转炉氧枪系统分析
转炉炼钢氧枪控制系统改造
主令 大 、密 封
结构松散
低 、故 障率高 、
调试时间长
１ 芯 ２
转 炉炼 钢氧枪控制 系统改造后见 图 ２ ，将绝对 编码器安装在原主令 控制器位置 ， 主要原 因： 该处 ① 转速低 ， 编码器旋转圈数少 ， 振动小 ， 可提高编码 器
使用寿命 。 ②扩大编码器的测量范 围， 有效保证控制 精度 。 ③更换 电机或卷筒时对绝对编码器无影响 ， 降 低检修作业 时间。 氧枪上、 下运动带动绝对编码器旋
ＤＢ ０ ｌ ２ ３ Ｄ ＢＷ ４
ＤＢ２ ３ ｏ１ ＤＢＷ ８
ＳＨＬ ＤＷ ＥＮ０ 来自ＥＮ Ｓ ＨＲ ＤＷ Ｅ ＮＯ
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表 １
检测
元件 小
１ ． 工作原理
转炉炼钢氧枪控制精度优劣直接影响产 品质量 、炉龄以及 设备安全 ， 其中枪位检测是影响氧枪 自动控制水平的主因。 水钢 二炼钢 ｌ０ 转炉氧枪 （ １ 控制 系统 由 Ｐ Ｃ控制单元 、 Ｏｔ 图 ） Ｌ 大功率 变频器和检测装置（ 机械 式主令控制器 、 增量编码器 、 绝对编码
上 越 逮 塑
二进制数 ，再根据 Ｐ Ｆ公 ＋
司绝对编码器 特点进行 编
程 ，将脉 冲信 号转换成 十 进制 数 ，以利 于数据显示 和计算 ， 换程 序见 图 ３ 转 ， 相关数据含义见表 ２ 。 （ ） 转 换 成 十进 制 ２将
数 的绝对 编码 器 脉 冲数 ，
ＥＮ
ＤＢ２ ３ｌ ０ ＤＢＤＯ
— —
一
～
控制电缆 Ｐｏ ｂｓ Ｄ 控 制线 ｒｆｕ— Ｐ ｌ
氧枪设计
氧枪设计顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。
因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。
转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。
尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。
需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向下移动。
（1）喷头设计：喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。
1）设计主要要求为：A 正确设计工况氧压和喷孔的形状、尺寸，并要求氧气射流沿轴线的衰减应尽可能的慢。
B 氧气射流在熔池面上有合适的冲击半径。
C 喷头寿命要长，结构合理简单，氧气射流沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动。
2）喷头参数的选择：A 原始条件：类别\成分(%)C Si Mn P S 铁水预处理后设定值 3.60 0.10 0.60 0.004 0.005 冶炼Q235A,终点钢水C=0.10%根据铁水成分和所炼钢种进行的物料平衡计算，取每吨钢铁料耗氧量为50.4m3（物料平衡为吨钢耗氧52m3）,吹氧时间为20min 。
转炉炉子参数为：内径6.532m ，熔池深度为1.601m ，炉容比0.92m3/t 。
转炉公称容量270t ，采用阶段定量装入法。
B 计算氧流量每吨钢耗氧量取 52m3，吹氧时间取20min min /70220270523m Q =⨯=C 选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头（如下图3-3所示），喷头夹角为14°喷孔为拉瓦尔型。
１２０Ｔ转炉氧枪高压冷却水供回水系统研究与改进
