某炼钢厂50吨转炉底吹系统技术方案及设备选型

某炼钢厂通过120吨顶底复吹提钒炉冶炼工艺技术，将1号、2号、3号50吨顶吹氧气转炉改造为顶底复吹转炉。总结阐述了改造过程中技术方案确定、设备选型及安装施工过程等。

顶底复吹 转炉改造

1前言

某炼钢厂有3座转炉，设计公称容量为50t顶吹氧气转炉，是2005年3月投产的，2010年1座120吨提钒炉投产，为配合半钢冶炼及新品种开发，将50吨顶吹氧气转炉改造为顶底复吹转炉。由于钢铁市场不景气，公司安排炼钢厂工程技术人员对120吨提钒炉顶底复吹系统进行消化，自行设计、设备选型及安装。

2炼钢厂改造前工艺及设备现状

2.1工艺状况

某炼钢厂有3座50吨转炉，装入量：64t，其中铁水：60t，废钢：4～5t，平均出钢量为：60t，最大出钢量：62t，冶炼周期：28min，主吹时间：12min，平均点吹次数：2，最大点吹次数：3，供氧量：4500～5300m3/炉，氧气流量：12500Nm3/h，供氧压力：1.3Mpa吹炼压力：0.8～0.9Mpa，氮气压力：0.8Mpa，仪表空气压力：0.4～0.65Mpa。

2.2设备状况

转炉选用的是活炉底，耳轴只有3个通气孔，配套的旋转接头只3个通气孔，没有底吹阀门系统，转炉的控制系统为西门子控制系统，吹炼PLC为西门子S7400系列，操作画面是Wincc。

3改造方案确认

3.1概述

氮气、氩气送至底吹阀站，一个阀站对应一座转炉，阀站内有一条控制主管路，三条控制支管路，每条管线单独控制一块透气砖，管线设备有旁通阀。从阀站出来的管线经转炉旋转接头送至底的透气砖上。

阀前氮气压力≥1.0～1.3Mpa，流量40～400Nm3/h。

底吹阀站布置在±12.5m平面，阀站面积约为3×4m2，高度为3米。

3.2转炉底吹气工艺参数

复吹型式：弱搅拌型复吹方式

底吹气体种类：氮气（N2）

底吹气体介质要求：氮气要求无油，气体杂质（特别是H2O，O2）含量小于百万分之一。

底吹气体压力总管：0.8～1.2Mpa

透气砖型式和块数（每座转炉）：针管式透气砖3块

供气流量（每块）：平均透气流量50Nm3/h，最大透气流量150Nm3/h，防止气砖堵塞流量20Nm3/h，供气强度平均钢水量时0.02～0.12Nm3/h。

3.3气路设计

50吨转炉炉底透气砖设计为3块，现有转炉短耳轴旋转接头有5个通道，其中2个通道为炉帽冷却水通道，一进一出，另3通道进气管。

转炉底吹系统原则上设计成一个通道对应一块透气砖，能够实现一对一控制，如果一块砖堵塞，也不会影响另外砖的流量、压力控制。

3.4工艺设备

旋转接头：安装在转炉耳轴上氮气供气通道，要求旋转接头通水与通气分开，通气通道内不会进水，配套选型旋转接头能满足工艺要求。

3.5控制仪表设备

压力测量仪表：测量氮气总管和各支管的压力，信号送至PLC中，现场配有减振压力表。

快速切断阀：氮气总管和各支管配有快速切断控制并由PLC控制，能保证总管控制及各方管分开控制，总管总管压力调节阀：控制氮气总管压力，PLC控制，控制气源压力0.5～0.7MPa电磁电源DC24V、输入信号ON/OF，公称通径DN50公称压力2.5MPa，输入信号4～20mA，调节后压力0～1.3MPa。

流量计：测量总管及各支管氮气体流量，信号送至PLC中，是控制底吹流量调节阀的关键。

流量调节阀：控制氮气流量，由PLC控制，控制气源压力0.5～0.7MPa电磁电源DC24V、输入信号ON/OF，总管气动调节阀公称通径DN50公称压力2.5MPa，输入信号4～20mA，阀前压力1.3MPa阀后压力1.0MPa；支管气动调节阀公称通径DN25，公称压力2.5MPa，输入信号4～20mA，阀前压力1.3MPa阀后压力1.0MPa，调节流量在0～120m3/h

4自动控制系统

本次改造在原有转炉吹炼控制系统基础上，充分利用原有自动控制系统网络架构及硬件设施，底吹和顶吹控制共用一台S7-400PLC，将此次改造所需的仪表检测及仪控设备信号接入系统备用I/O点，根据工艺要求进行编程实现对底吹阀站系统各调节、控制阀及压力、流量进行控制。整个控制程序采用模块化设计与STEP7语言相结合的方式编制。HMI界面采用Wincc6.0，可有效保证操作人员对底吹阀站系统各压力、供气流量进行监控并进行根据工艺情况进行调整。整个改造项目在实施过程中未增加PLC系统的投资。

控制方式：

（1）手动方式：在该方式下，设备由主控室控制。操作人员可以对底吹过程中底吹氮气流量的设定值进行手动设定。

（2）自动方式：根据转炉吹炼的不同阶段，对底吹氮气的流量进行控制。吹炼之前，由操作人员对吹炼模式中的底吹方案进行修改确认。底吹方案包括根据转炉的状态设定各阶段的吹氮流量等项目。PLC将按照底吹方案中氮气流量设定值自动进行调节。在此次改造中底吹采用两种模式进行吹氮，一种为转炉维护模式，即转炉处在进铁水、取样、出钢及停炉维护过程中，此时支管流量设定为20Nm3/h，总管流量设定为60Nm3/h；另为吹炼模式，此时转炉处于冶炼周期，根据氧枪开氧吹炼信号，PLC自动将支管流量设定为40Nm3/h，总管流量设定为120Nm3/h。也可根据工艺要求做进一步优化和调整。

主要控制功能块

（1）底吹流量控制：根据底吹方案中流量设定值，自动分配各支管调节流量，维持底吹总流量。

（2）底吹流量累计：对底吹N2进行单炉流量和总流量累计，计算消耗量，单炉次流量自动累计，总流量可经授权的操作人员可以清零重新进行累计。

（3）底吹压力控制：PLC设定，由操作人员手动输入压力设定值，调节阀自动调节。

（4）支管透气砖堵塞判断：当支管流量调节阀后压力高于某一设定值，而流量小于某一设定值，延时判断，则认为透气砖堵塞。

5结语

为了节约技改费用，炼钢厂工程技术人员对炼钢厂120吨提钒炉顶底复吹系统进行消化，对3座50t转炉进行改造，自行设计转炉底吹系统并对设备选型及自行安装，不但提高了工程技术人员业务水平，取得了显著的经济效益及社会效益。