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转炉冶炼汽包水位控制方法

文档作者：苗青张淋云文档来源：山钢股份济南分公司自动化信息技术公司		点击数：	更新时间： 2020年12月03日
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第37卷第4期
2015年8月
山 东
Shandong
冶 金
Metallurgy
V0l-37 No．4
August 2015
转炉冶炼汽包水位控制方法
苗青，张淋云
(山钢股份济南分公司自动化信息技术公司，山东济南250101)
摘要：根据转炉间断性炼钢特性，利用可编程控制器，依据汽包与给水系统的主要技术参数，对汽包上水量进行合理的控
制与调整，从而实现转炉汽包水位控制，提高了转炉冶炼汽包水位控制的准确性，满足炼钢厂汽包的最佳运行要求。
关键词：转炉冶炼；汽包；水位控制；给水系统；程序设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004—4620(2015)04—0054—02
1 前言
目前，国内外转炉煤气回收的方法主要有湿法
(OG)和干法(LT)两种，在OG或LT系统的上部烟道
处设置转炉汽化装置(余热锅炉)，汽化装置的汽包
水位能否稳定，不仅影响设备的安全和蒸汽的质
量，还影响转炉能否正常安全生产。汽包水位的控
制方式很多种，汽包上水阀一般为调节阀，也有采
用切断阀控制。
连续性生产的锅炉水位的控制，通常采用串级
三冲量或单冲量、两冲量控制，为安全起见，采用两
个调节阀(投一备一)；利用基于模型参考神经网络
实现水位自适应控制；使用模糊PID控制器对水位
进行控制。这些控制方式对汽包液位的检测依赖
性大，一旦液位检测有误，控制便会无法进行。对
于转炉汽包基于间断性炼钢的特殊性以及吹氧期
和停氧期水位要求的急剧变化，上述控制方法都未
取得良好的控制效果。
针对现有技术手段的不足，采用一种转炉冶炼
汽包水位控制方法进行液位控制。
2 水位控制方法简介
2．1 影响汽包水位变化的干扰因素[¨
影响转炉汽化装置汽包水位变化的主要干扰
因素有：
1)给水量的干扰(吹炼期和非吹炼期)；2)蒸汽
负荷的变化(吹炼期和非吹炼期)；3)炼钢过程中产
生烟气的变化(吹炼期和非吹炼期)；4)汽包压力的
变化(吹炼期和非吹炼期)；5)汽包水温的变化(吹
炼期和非吹炼期)；6)汽包容器的结构；7)除氧器、
汽包、给水泵的耦合响应。
收稿日期：2015—02—27
作者简介：苗青，女，1970年生，1993年毕业于北京科学与技术学院
自动化专业。现为山钢股份济南分公司自动化信息技术公司高级
工程师，从事仪表、电气自动化控制工作。
其中，汽包压力的变化并不直接影响水位，而
是通过汽包压力升高时的“自凝结”和压力降低使
“自蒸发”过程引起水位变化，且压力变化的原因往
往是由于热负荷和蒸汽负荷的变化引起的，故这一
干扰因素可归并在其他干扰中考虑。
蒸汽负荷的变化是按用户需要而改变的不可
控因素，而针对转炉生产热负荷变动极大的状况，
应尽量避免水位波动过大而造成给水量跟不上负
荷的变化。 _＼
由于冷水温度比汽包饱和水的温度低，给水量
变化后，使汽包中汽泡含量减少，导致水位下降，当
突然加大给水量后，汽包水位一开始不立即增加，
而是存在一个滞后环节，这样就有可能还会出现短
时间内给水量跟不上水位变化的状况，给水温度越
低，滞后时间越大。
2-2 汽包工作过程
转炉吹炼过程中产生大量约1 600℃左右的高
温烟气，在进人除尘系统前，必须先经过汽化冷却
装置，设置汽化冷却装置的目的是收集转炉冶炼过
程中的高温烟气，并将其冷却下来，以便满足下一
步除尘及煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生
产。汽化冷却装置的主要工艺设备有汽化冷却烟
道、汽包(余热锅炉)、除氧器、蓄热器等，汽包内除
设有汽水分离装置、给水分配装置、加热装置外，还
设有加热给水用的带有混合和分配喷嘴的蒸汽加
热装置。一般来说，汽包的容积越大，其容水量就
越小，其结构如图l所示。
卜升管开121
图1 汽包结构示意图
烟道锅炉管内包括上升管和下降管，管内的软
水通过与烟气进行热交换而汽化，产生的汽水混合
物进人汽包，汽包主要起汽水分离器的作用，对软
苗青等 转炉冶炼汽包水位控制方法 2015年第4期
水进行预热并承载转炉冶炼所需软水的循环，保障
转炉正常生产。
3 控制过程实施b]
在转炉冶炼过程中根据吹氧期和停氧期两个
不同阶段，依据汽包容积和给水泵扬程大小初步计
算每分钟的上水量，汽包的容水量是一定的，因而
每炉吹炼时的上水量也就基本固定。因此，摸索一
