钢铁厂扎钢生产线上的水除磷设备研究

1、钢铁厂扎钢生产线上的水除磷设备研究    磷(P)是钢水中的有害元素，在钢水中如果磷含量超标，则铸件产生硬脆性，表面生成冷裂纹，铸件产生不可修补的缺陷。本文对钢铁厂扎钢生产线上的水除磷设备进行了研究，希望能够为提高我国钢铁厂的产量和质量做出贡献。关键词：钢铁厂；轧钢生产线；除磷设备在普通钢水的五大化学元素中(C，Si、Mn、P、S)，磷(P)是有害元素(兵工武器产品用钢除外)。是需要严格控制的元素。在钢水中如果磷含量超标，则铸件产生硬脆性，表面生成冷裂纹，铸件产生不可修补的缺陷1。因此，在钢铁厂扎钢生产线上增加水除磷设备对于提高扎钢质量具有非常重要的意义

2、。本文对钢铁厂扎钢生产线上的水除磷设备进行了研究，希望能够为提高我国扎钢的产量和质量做出贡献。1磷产生的原因和除磷的基本条件在扎钢生产中的磷的来源，主要来自它的原材料。在扎钢生产线中的钢水中，一般熔化后=0.06左右；如果用废铸铁或生铁配碳，熔化后。因此，在扎钢中的去磷工作，是熔炼工艺中重点任务之一。磷属于易氧化元素，氧化过程是放热过程。磷所生成的氧化物属于酸性氧化物，因此，去除磷的基本条件：(1)钢液中应有一定的氧化铁含量。(2)较低的钢液温度。(3)高碱度的炉渣和大渣量。扎钢过程只有达到上述基本条件，才能有效地去除钢水中的磷，冶炼出合格的钢水。2高压水除磷设备现代的扎钢生产一般都采用高压水

3、除磷技术对扎钢进行去磷化处理，它是利用除磷泵站提供的15MPa25MPa的高压水，通过按一定距离和角度排列的高压水除磷喷嘴喷射到钢坯表面，经过冷却效应、破裂效应、蒸汽效应的冲刷效应半钢坯表面的氧化铁皮消除干净。然而，常规的高压水除磷系统，尤其是对板材、型材等大流量的除磷系统而言，均是采用泵一蓄势器供水去除钢坯表面氧化铁皮。但是这种除磷系统的控制系统复杂、投资大、日常维修费用高，且故障率频繁。所以对钢坯截面积小的线、棒材生产厂采用泵组直接供水除磷的方式，不仅投资小、除磷可靠，且故障率低(国内的高速线材生产厂中均采用这种除磷方式)。本文设计了一种常规泵和“变频泵”相结合直接供水的除磷方式，不仅投资

4、相对小、除磷更可靠，而且控制方式灵活、能耗小。2.1系统配置新型高压水除磷系统的配置如图1.1。该系统由高位水箱1，除磷水箱2，常压泵3，变频泵4(即变频装置控制的常压泵)，常压泵5，变频泵6，润滑系统7，循环阀8，液压系统9，电控及仪表等组成。图1.1新型高压水除磷系统配置图1¬高位水箱；2除磷水箱；3常压泵；4变频泵；5常压泵；6变频泵；7润滑系统；8循环阀；9液压系统。2.2工作原理新型除磷系统的工作原理是：在线的热金属检测仪(HMD)检测方坯位置，发出信号，循环阀8自动开闭。当轧件进入HMD检测位置后，发出信号，循环阀自动关闭；且根据实际所轧制钢坯的钢种，决定常压泵3、5和变

