氧枪控制系统设计

内蒙古科技大学课程设计论文

升降小车沿导轨上下移动。钢丝绳卷筒与氧枪升降电机同轴, 由PLC控制的变频器驱动氧枪电机, 控制氧枪的上升和下降。

图2.3 氧枪升降机构图

2.2.3 转炉吹氧的工艺过程

在正常工况下，氧枪从等待点开始下降，经过变速点、开关氧点至吹炼点停止，进行吹炼。吹炼点表示为氧枪枪头距钢水液面的距离。吹炼一段时间后，提枪到等待点根据倒炉取样化验结果，确定是否需要补吹。如此，直到吹炼完毕，倒炉出钢，完成一个冶炼周期[4]。

在非正常工况下，氧枪在PLC的控制下，通过升降机构迅速提升并切断氧气供应。如果遇到停电状况并且氧气切断未完全时，操作人员应在最短时间内到现场通过手动切断阀关闭氧气。

氧枪的整个行程中根据工艺要求设置了：上极限、下极限、等待点、变速点、开关氧点等工艺状态点，这些状态点是由凸轮控制器检测的点，其余由控制设备通过计算来判断。

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2.3生产工艺参数及要求

2.3.1生产工艺中需要检测的参数及要求[5][6]

（1）氧气总管压力应≥1.6 Mpa(最低不能<1.4MPa)；

氧气工作压力取1.0-1.2Mpa；氧气流量为44160m3／h

转炉氧枪供氧系统包括顶吹氧气压力、流量调节控制等。生产要求能实现如下功能：

①氧气总支管阀前、阀后压力显示、报警。

②氧气总支管流量的PID调节,吹炼开始时PID调节自动投入。 ③在位枪支管氧气工作压力的检测,显示、报警。

④氧气阀门的控制、检测及报警。氧气阀门有: 氧气总管O型阀、氧气支管O型阀和氧气支管快切阀。转炉吹炼过程中氧气支管快切阀与氧枪枪位联锁。 （2）冷却水流量270 m3／h、冷却水压力1.3-1.5Mpa、氧枪出水温度应＜68℃，

氧枪冷却水进出水流量差＜12 m3/h。 氧枪冷却水系统应具有如下功能:

①氧枪冷却水进水、回水压力检测,低于报警设定值时,报警显示、氧枪自动提到等候点。

②氧枪冷却水进水流量检测,低于报警设定值时,报警显示、氧枪自动提到等候点。

③氧枪出水温度检测,高于报警设定值时,报警显示、氧枪自动提到等候点。 ④氧枪冷却水进出水流量差检测,高于报警设定值时,报警显示、氧枪自动提到等候点。

（3）氧枪枪位，此参数可通过固定在氧枪升降机构上的增量编码器测得。

①氧枪提升到炉口以上距离＞3.26米（标高20.65m）,转炉才能倾动。氧枪降到距炉口3.26米以下时，转炉不能倾动。

②氧枪下至炉内，距炉口1.89米（标高15.5m）时，氧气快速切断阀自动打开，计时电钟自动启动，并延时10秒作为计算氧耗量的开始时间。

③氧枪在炉内上升至13.626米，距炉口3.865米（标高13.626m）氧气快速切断阀自动关闭，计时电钟自动停止。

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④氧枪不在最高操作位置（标高28.55米）时，旋转小车不允许旋转移位,装置在移动中自动定位。

⑤氧枪降至开氧点15.5m时，氧枪孔氮封和加料溜槽氮封打开。氧枪上升到15.5m，氧气快速切断阀全部关闭。氧枪孔氮封和加料溜槽氮封关闭。

⑥吹炼中如出现氧气供应不足的异常现象，氧流量≤40000m3/h，，应立即提枪处理。

2.3.2转炉氧枪联锁要求：

当氧枪处于正常运行状态时，一旦系统监测到如表2.1所列的情况，必须立即提枪报警，否则会造成工伤事故。

表2.1 报警提枪条件 类别 序号 项目 报警提枪条件 炼 1 氧枪出水温度 ≥68℃ 2 氧枪水流量 ≤227m3/h 3 氧枪水压力 ≤0.8MPa 4 进出水流量差 ≥12m3/h 氧气工作压力 ≤1.0MPa（烘炉除外） 钢 5

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第三章 氧枪控制系统设计

3.1氧枪控制系统图

根据生产工艺要求，设计的氧枪控制系统结构框图如图3.1所示，控制系统 的仪表图（见附图），此系统需要实时监控的工艺参数有：氧气流量、压力，冷却水的进出水流量、温度，以及氧枪的升降高度，同时在生产现场能够对减压阀前后的压力就地显示。此系统有两个控制系统：氧气流量控制系统与氧枪高度控制系统。

3.2氧气流量控制系统

3.2.1控制方案:

因为氧气流量在系统运行时必须稳定在一个恒定值，并且氧气流量F与氧气压力P具有一定的函数关系，所以在实际测量时二者会相互影响。为了能够记录氧气流量的真实值，本系统使用压力补正的方法对氧气流量进行控制，选择被控对象为氧气，需要检测的参数为氧气压力及流量，控制器选用具有分析计算功能的流量控制器即可，执行机构选择带阀门定位器的气动薄膜执行机构。

系统运行过程：

当检测到氧气压力与流量后，通过流量控制器的分析计算得出经补正后的氧气流量值，同时与氧气流量的设定值进行比较，得出二者的偏差并输出最佳控制值作用于薄膜执行机构，通过阀门的动作来控制氧气流量稳定在恒定值。 3.2.2仪表选型：

①氧气减压阀：

型号：Y42X直接作用弹簧薄膜式减压阀； 公称压力：1.0～2.5；

②减压阀前后压力显示仪表：

型号Y-150Z（无锡市特种压力表有限公司）； 精确度：±1.6%； 量程范围：0～2.5MPa；

③氧气压力变送器：

型号 ：3351GP压力变送器（西安天虹仪表有限公司）；

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