个冶炼周期的汽包上水量，并利用给水泵变频控制
的特性设置可调的上水时间段，在冶炼过程中间断
性给汽包补水，从而控制上水量，即避免了汽包液
位检测不准给生产带来了麻烦，又减轻了操作人员
的工作强度。
以210 t转炉炼钢为例，汽包额定工作压力为
2．9 MPa(表)，汽包内径为O3 000 mm，筒体部分长度
11 000 mm，容积为一86 m ，即容水量为一86 t，给水
泵扬程为660～540 rn，上水量为90～130 t／h，转速为
3 000 r／min。汽包水位控制设给水切断阀和排水切
断阀，液位量程一750～+1 000 mm，报警水位为一650
m m ，与转炉氧枪连锁水位为一750 mm。转炉冶炼周
期为35～40 min，其中吹氧时间约15 min。
为解决汽包水位不稳的问题，通过在汽化系统
煮炉时试验各种不同方案，最终选定的最佳控制方
案是：利用给水泵变频调速的特性，分为高速和低
速两种速度，高速为50 rtz(可调)，即电机全速运转，
上水为2．2 drain左右；低速为10 Hz以下(可调)，给
水泵电机在此速度下基本不上水。整体水位的控
制分为吹炼期和非吹炼期，给水泵分别设有手动、
自动两种控制方式。
给水泵在一个吹炼周期投高频自动补水时间
约为8～10 min左右(上水量约为l7 21 t)，水位保
持一100～300 mm左右。投低频时间为5—7 min，此
时转炉已吹炼13～15 min，转炉氧枪可随时停止吹
炼，转入非吹炼期(氧枪提至待吹位)。
吹炼结束后，水位下降至一100～100 mm(一方
面是因为汽化烟道仍有一部分消耗，另外主要还是
因为补水时大量气泡破裂水的体积缩小所至)，给
水泵自动转入非吹炼期的补水控制，当水位H<一>0mm时，给水泵
低速。
一个吹炼周期结束，等下一炉炼钢时，操作人
员可根据上一炉的吹炼补水经验实时调节下一炉
补水时间。转炉冶炼汽包水位流程见图2。
控制方式为全自动控制方式，在手动控制下各
控制可解列。排水切断阀在正常方式下，由操作人
员手动控制开启和关闭。
图2 转炉汽包水位控制逻辑流程
4 结语
系统投用后，实现转炉汽包水位控制，降低了
对汽包液位检测值的依赖性，避免了“虚假水位”对
汽包补水的影响，提高了转炉冶炼汽包水位控制的
准确性；汽包水位控制在一100 +350 mm，汽包压力
控制在1．2～2．35 MPa，完全满足炼钢厂汽包的最佳
运行要求，吹炼过程中水位控制平稳，汽包压力正
常，为转炉炼钢的正常运转提供了有利条件。
参考文献：
[1] 冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算[M]．北京：科学出版社，
2003．
[2] 张承武．炼钢学[M]．北京：冶金工业出版社，2003．
E3] 翁维勤，周庆海．过程控制系统及工程EM]．北京：化学工业出
版社．1996．
(下转第59页)
55
王艳芬 矫直机入出口升降辊安全连锁控制 2015年第4期
“OFF”模式。
3 控制系统测试方案
测试时，需要电气、机械、操作人员在现场协
助，具体步骤如下：1)将传动电机与升降辊传动轴
脱开。手动转动编码器模拟升降辊位置变化，并保
持编码器不转或者反方向转。确认在有控制命令
输出时，能否在反馈异常时及时切断控制命令输
出。2)若步骤1测试成功，则送电带升降辊动作，操
作人员操作时要有电气专业人员现场确认，一旦有
问题及时停止升降辊动作，防止造成设备损坏。3)
最好在进行第2步之前，把电机的联轴器脱开，如果
不能脱开，更需要操作人员随时准备关闭电机现场
电闸。
4 结语
安全连锁控制功能优化措施实施后，宽厚板轧
线生产运行能安全稳定，系统操作维护方便，年度
人出口升降辊故障由420min降低到30rain内，避免
了设备损失。吨钢消耗水电风气等成本按300元／t，
小时产量按150 t／h计算，该项目实施后，每年减少
故障时间对应节约成本29．25万元。
参考文献：
[1] 孙本荣，王有铭，陈瑛．中厚钢板生产[M]．北京：冶金工业出
版社，1993．
[2] 于世果，李宏图．国外厚板轧机及轧制技术的发展[J]．轧钢，
1999(12)：31．
[3] 陈瑛．中厚板矫直技术的发展[J]．宽厚板，2002(6)：1-5．
Safety-chain Control for the up--down Stream Rollers of Straightening M achine
WANGYanfen
(The Automation Department ofLaiwu Branch Company ofShandong Iron and Steel Co．，Ltd．，Laiwu 271104，China)
