(zhuǎn)爐容量/t 12 30 50 120供氧時(shí)間/min 15 16 18 23供氧強(qiáng)度/m3/tmin 4.0 3.6 3.3 3.0.供氧強(qiáng)度定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每噸金屬的耗氧量，常用I表示，單位是m3/tmin。計(jì)算公式：供氧強(qiáng)度I=另外，供氧強(qiáng)度的大小還與原料質(zhì)量、操作水平等因素有關(guān)。工作氧壓P用指測(cè)定點(diǎn)氧壓，即氧氣進(jìn)入氧槍前管道中的氧壓，也是供氧制度中規(guī)定的工作氧壓。由測(cè)定點(diǎn)到噴嘴前有一定的氧壓損失，根據(jù)具體情況可以測(cè)定。所以P用P0。噴嘴前氧壓P0：其選用應(yīng)考慮以下因素：A.氧氣流股出口速度要達(dá)到

10、超音速（450530cms），即M1.82.1。B. 出口的氧壓應(yīng)稍高于爐膛內(nèi)氣壓。通常P00.7841.176MPa。出口氧壓P：應(yīng)稍高于或等于周圍爐氣的壓力。通常P0.1180.125MPa。本章小結(jié)：在轉(zhuǎn)爐頂吹煉鋼過(guò)程其實(shí)就是對(duì)鐵水的定量氧化過(guò)程，所以供氧系統(tǒng)是關(guān)鍵，供氧系統(tǒng)的主要作用是向熔池供氧和傳氧，向熔池供氧是保證雜質(zhì)去除速度、熔池升溫速度、造渣制度、控制噴濺去除鋼中氣體與夾雜物的關(guān)鍵操作，關(guān)系到終點(diǎn)的控制和爐襯的壽命，對(duì)一爐鋼冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響。吹煉氧壓及氧槍槍位的高低是供氧制度中的兩個(gè)重要參數(shù)它對(duì)熔池的脫碳速度和爐渣中FeO含量以及熔池溫度有重大影響。因此,供氧制度

11、是關(guān)系到煉鋼生產(chǎn)質(zhì)量好壞的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。第二章 轉(zhuǎn)爐氧槍供氧系統(tǒng)參數(shù)2.1 轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣流量控制氧氣流量是控制吹煉的重要方：法之一，因此需要精確地測(cè)量和控制氧氣流量。氧氣流量是通過(guò)安裝在氧氣管道上的節(jié)流裝置和流量變送器將流量轉(zhuǎn)換成420 mA DC電流信號(hào)。由于壓力、溫度對(duì)流量有影響，故采用了壓力、溫度補(bǔ)償裝置，經(jīng)演算器運(yùn)算后得到實(shí)際氧氣流量信號(hào)，一方面送至顯示儀表指示和記錄，同時(shí)將流量信號(hào)送至調(diào)節(jié)器與流量給定值相比較，根據(jù)比較結(jié)果，調(diào)節(jié)器給出調(diào)節(jié)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變閥門(mén)開(kāi)度，從而保證氧氣流量為給定值。由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中需要經(jīng)常降槍和提槍以便于采樣、測(cè)量和倒渣，這就要求降槍時(shí)送

12、氧，提槍時(shí)快速切斷氧氣，所以在調(diào)節(jié)閥后面裝有切斷閥。切斷閥的位置只有兩個(gè)，提槍時(shí)切斷閥全關(guān)，降槍時(shí)切斷閥全開(kāi)。切斷閥和氧氣噴槍提升機(jī)構(gòu)自動(dòng)連鎖，當(dāng)氧槍進(jìn)入爐內(nèi)一定深度時(shí)便自動(dòng)打開(kāi)切斷閥，提槍時(shí)便自動(dòng)關(guān)閉切斷閥。切斷閥動(dòng)作要迅速，關(guān)閉要嚴(yán)密，工作要可靠。 圖2.1 轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣流量控制方框圖2.2 轉(zhuǎn)爐氧槍冷卻水 氧槍冷卻水的供應(yīng)是保證氧槍在爐內(nèi)高溫下正常工作的必要條件，一般采用壓力為12001500kPa的高壓水。除了對(duì)冷卻水的壓力進(jìn)行檢測(cè)外，還要對(duì)冷卻水進(jìn)出水溫度及溫度差、冷卻水流量進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)出水溫度超過(guò)規(guī)定時(shí)氧槍就有燒壞的危險(xiǎn)，應(yīng)立即發(fā)出警報(bào)。冷卻水流量的測(cè)量是通過(guò)安裝在管道上的節(jié)流裝置

