淺談鋼包底吹氬氣裝置在煉鋼廠精煉爐的應用與實踐

丁劍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

隨著爐外精煉技術的不斷發展和普及，鋼包底吹氬技術是鋼包精煉爐中非常關鍵的技術之一，吹氬攪拌可有效促進鋼——渣之間的物質轉換，不僅可以去除非金屬夾雜物，還可以加速鋼液脫氧、脫碳反應，有利于鋼液溫度均勻，精確調整復雜的化學成分。對于冶煉優質鋼，鋼包底吹氬技術是必不可少的。理想的、精確的、自動化、數字化的鋼包底吹氬氣控制工藝對鋼水爐外處理越來越顯得重要。從成本高、效益低的頂吹攪拌到逐步完善、節能效果顯著的底吹氬攪拌工藝，使鋼鐵企業的生產不斷跨入新的臺階。尤其對于鋁鎮靜鋼、汽車用鋼以及管線鋼等品種鋼的生產，已進入由量到質的飛躍。

良好的鋼包底吹氬氣裝置除了對均勻鋼水成分和溫度，提高鋼水澆鑄性能外，對保證整個生產的順利進行起著決定性作用。

1 傳統的鋼包底吹氬裝置

1.1 工藝結構簡單，手動操作，控制精度較低，人員操作存在一定安全風險

早期的鋼包底吹氬裝置（如圖1）主要通過手動操作針型閥控制閥門開度，采用浮子式流量計測量流量，吹氬時間采用人工記錄時間控制，鋼包與手動控制閥站出口采用軟管連接，軟管采用滑環固定方式隨著鋼包車在鋼水處理位與鋼水吊運位之間來回移動，鋼水冶煉開始前，由人工將吹氬軟管插到鋼包本體的吹氬管路上，鋼水冶煉結束后，在由人工將軟管與鋼包進行分離，此時，由于管路中氬氣未進行泄壓，插拔軟管過程中，可能會造成鋼水噴濺，給操作人員帶來極大安全隱患，同時對氬氣流量控制也無法準確控制，直接影響鋼水冶煉質量，目前該吹氬方式已經完全被淘汰。

圖1 早期鋼包底吹裝置

1.2 主流改進版鋼包底吹裝置

目前絕大多數鋼廠采用此種鋼包底吹氬裝置（如圖2），此底吹氬裝置采用自動流量調節閥進行控制，采用質量流量計進行流量監測，壓力及流量采用遠傳儀表，氬氣閥站出口軟管采用氬氣電動卷筒控制，避免軟管隨鋼包車行駛過程中軟管拖動損壞軟管。改進的鋼包底吹氬裝置有反饋系統的氬氣流量調節器，設定流量后，系統會根據所選擇的參數，自動調節控制閥門開啟度，以適應不同鋼包的透氣磚，完全采用計算機遠程控制，操作人員采用計算機畫面設定底吹流量，鋼包底吹閥站根據設定的流量自動調節，達到設定流量后，自動關閉閥門，在此過程中，軟管與鋼包連接依然采用人工插拔軟管。

圖2 改進版鋼包底吹裝置

2 目前傳統底吹氬裝置問題分析

傳統的鋼包底吹氬氣控制系統存在底吹效果不佳和氬氣流量過大或過小的情況，影響了產品質量和加大了能源的消耗，同時在人工操作過程中，不僅增加了職工的勞動強度，還增加了人員操作過程中的安全風險。具體問題如下。

氣動調節閥反應速度慢，在電腦顯示已經打開閥門，但不一定有實際氣體流量，鋼水通常需要1分鐘左右才會有反應，操作人員需要一定的時間才能調節到理想流量，延誤了吹氣攪拌的時間，影響冶金效果。很難做到迅速精確控制，操作人員無法正確判斷吹氣攪拌情況。

氣動調節閥調節范圍較小，同時調節閥一般在30%～70%閥門開度范圍內調節效果最佳，但在冶煉實際過程中，鋼包底吹氬氣不僅需要大流量攪拌，也需要小流量進行軟吹，流量需要精準控制，流量需要在50～1300NL/min精準可調，目前大多數調節閥已無法滿足鋼水冶煉需求。

當氣體管道某部分出現漏氣、堵塞、管道壓力不足等情況，如鋼包與氣源的連接管道易漏氣，更換鋼包過程中快換接頭存在磨損，使用時間長了易漏氣，并且由于操作不規范，進場造成快換接頭被拉壞但不能及時發現。鋼包在運輸過程中軟管磨損嚴重，也易造成漏氣。操作人員無法迅速正確判斷吹氣攪拌不成功、不理想的原因。

鋼水進站后，往往需要操作人員到鋼水車上進行軟管插接的工作，人員距離鋼包較近，鋼水化學反應期間容易造成噴濺，給操作人員帶來人身傷害。

3 一種新型的鋼包底吹氬裝置的應用

一種新型的鋼包底吹氬控制閥組內配有一套氣體流量核心控制件，出口分支為4個出氣支管，以保證和完成兩個精煉工位共4個底吹磚吹氣過程的氣體控制，每2個出口為一組，負責對應工位1個鋼包的底吹供氣功能，流量核心控制組件采用多組微量氬氣流量控制范圍在10～1200NL/min之間，調整步長為10NL/min，反應時間≤0.2s。控制閥組的控制采用與上位機以太網通訊，通過程序遠程控制鋼包底吹的流量，遠程操作畫面顯示流量快速切換、各種壓力及流量顯示、吹氣攪拌結束等。操作現場通過設置操作箱面板的西門子液晶顯示屏，操作人員可以隨時跟蹤整個系統運行狀況；氣體流量顯示表和壓力顯示表隨時顯示鋼包里的吹氣攪拌情況；從操作箱上可以直接分析出氣管道的嚴密性和管道氣體壓力情況、透氣磚性能等。

一種新型的鋼包底吹氬快速精準對接裝置，底吹氬閥站出口軟管與鋼包連接有原來的手動插接形式變為自動對接形式，同時也改進了原來自動對接吹氬接頭存在的弊端（如圖3），第一代自動對接吹氬接頭存在對接精度差、容易被鋼包壓壞的弊端，新一代自動對接底吹氬接頭采用自動對接彈性補償接觸密封裝置（如圖4），該自動對接裝置主要是分別安裝在鋼包車坐包臺上和鋼包耳座底部，主要具有以下幾個突出特點：結構簡單合理，性能安全可靠，密封效果良好，更換方便快捷，成本大幅降低，提高勞動效率，降低人員安全風險等。

圖3 第一代自動對接吹氬接頭

圖4 新一代自動對接吹氬接頭

4 結語

通過新一代的鋼包底吹氬控制閥組及新一代自動對接吹氬接頭的應用，設備的技術參數和功能到達工藝要求，具有操作簡單、氬氣流量穩定、運行穩定、流量計數準確、故障率低、降低職工勞動強度及風險等特點，能夠滿足精煉工藝各種鋼種軟吹流量的精準控制以及設備穩定性的要求，大大提高了鋼水冶煉質量，降低生產過程中職工的安全風險。