热式气体质量流量计在不锈钢...碳炉底吹系统中的应用与研究_杨建帅.pdf
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1、收稿日期:2022 09 30第一作者:杨建帅(1985),男,甘肃武威人,本科,工程师,从事自动化仪表工作。E-mail:yangjianshuai jiugang com热式气体质量流量计在不锈钢真空脱碳炉底吹系统中的应用与研究杨建帅(甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司 检修工程部,甘肃 嘉峪关 735100)摘要:为了研究不锈钢真空脱碳炉精炼过程中 1#喷吹线底吹流量控制超调以及 1#钢包出现一次喷渣和喷钢问题,从 2 条喷吹线流量计比对实验、热式质量流量计与定期检定流量计比对实验、热式质量流量计选型、测量和调节阀性能 5 个方面进行分析研究,得出了 1#钢包底吹调节阀在10%20%阀位之
2、间存在卡滞,1#流量计在前后压差不为零的情况下进行零点调整的结论,从流量计安装前比对、流量计使用中比对和完善程序报警功能 3 个方面提出解决对策。关键词:真空脱碳炉;底吹系统;质量流量计;温差;超调中图分类号:TP273文章编号:1000 0682(2023)02 0076 04文献标识码:ADOI:10 19950/j cnki cn61 1121/th 2023 02 015Application and research of hot gas mass flowmeter in bottom blowing systemof stainless steel vacuum decarbon
3、ization furnaceYANG Jianshuai(Maintenance Engineering Department,Hongxing Iron Steel Co,Ltd of JISCO,Gansu Jiayuguan 735100,China)Abstract:In order to study the overshoot of bottom blowing flow control in 1#injection line and the prob-lem of once slag and steel injection in 1#ladle in refining proce
4、ss of vacuum decarbonization furnace for stain-less steel,this paper analyzes and studies the flow meter comparison experiment of two injection lines,thecomparison experiment of the thermal mass flowmeter and the regular verification flowmeter,the selection ofthe thermal mass flowmeter,the measureme
5、nt of the thermal mass flow meter and the performance of the reg-ulating valve,it is concluded that there is stagnation between 10%20%valve positions of bottom blowingcontrol valve of 1#ladle,zero point adjustment of 1#flowmeter when the pressure difference between front andback is not zero,from the
6、 flow meter before the installation of comparison,comparison and improve the useof flowmeter program alarm function of the three aspects of solutionsKeywords:vacuum decarbonization furnace;bottom blowing system;mass flowmeter;temperaturedifference;overshoot0引言不锈钢真空吹氧脱碳炉1(Stainless steel vacu-um oxyg
7、en blown decarbonization furnace,以下简称VOD)用于冶炼特种钢,主要用于生产超纯铁素体不锈钢(409L 和 439)、双相不锈钢和奥氏体不锈钢(含碳量小于 0 03%的不锈钢),也可根据需求生产其他属性不锈钢。所需辅助原材料有镍、镍铁、硅铁、钛铁、活性石灰及萤石等。VOD 炉是在真空条件下进行冶炼,其真空脱气系统主要由真空罐、抽气管道和真空泵组成,蒸汽泵设计为5 级蒸汽喷射加水环泵,同时所配备的真空泵具有低蒸汽消耗的特点,能够降低各点蒸汽消耗量,节约能源。真空脱气过程主要是可降低氢、硫、氮和氧的含量,通常含氢量从0 26 0 44 mg/m3下降到0 17 m
8、g/m3以下,含硫量可降低到 71 4 mg/m3以下。在真空条件下,不67工业仪表与自动化装置2023 年第 2 期仅能够处理钢水而且还可以处理渣,在真空中钢水和渣处于剧烈搅拌状态,可加快钢渣反应,比如脱氧、去除杂质和脱硫并且可保证上渣脱氢,这样可降低脱氢后氢的反弹。不锈钢 VOD 的正常生产为公司的生产经营及拓宽外部市场起到关键性作用。VOD 是在真空状态下进行金属冶炼,钢水的良好搅拌和混合至关重要,因此精准的底吹量测量和控制是 VOD 冶炼特种钢的关键控制点。该文着重介绍热式气体质量流量计在 VOD 底吹系统中的应用及问题研究,并提出解决方案。1VOD 底吹流量测量系统问题VOD 冶炼过
9、程中存在的主要问题有:(1)根据冶炼工艺要求,底吹流量设定值间波动幅度较大,底吹流量控制超调现象严重,当流量设定值发生大幅度变化时,调节不稳定;(2)在不锈钢 VOD 正常冶炼过程中,1#钢包出现一次喷渣及喷钢问题。2VOD 底吹系统工艺原理不锈钢 VOD 生产过程中,钢水的良好搅拌由惰性气体底吹完成。搅拌系统的设计使得惰性气体从2 个透气砖进入钢水中,当透气砖发生堵塞时,可直接连接到透气砖进气管上的旁通高压管进行供气,提高冶炼容错能力。搅拌设计有2条平行线,1 条为氩气线,1 条为氮气线,搅拌气体通常使用的是氩气,但对于增氮不明显的钢种,可选用较便宜的氮气。每个生产阶段,搅拌速度都要最优化,
10、如果搅拌不足会造成温度梯度和耐火材料损坏。VOD 底吹系统工艺原理如图 1 所示。图 1VOD 底吹系统工艺原理氮气线或氩气线由冶炼工艺决定,当选择氩气线时,通过气动调节阀切断氮气供气管路,氩气进入检测系统。每条线均安装有就地压力显示仪表,压力高联锁信号送至流量控制器,通过控制将调节阀调整至全关状态,同时放散打开。每条线路在进入流量测量前分别安装有单向阀,防止气体反窜。氮气线和氩气线均由同一台热式气体质量流量计进行测量,质量流量计选用 BOOKS,产品型号为SLA5863S2GAA0C2A1,供电电源为 24 VDC,输出信号为4 20 mA,测量范围为0 799 NL/min,该质量流量计只
11、具有测量功能,无流量控制功能。调节阀选用 FISHE 产品,单作用方式,配备机械式定位器,无反馈信号,该调节阀具有低滞后和死区的特点。调节阀出口安装有单向阀,并安装有压力显示、压力高报警和高高报警仪表,最终输出流量控制在800 NL/min 以内,以满足冶炼底吹搅拌要求。3热式气体质量流量计测量原理热式质量流量测量系统由节流器和流量传感器两部分组成。进入 MFC/MFM(MFC 是带有控制气体质量流量的装置,而 MFM 是不具有控制气体质量流量的装置)的气流分成2条路径,一条直接通过节流器,另一条通过流量传感器,原理如图 2 所示。772023 年第 2 期工业仪表与自动化装置图 2热式气体质
12、量流量计流量分配原理总流量(A+B)进入 MFC/MFM 并分为流量 A和流量 B,流量 A 和流量 B 在限流器的远端再次汇集,其中流体的分离是由节流器引起的,在流动过程中将有一个压力差通过节流器,迫使气体在传感器内部流动。节流器引起的压差随总流量呈线性变化。在 MFC/MFM(A/B=常数)范围内,传感器流量与通过节流器的流量之比保持不变,而 MFC/MFM 的最大流量由节流器来确定。流量传感器是一个非常狭窄的薄壁不锈钢管。在这根管子上,加热元件的两边都安装有上游或下游温度感应元件。加热器元件位于传感器管的中点,可以获得恒定的功率。在被测气体介质处于非流动条件下,到达每个温度传感器的热量是
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