13、，流量變送器取得420mA DC電流信號(hào),送至顯示儀表指示和記錄。冷卻水壓力的測(cè)量是通過(guò)安裝在管道上的取壓管和壓力變送器取得420mA DC電流信號(hào)，送至顯示儀表指示和記錄。冷卻水溫度是通過(guò)安裝在管道上的熱電阻和熱電阻壓力變送器，把進(jìn)出水溫度轉(zhuǎn)換成420mA DC電流信號(hào)，送至顯示儀表指示和記錄。當(dāng)冷卻水壓力低于規(guī)定值，出水溫度高于規(guī)定值，進(jìn)出水溫度差高于規(guī)定值， 都會(huì)發(fā)出警報(bào)。 圖2.2 冷卻水溫度控制系統(tǒng)方框圖2.3 轉(zhuǎn)爐氧槍槍位氧槍高度直接影響爐內(nèi)造渣、脫碳速度和提溫速度，是煉鋼操作的一個(gè)十分重要的參數(shù)。直接用標(biāo)尺指示氧槍高度，用電氣設(shè)備人工控制是一種最簡(jiǎn)單的辦法，但準(zhǔn)確度不高。在氧槍卷

14、揚(yáng)機(jī)上安裝一套脈沖發(fā)生器，用一套接受裝置在操縱室內(nèi)計(jì)量氧槍高度，同時(shí)對(duì)氧槍提升和下降位置，氧氣切斷閥開(kāi)閉實(shí)行連鎖和自動(dòng)控制。這種方法精確度較高，顯示明確，操作方便，特別是可以與計(jì)算機(jī)配合直接由計(jì)算機(jī)控制。圖2.3氧槍槍位控制系統(tǒng)方框圖1槍位與熔池?cái)嚢璧年P(guān)系 硬吹（低槍位或高氧壓的吹煉模式）氧氣射流對(duì)熔池的沖擊力大，形成的沖擊深度較深，沖擊面積較小，產(chǎn)生的小液滴和氣泡的數(shù)量多，氣體熔渣金屬乳化充分，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度快，特別是脫碳速度加快，大量的CO氣體排出，使熔池得到充分的攪動(dòng)，同時(shí)降低了熔渣中（FeO）含量。即槍位越低，熔池內(nèi)部攪動(dòng)越充分。 軟吹（槍位高或氧壓低的吹煉模式）氧氣射流對(duì)熔池的沖擊

15、力減小，沖擊深度變淺，反射流股的數(shù)量多，沖擊面積增大，對(duì)熔池表面攪動(dòng)有所增強(qiáng)，內(nèi)部攪動(dòng)相應(yīng)減弱，脫碳速度降低，熔渣中的（FeO）含量增加。綜上所述，槍位在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)變動(dòng)，可以調(diào)節(jié)熔池表面和內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速度，尤其是脫碳反應(yīng)速度，從而起到調(diào)節(jié)熔池的攪拌作用。如果短時(shí)間內(nèi)采用高低槍位交替操作，還有利于消除爐內(nèi)液面上可能出現(xiàn)的“死角”。所以在爐役后期，成渣速度慢時(shí)，可采用高低槍位交替操作，能夠消除渣料結(jié)坨，加快化渣。本章小結(jié)在本章中主要介紹了轉(zhuǎn)爐頂吹煉中供氧系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)。它包含氧槍的氧氣流量，氧槍的氧氣壓力，氧槍冷卻水溫度控制和氧槍槍位。這些參數(shù)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)變動(dòng)，可以調(diào)節(jié)熔池表面和內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速

16、度，尤其是脫碳反應(yīng)速度，從而起到調(diào)節(jié)熔池的攪拌作用。但是這些參數(shù)中氧槍的氧壓控制最為關(guān)鍵。在接下的一章中主要介紹氧槍氧壓的檢測(cè)和控制。第三章 轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓控制3.1 轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓控制意義一定的生產(chǎn)條件下每噸金屬的耗氧量是定值，較高的供氧強(qiáng)度意味著供氧時(shí)間較短，即生產(chǎn)率高。但實(shí)際生產(chǎn)中噴頭的直徑一定，只有通過(guò)提高氧氣的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣吹煉中噴濺嚴(yán)重且氧氣的利用率較低。一般情況下，隨著轉(zhuǎn)爐容量的增大，H/D減小，生產(chǎn)中易噴，供氧強(qiáng)度減小， 另外，供氧強(qiáng)度的大小還與原料質(zhì)量、操作水平等因素有關(guān)，例如國(guó)外一些300噸轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度也高達(dá)4.0左右。在我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼中吹入壓力正常情況應(yīng)維持在1.0MPa左