摘 要 本文通过对酒钢碳钢薄板厂炼钢 ３座 １２０Ｔ转炉氧枪高压冷却水流量差值大、冶炼过程中频 繁报警提枪的主要因素进行研究分析，针对供回水管路设计、电磁流量计设置等方面及实际运行过程中存 在的问题，提出改进方案及措施。方案实施后，彻底解决了氧枪高压冷却水流量差值大及报警提枪的瓶颈 问题，有效保障了生产的连续性及转炉冶炼期间的安全性。
社，２００８． ［４］吴凤林．关于氧枪技术的基础理论研究问题［Ｊ］．冶金
能源，１９８８，０２． ［５］孙桂柱，韩玲，关东平等．２６０ｔ转炉氧枪水冷系统分析
［Ｊ］．冶金能源，２００９，０７．
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ＥＴｘｔｏｒｔａａｌｅＮｄｉｏｔｉ．ｏ２ｎ７９２０２２ ＭＥ ＴＡ Ｌ冶ＬＵ ＲＧ金ＩＣ Ａ设Ｌ ＥＱ备ＵＩＰＭＥＮＴ ２ ０２总２第年增２７９刊期（２）
１２０Ｔ转炉氧枪高压冷却水供回水系统研究与改进
黄文德① 王腾霄
（酒钢集团宏兴股份公司 甘肃嘉峪关 ７３５１００）
酒钢 碳 钢 薄 板 厂 炼 钢 ３座 １２０Ｔ顶 底 复 吹 转 炉 于 ２００５年 ４月建成投产，其氧枪系统是转炉冶炼过程中的 关键设备，它是将高压氧气吹入转炉炉内金属熔池，并带 有高压水冷却保护系统的氧气顶吹管状设备。该系统设 计为双层小车式氧枪装置。由两台横移车、升降卷扬机、 电机减速机装置、升降小车、防止坠枪装置、吹氧管，以及
转炉氧枪自动控制系统
转炉氧枪自动控制系统【摘要】为满足某大型钢厂150吨转炉控制要求，开发了转炉控制系统，系统主要包括供配电、自动化、网络系统，其中氧枪控制是自动化系统的核心部分。
本文详细介绍了转炉氧枪的自动控制系统的应用，变频器完成氧枪的驱动控制，编码器完成枪位的精度控制，保证了氧枪运行的安全可靠、稳定准确。
【关键词】转炉；氧枪；控制系统1 引言氧枪系统是转炉的关键设备，主要由氧枪、氧枪升降装置、换枪装置三个部分组成，与其相关的还有仪表、阀门、供养管道等。
它的主要功能是将炼钢需要的氧气和氮气输送到转炉中，完成冶炼和溅渣护炉的工作，氧枪控制的优劣直接影响产品质量、炉龄以及设备安全，其中抢位检测是影响氧枪自动控制水平的关键。
某钢厂150吨转炉有2套氧枪设备，各自独立升降，2台横移小车可以互为备用。
2台升降小车分别装在横移换枪小车上，1台处于工作位时，另外1台处于等待为备用。
氧枪升降由交流变频电机驱动，电源经过UPS由变频调速柜供电，保证电源失电时实现紧急提枪，抱闸电机和氧枪控制电源由UPS供电，其它辅助设备均由MCC供电。
2 控制系统组成控制系统由PLC控制单元、大功率变频器（1用1备）、检测装置（机械式主令、两个绝对值编码器组成）。
操作台给定控制信号送至PLC控制单元，经过PLC处理后输出控制信号给变频器，完成氧枪的高低速控制、枪位定位。
PLC部分采用西门子S7 400 系列CPU，PLC采用Profibus现场总线分布式结构。
网络通信系统采用100 Mb/s工业以太网；采用工业级交换机，网络通信协议为TCP/IP；网络线路物理介质为光缆和双绞电缆。
PLC与氧枪传动的连接采用Profibus现场总线分布式结构；各PLC与上位机之间通过Ethernet网络进行实时数据传输；各PLC之间，PLC与HMI之间均通过Ethernet网络进行相互通信。
3 控制方式氧枪分两种控制方式，包括手动控制和自动控制。
手动控制又分吹炼、溅渣和维护三种工作模式。
100吨转炉氧枪系统的自动控制共4页
100吨转炉氧枪系统的自动控制1、引言氧枪控制系统包括氧枪升降控制、主备枪横移车控制以及氧枪的连锁控制。
其中氧枪的连锁系统比较关键,主要包括氧枪供水、供氧、以及一次除尘等连锁,在其中任何一个连锁条件不满足时,氧枪就会自动提枪,以避免危险的发生。