Abstract：To solve the problems of electrical wiring dislocation or encoder signal abnormalities，which often make the up-down
stream rollers header of strai【ghtening machine to take of the sh ．the method of changing the eneoder signal network for parallel
control chain was taken．Basing research on control chain defects and optimizing safety-chain control，the safe and stable operation of
straightening machine can be ensured．This feature can expand application in other similar mechanical and electrical control circuit．
Key words：straightening machine；wide-plate；up—down stream roller；safety-chain
●0 ●0 ●-0 ●0 ●◇ ●◇ ●c：》
(上接第55页)
●<>●<> ●< > ●<> ●<> ●<> ●<> ●-：。0
Smelting Process Steam Drum W ater Level Control M ethod
MIAO Qing，ZHANG Linyun
(The Automation Inform~ion Technology Company ofJinan Company ofShandong Iron and Steel Co．，Ltd．，Jinan 250101，China)
Abstract：An advanced method for controlling smelting process steam drum water level is introduced．According to BOF steelmaking
intermittent characteristics，using the programmab le controller according to the main technical parameters of the steam drum，the
water supply system of a reasonable amount of water for steam drum can be controlled and adjusted．This enable to control the
converter steam drum water level，to improve the accuracy of the smelting steam drum water level contro1．It can meet the best
operation requirements for the steel mill steam drum．
Key words：smelting；steam drum water level；water supply system；programming 信息园地
201 5中国(北京)国际冶金工业博览会将于9月8ml 0日在北京隆重举行
由北京金属学会、中国有色金属学会、北京机械工程 领域。届时不仅各大主流品牌纷纷聚首，展品展商呈现
学会、中国设备管理协会和北京海闻展览有限公司联合 多元化，展会还将融入更多“国际元素”，堪称“国内外冶
主办的“第十一届中国(北京)国际冶金工业博览会”，将 金企业的最强集结”。国内外一线品牌及权威专家将汇
于2015年9月8—10日在北京·中国国际展览中心(新 聚一堂，综合展示节能减排和低碳冶金新技术，演绎当今
馆)隆重举行。预计本届展会展出规模相比上届将有 钢铁产业热点，帮助企业探寻新的发展契机。
20％的增长，吸引展商近千家。展会期间还将举办产业 目前，展会招展工作正在火热进行，欢迎各大相关企
对接、高峰论坛、意向签约、技术交流等重要活动。 业积极参观参展。
新一届展会展品涵盖冶金技术、设备及产品，冶金检 展会组委会联系人：刘程程13241518602
测及自动化、工业窑炉及耐火材料、冶金工业环境保护技 电话：+86— 10L__68604260
术和设备、冶金热加工、机械加工、物料输送、动力传动等 传真：+86—1O一8868 0811 </一>

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