17、右,而來(lái)自氧氣站的氧氣壓力一般在1.63.0MPa之間。為滿足吹煉工藝的要求,采用兩級(jí)調(diào)壓系統(tǒng),第一級(jí)采用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)將壓力調(diào)節(jié)至1.5MPa,第二級(jí)采用流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)將壓力調(diào)節(jié)至1.0MPa,由于壓力調(diào)節(jié)閥和流量調(diào)節(jié)閥是串聯(lián)在同一根管道上,為避免相互影響,可采取。如下措施予以解決:壓力調(diào)節(jié)閥預(yù)設(shè)規(guī)定開(kāi)度。同流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一樣,預(yù)設(shè)規(guī)定開(kāi)度是為了解決間歇過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定規(guī)定開(kāi)度時(shí)間,使壓力調(diào)節(jié)和流量調(diào)節(jié)相匹配。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)超調(diào)(當(dāng)PV-SVGAP時(shí),GAP為偏差上限設(shè)定值)。壓力調(diào)節(jié)閥強(qiáng)制在某規(guī)定開(kāi)度,其目的是為了減少壓力波動(dòng)對(duì)流量調(diào)節(jié)的擾動(dòng)。3.2轉(zhuǎn)爐吹氧裝置 轉(zhuǎn)爐吹氧控制

18、裝置，轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧系統(tǒng)包括設(shè)置在氧氣輸送管道上的氧氣壓力調(diào)節(jié)閥，與所述氧氣壓力調(diào)節(jié)閥相連的氧氣流量調(diào)節(jié)閥，包括：數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取吹氧時(shí)間信息、副槍測(cè)量開(kāi)始信號(hào)、副槍測(cè)量結(jié)束信號(hào)和吹氧結(jié)束信號(hào)，以及所述氧氣輸送管道中的供氧壓力和流量信息；與所述數(shù)據(jù)采集單元相連的中央處理器，利用所述數(shù)據(jù)獲取單元獲取得到的吹氧信息，確定當(dāng)前轉(zhuǎn)爐吹氧階段所對(duì)應(yīng)的吹氧控制方式；與所述中央處理器相連的控制器，按照所述吹氧控制方式調(diào)節(jié)所述氧氣壓力調(diào)節(jié)閥和氧氣流量調(diào)節(jié)閥，以將當(dāng)前供氧壓力和流量調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)范圍。 由以上本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案可見(jiàn)，利用獲取得到的吹氧時(shí)間信息、副槍測(cè)量開(kāi)始結(jié)束信號(hào)，確定當(dāng)前轉(zhuǎn)爐吹氧階段的

19、控制方式，然后根據(jù)獲取得到的氧氣輸送管道中的當(dāng)前供氧壓力和流量信息，按照所確定的吹氧控制方式，調(diào)節(jié)氧氣壓力調(diào)節(jié)閥和氧氣流量調(diào)節(jié)閥，以將當(dāng)前供氧壓力流量調(diào)節(jié)至所述預(yù)設(shè)范圍。本申請(qǐng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程對(duì)氧氣流量或壓力要求不同，確定不同的控制方式來(lái)調(diào)節(jié)輸氧管道中的氧氣量，以達(dá)到轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程對(duì)氧氣量的需求，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼吹氧的自動(dòng)控制，大大降低了轉(zhuǎn)爐煉鋼吹氧控制過(guò)程的難度，提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)效率，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。說(shuō)明圖如下： 供氧裝置系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案方框圖如下：圖A 供氧系統(tǒng)工作點(diǎn)壓力控制系統(tǒng)的方框圖說(shuō)明：.操縱變量q:工作點(diǎn)的壓力； .被控

20、變量y：調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度；擾動(dòng)量：環(huán)境溫度變化異常。轉(zhuǎn)爐煉鋼按照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入壓力為0.785MPa（0.05MPa）純度大于99的高壓氧氣流，使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。所以為保證鋼的質(zhì)量，就要通過(guò)對(duì)氧槍壓力控制來(lái)保證吹入氧氣的壓力，這樣就要設(shè)計(jì)壓力控制系統(tǒng)。1、被控變量y的確定工藝要求控制氧槍的工作壓力為0.785MPa（0.05MPa），氧槍的出口在轉(zhuǎn)爐內(nèi)，而轉(zhuǎn)爐內(nèi)的環(huán)境不適合壓力檢測(cè)，為保證所測(cè)壓力最接近氧槍的工作壓力，所以選擇氧槍的工作測(cè)壓點(diǎn)的壓力作為被控變量。2、操縱