2、氧枪系统控制2.1 氧枪枪位控制氧枪枪位的控制可以直接影响钢水的质量,在吹炼过程中,枪位控制合适,可以降低氧气射流对转炉炉衬的侵蚀,有利于提高炉龄。
氧枪的位置信号由编码器采集,在组态画面上直接显示氧枪的枪位,冶炼过程中的吹炼位可人工设定,并可随时修正。
其中,换枪位为25.7m、待吹位15.2m。
氧枪长时间使用,氧枪枪位会产生误差,为了确保枪位准确,岗位人员要进行氧枪枪位的校准,只需将氧枪提升到换枪位,然后下枪,即可校准氧枪枪位。
氧枪枪位的控制分为手动和自动两种方式。
自动方式:在组态画面上设置氧枪到达等待位、吹炼位、换枪位的操作按钮,按钮按下后,氧枪在任何位置都将自动到达指定位置,氧枪快、慢速转换、开关氧气阀门均可自动进行,如需要微调枪位,可选择手动方式,选画面或主令调整枪位,调整完后可再选自动。
手动方式:在自动状态出故障时,使用组态画面上的按钮或氧枪主令操作氧枪升降。
2.2 主备枪横移车控制氧枪横移系统为双小车、双卷扬系统,一套工作,一套备用。
在组态画面上,可选择A、B枪。
氧枪换枪控制分为手动、自动两种方式。
在操作画面上有手、自动选择。
在自动换枪时,当氧枪提升到换枪位时,按下自动换枪按钮,氧枪定位销自动打开,到位后,需更换的氧枪横移车自动移向备用位,到位后,备用氧枪横移车自动移向吹炼位,到位后,氧枪定位销自动闭合,实现自动换枪。
在自动状态出故障或者现场极限开关故障时,可以使用画面或现场机旁操作箱手动操作氧枪换枪。
2.3 氧枪升降控制氧枪升降是采用交流电机驱动,变频调速。
氧枪升降速度为快速40m/min,慢速4m/min。
事故断电时,用保安电源自动提枪到待吹位。
氧枪在转炉炼钢中的作用
氧枪在转炉炼钢中的作用
1. 供氧燃烧: 氧枪通过喷吹氧气，与炉内的燃料进行完全燃烧，提供高温的燃烧气体。
燃烧产生的高温气体可以提供炉内足够的热量，以加速炉温升高和炉内合金元素的快速溶解。
2. 气化反应：氧枪喷吹的氧气可以与炉内的碳和硅等元素进行气化反应，产生一些气体，如CO、CO2、SiO2等。
这些气体
起到了溶解掉杂质和非金属夹杂物的作用，净化了钢液。
3. 氧吹焰调整：通过调整氧枪的氧气流量和角度，可以改变氧吹焰的形状和温度，从而对钢液的温度和成分进行调整。
通过增加或减少氧气流量，可以调节钢液的炉温，达到炼钢工艺的要求。
4. 氧蒸汽喷射：氧枪在喷吹氧气的同时，还可以喷射水蒸汽或稀释气体，以控制炉内的氧气浓度，调整转炉中的氧气极化反应速率，使得整个炼钢过程更加稳定。
炼钢转炉吹氧氧枪(精)
分类：单孔、三孔和多孔。
单孔用于小型转炉，大中型转 炉一般采用3~7孔。注意：多孔 喷头由多个拉瓦尔喷孔组成。
器。其能量转换过程：当高压氧 (1.5MP
左右 ) 通过收缩段时流速增加，在喷头出 口处获得超音速流股，它能较好的搅拌熔 池，有利于提高氧枪寿命和炉龄。
喷
头 喷头
收缩段 喉口 扩张段
3M75×2 喷头主要参数： a 喉口直径。对供氧强度的大小 起着很重要的作用。 b 出口直径。喉口直径一定时， 出口直径越大，射流出口速度也 越大。 Ф 64
⑴ 氧枪本体：喷头、枪身及连接管接头
组成。 ① 枪身：由中心管、中层管、外层管三 根无缝钢管同心套装而成，三层管从内 向外依次输送氧气、供水和排水。
水冷结构氧枪
进水连接管
出水连接管
外层管 中层管
中心管
2，供氧设备
② 喷头：采用纯紫铜制成 →目 的是提高寿命。
喷头结构：是拉瓦尔型的，由收缩段、喉 口段、扩张段构成。 其作用：将压力能转换成动能的能量转换
5
4 3
应高于烟罩氧枪插入孔的上缘，以便烟罩检
修和处理氧枪粘钢。攀钢为14米 ⑦ 换枪点。更换氧枪的位置，它高于氧枪最 高点。
2 1
4、副枪
⑴ 功能：副枪有测试付枪与操作付枪之 分 测试副枪功能是在吹炼过程和终点测量 温度、取样、测定钢水碳含量和氧含量 及液面高度等，以提高控制准确性，获