21、變量q的確定按工藝流程得知，供氧系統(tǒng)上游的供氧壓力為2.452.94MPa，這個(gè)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氧槍的工作壓力，為保證氧槍的工作壓力在0.785MPa（0.05MPa）之間，于是在供氧管道與氧槍間設(shè)置一個(gè)減壓閥，于是減壓閥的閥門(mén)開(kāi)度就成為了較為理想的操縱變量。3.控制過(guò)程描述氧槍工作點(diǎn)的壓力由差壓變送器(P)測(cè)出送入控制器(PID)，當(dāng)氧槍的工作壓力因各種擾動(dòng)壓力偏低時(shí)，控制器接收到差壓變送器測(cè)出的信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，并發(fā)出控制信號(hào)對(duì)減壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，增大減壓閥的閥門(mén)開(kāi)度，從而使氧槍的工作壓力上升到設(shè)定值，當(dāng)氧槍的工作壓力偏高時(shí)反之。3.3 轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓檢測(cè)與控制設(shè)

22、計(jì)3.3.1轉(zhuǎn)爐氧槍氧壓檢測(cè)與控制參數(shù)工作氧壓P：指測(cè)定點(diǎn)氧壓，即氧氣進(jìn)入氧槍前管道中的氧壓，也是供氧制度中規(guī)定的工作氧壓。由測(cè)定點(diǎn)到噴嘴前有一定的氧壓損失，根據(jù)具體情況可以測(cè)定。所以PP0。噴嘴前氧壓P0：其選用應(yīng)考慮以下因素：A.氧氣流股出口速度要達(dá)到超音速（450530cms），即M1.82.1。B.出口的氧壓應(yīng)稍高于爐膛內(nèi)氣壓。通常P00.7841.176MPa。C出口氧壓 P：應(yīng)稍高于或等于周圍爐氣的壓力。通常P0.1180.125MPa。3.3.2 設(shè)計(jì)的具體方案根據(jù)工藝的要求，吹氧壓力為0.8MPa。流量為60009000h 由制氧分廠送來(lái)的氧氣首先在轉(zhuǎn)爐分廠的氧氣球罐內(nèi)儲(chǔ)存，氧

23、球的出口壓力及煉鋼車間氧氣總管壓力為225MPa，氧槍內(nèi)氧氣壓力根據(jù)工藝要求必須大于0.6MPa， 如果小于0.6Mpa，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)通過(guò)聯(lián)鎖裝置氧槍作自動(dòng)控制。圖3.2.1氧槍氧壓檢測(cè)與控制系統(tǒng)圖初步設(shè)計(jì)方案如下：首先是對(duì)轉(zhuǎn)爐氧槍中通氧管道進(jìn)行取壓，具體實(shí)施辦法是將節(jié)流裝置安裝在氧氣管道中通過(guò)安裝在氧氣管道上的取壓管獲得差壓，然后將差壓引入彈簧管，此時(shí)彈簧管會(huì)有形變，將霍爾片固定在彈簧管的自由端，在霍爾片的上、下方垂直安放兩對(duì)磁極，當(dāng)被測(cè)壓力引入后，彈簧管的自由端會(huì)產(chǎn)生位移，即改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置。這樣就將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)可取得420mA DC的氧氣壓力信號(hào)，將它送至調(diào)節(jié)

24、器與給定值相比較，根據(jù)偏差情況，調(diào)節(jié)器給出調(diào)節(jié)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變氧氣管道閥門(mén)開(kāi)度，從而控制氧氣壓力為規(guī)定值。圖3.2.2氧槍氧氣壓力檢測(cè)流程圖3.3.3儀表選型 傳感器的選擇:由于被測(cè)對(duì)象為壓力而且氧槍壓力為表壓而且為高壓，由于波紋管、膜片、膜盒多用于微壓、低壓或負(fù)壓的測(cè)量；而彈簧管可以作高、中、低壓及負(fù)壓的測(cè)量。所以可選擇彈簧管，但是彈簧管不能進(jìn)行遠(yuǎn)傳因此可以和霍爾片式傳感器配合使用將取得的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA DC電流信號(hào)以進(jìn)行遠(yuǎn)傳。這樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 執(zhí)行器的選擇：由于控制對(duì)象為氧氣，當(dāng)有火花或者根電接觸時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，因此為了生產(chǎn)的安全在選擇執(zhí)行器時(shí)應(yīng)選氣動(dòng)執(zhí)行器，將4-20mA DC的電流信號(hào)通過(guò)電-氣轉(zhuǎn)換器后成為氣壓信號(hào)，從而去改變控制壓力的大小，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定的要求