得冶炼过程中间数据，是转炉炼钢计算
升降，小车有8个导向轮，可在导向轮
上做升降运动。
氧枪升降机构
转炉炼钢对氧枪升降机构和更换装置的要求： ① 具有合适的升降速度，并可变速。
更换装置：为保证连续生产，每座转炉
均配备两套氧枪及其升降装置，当一根氧
转炉氧枪自动控制系统的几点探讨
转炉氧枪自动控制系统的几点探讨转炉生产中，氧枪的自动控制系统，是极为重要的部分，其与转炉的生产效益，存在直接的关系，能够提高转炉生产的基本性能。
本文主要探讨转炉氧枪自动控制系统的几点相关内容。
标签：转炉；氧枪；自动控制我国钢铁企业中，转炉氧枪的自动控制系统，属于一类先进的工艺项目，改进了原有炼钢生产的方法。
转炉氧枪自动控制系统中，其可通过电控系统，直接的控制好生产的步骤，在很大程度上提高了生产的效率，表明转炉氧枪自动控制系统的作用和实践价值。
1 转炉氧枪自动控制系统分析转炉氧枪自动控制系统在企业中，体现在速度、定位、动作联锁三个方面，参与企业运行时，氧枪自动控制下的速度，决定了氧枪定位的精确性以及运行的安全性。
氧枪自动控制系统的定位，对企业运行的影响比较直接，特别是冶钢企业中，转炉氧枪会影响到冶炼钢种的性能和质量[1]。
企业生产中，提高了对转炉氧枪自动控制系统的重视度，全面规划控制系统的应用，便于发挥转炉氧枪的优势。
目前，企业转炉氧枪自动控制系统运行时，选择过程控制系统，以西门子PCS7比较典型，硬件方面选用AS416-2DP，提供可靠的软件服务平台，再加上PLC以及通讯系统，准确的控制转炉氧枪的自动化运行。
控制系统通讯功能强大，就会提高操作、故障诊断的效率，按照企业的生产顺序，完善转炉氧枪自动化的运行方式，实现逻辑性的应用。
氧枪自动控制状态中，涉及到大量的参数调节工作，如氧气、氮气以及氩气，通过各种参数回路，直接控制氧枪自动控制系统的运行，促使氧枪适用于企业生产的过程，以此来提高转炉氧枪自动化生产的能力，满足企业的基本需求，辅助提高企业的生产能力。
2 转炉氧枪自动控制系统构成2.1 水系统转炉氧枪水系统，用于控制氧枪进水、出水时的压力、流量参数，检测各项参数的准确性，一旦氧枪有异常的水信息，自动控制系统就会出现报警信号，提示漏水。
转炉氧枪控制谁系统中，当氧枪有漏水报警时，操作人员会直接处理氧枪的故障，待事故处理完，氧枪水系统会自动进入恢复生产的状态[2]。
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炼钢转炉氧枪装置的使用现状分析
摘要：介绍氧枪装置工作原理，使用现状及存在问题，并对存在问题提出对策。
关键词：炼钢转炉氧枪氧枪传动
炼钢厂炼钢转炉氧枪装置包括氧枪和氧枪升降装置，是纯氧顶吹转炉的重要设备之一，是通过用高质水冷却的吹氧管将工业纯氧送入吹炼半钢或铁水来完成冶炼钢种的任务。
其升降和横移传动装置通过电气连锁与转炉倾动机械有关设备配合共同完成冶炼，更换氧枪等操作任务。
一、转炉对氧枪的升降机构和更换装置的要求
在吹炼过程中氧枪需要多次升降调整枪位，对氧枪的升降机械和更换装置提出如下要求：
（1）应具有合适的升降速度，并可以变速。
（2）应保证氧枪升降平稳，控制灵活，操作安全，结构简单，便于维护。
（3）能快速更换氧枪。
（4）为保证安全生产氧枪有相应的连锁装置，如转炉不在垂直位置，氧枪不能下降；氧枪降至炉口以内，转炉不能倾动。
氧枪下降至氧气开氧点时，氧气阀自动打开，同时转为慢速运行；氧枪提升至此点时自动转为快速运行；氧枪升至关氧点时，氧气阀自动关闭，同时由慢速转为快速运行。
当供氧氧压或冷却水的
水压低于规定值，或冷却水的水温高于规定值时，氧枪自动提升报警。
二、氧枪系统现工作原理和结构
氧枪装置由吹氧管，氧枪传动装置，升降小车，升降小车滑道及换管装置和横移小车，横移小车传动装置，平衡锤，平衡锤滑道等组成。
氧枪由3根同心无缝钢管制成，外径尺寸ф219，枪体总长17355mm，目前采用的喷头为535。
吹氧管冷却采用高质水，水压为10--12kg/h，给水量≥120t/h，进水温度≤25℃，回水温度≥45℃，氧枪冷却水采用金属软管，型号：SA25JRL150A-15500，数量为两根。
氧气输送软管采用同样的金属软管，氧气软管和冷却水管东西分别布置。
氧枪的升降是由提升平衡锤来实现的，平衡锤系数为1.3倍,由钢绳的两端固定在升降小车和平衡锤的滑轮支座上。
传动钢绳有卷筒绕过平衡锤的滑轮固定在小底座的支架上。
当开动电动机，经过减速机，由Ф800mm的卷筒提升或下降平衡锤，完成氧枪的升降。
氧枪升降制动采用液压制动器，备有紧急电源，在升降过程中，发生断电时，由另外的电源打开制动器。
将氧枪提出转炉炉体，如图1。
换管装置为一梯形吊具，由两根氧枪钢绳吊住。
它同时有两个作用：一是吊挂车体，二是起换管作用。
利用新换管机构可使备用枪迅速投入吹炼。
防止非作业时间。
升降小车导轨全长四段，用螺钉连接，导轨的底部装有弹簧缓冲装置，以免当小车事故落下时，减少对平台的冲击。
横移装置是由电动机经过减速机，传至一端固定在横移车架
上的杠杆，杠杆上有螺母，螺母固定在横移车架上，由此机构进行运动。
横移小车由型钢焊接而成，其上同时装有两台氧枪升降小车，一部是吹炼使用的工作枪，另一部为备用枪。
车架上部装有四个水平轮，下部有两只水平轮和两只垂直轮，以承受全部重量和偏心负载。
三、存在的问题。
目前，炼钢厂三座转炉氧枪装置存在以下的问题
（一）氧枪升降装置
（1）现在氧枪升降是利用平衡锤升降实现的，从理论上讲，平衡锤的重量为氧枪的1.3倍，大于氧枪的重量，完全能吊起氧枪，从使用的情况与现实理论有所差别，如：氧枪粘渣过多的情况，容易导致氧枪抬速慢，不能实现工艺要求。
（2）氧枪平衡锤装置对设备故障的判断带来了困难，因为要从钢绳，滑轮及平衡锤本体，氧枪小车等方面查找，费工费时，延长了设备的故障时间。
在定修时，对氧枪小车、滑轮、钢绳的更换，带来了极大的不方便、费工费时。
（3）氧枪更换费时，冷却水金属软管采用法兰式联接，螺栓必须一个个松动，由于长期处于高温粉尘的区域，螺栓很难松动，更换氧枪利用钳工和吊车人工拆卸，工作时间长，劳动强度大，而且整个氧枪的更换的时间是记录在非生产作业时间中的，影响设备的可开动率。
（4）横移小车原为换枪而设置，因原设计问题而长期不使用。
（5）存在较大的安全隐患：钢绳事故拉断，重跎会下落，损坏设备或氧枪落入炉内烧坏或大量的水进入炉内，造成安全事故。
四、解决方案
1）氧枪系统氧枪升降装置应取消平衡锤装置，取消上滑轮，重新改造。
采用上驱动的形式直接完成氧枪小车的升降。
氧枪升降系统由电动机通过减速机带动卷筒完成。
由两根钢绳牵引氧枪小车升降，在氧枪小车上配两个滑轮，氧枪钢绳绕过滑轮，返回氧枪驱动装置平台下方，两根钢绳的长度采用平衡臂调节。
在两根钢绳上使用钢绳张力传感器，设定一个值，在氧枪运行过程中起保护和限制作用，如图2。
这样一改，从设备上来说，数量减少，工序简化了。
这样可以节约成本，节省维修时间。
2）恢复氧枪横移小车，恢复备用枪的配置。
重新进行研究设计，而基本形式可借鉴提钒转炉氧枪横移小车：使用摆线针轮减速机，拖动链条，采用易液压定位技术，精确实现定位，达到工作和备用枪的互换性。
3）按照标高设计。
在氧枪传动装置变化后，其基础标高肯定已有所提高。
故厂房结构也要做相应的变化，一方面要核定现厂房的承载能力，加上研究设计，同时对检修所用的器具如：检修吊车，检修平台还要研究设计。
4）氧枪金属软管在更换氧枪过程中，采用快速活接，应考虑研究冷却水管的快速活接，以利于缩短换枪时间，减少非生产作业时间。