5、频泵4、6开启的台数，排出的水升压供给除磷机经喷嘴高压喷出，经冷却效应、破裂效应、蒸汽效应和冲刷效应清除轧件表面氧化铁皮。当轧件末端离开HMD检测位置后，发出信号，循环阀8自动打开，泵组低压卸荷，约95的水排入高位水箱1重复使用，约5的水经喷嘴排入地沟与除磷用水一样作为浊环水补充水。2.3系统的优势首先，在控制系统中采用两套变频装置，通过改变电机频率调节泵排水量，实现“容积调压”以保证系统压力在1525MPa之间任意可调；从而解决了只有常压泵组成的除磷系统压力不可调，而导致电耗大，设备磨损加剧；同时当设备长期运行后，泵效率降低，喷嘴磨损流量增大，必须导致压力降低而影响除磷质量等缺点。其次，采用

6、液压系统来控制循环阀。因为循环阀是除磷系统的控制核心，是保证除磷工作的关键环节，每轧制一根钢坯，循环阀都要开闭一次，且要求其开闭平稳可靠、响应速度快，气密性好。如果用水动或气动来控制循环阀，则系统管网的振动大；或高压水窜人低压管网引起管路爆裂；或循环阀启闭不及时，关闭不严而造成系统压力下降影响除磷质量。现在本系统正是采用一套专门的液压系统来控制循环阀的启闭，且其启闭时间在0.1s10s之间任意可调；从而解决了水控和气控循环阀存在的一系列缺点。这是因为液压系统相对于气动和水动系统而言，具有密封性好，工作平稳可靠，响应速度快等特点。第三，采用了高位水箱。如果不采用高位水箱装置，则当循环阀开启，泵组

7、低压卸荷时只约有5%的水经喷嘴流于地沟，而约95%的水将直接排人地沟中，白白浪费掉。所以采用高位水箱且在其内设置自动补水装置、过滤装置，使其既能净化水质改善除磷泵吸水状态，减轻气蚀，又能回收泵组约95%的卸荷水；收到一举多得之效。3控制系统设计3.1PLC选型本系统采用PLC控制，采用的PLC型号为西门子S7-300系列。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。具有无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。3.2PLC在除磷水系统顺序控制中的应用PLC在除磷水系统顺序控制中的首先应用就是

8、顺序控制。顺序控制是指生产设备及生产过程根据工艺要求按照逻辑运算、顺序操作、定时和计数等规则，通过预先编制的程序，在现场输入信号作用下，使执行机构按预定程序动作，实现以开关量为主的自动控制。其输入主要是一些按钮、按点、行程开关、限位开关、动断触点等开关量为主的控制信号。输出为继电器、接触器、电磁阀等驱动元件。内部控制部分有定时器、计数器、中间继电器等器件，以及许多常开、常闭触点。改造前除磷水电控系统控制是由继电器控制屏来实现的。由于设备体积大、动作速度慢、接线复杂，通用性、灵活性较差，维护工作量大，维修也相当困难，特别是可靠性差，没有计算和存储功能，而PLC控制系统克服继电器控制弱点，把计算机

9、技术与继电器控制技术有机地结合起来，为工业自动化提供了几乎完美的现代化控制装置，主要表现在：（1）PLC是继电器、接触器、顺序控制器以及由中、小规模集成电路及其它电气元件的复杂控制系统装置上发展起来的一种新型控制器，它采用了微电脑技术即大规模的集成电路，取代了以往靠硬线布线的逻辑控制电路，具有成本低、功耗小、体积小、重量轻等优点；（2）PLC及其有关设备都按易于与工业控制器系统联成一个整体，易于扩充功能，其接口简单、线路工作量小，能运行于恶劣的工业环境，故障率低、可靠性好、抗电气干扰能力强，不需要空调和UPS维护方便；（3）PLC采用扫描式工作方式，适于处理顺序控制；（4）本文的除磷水控制系统

10、流程复杂，用常规继电器硬接线控制方式往往系统规模庞大、维护困难、查找故障麻烦；采用PLC控制后，不仅高可靠，而且易于在线或离线修改控制系统，无需改动硬件。3.3系统控制程序设计在遵循满足要求、安全可靠、经济实用、适应发展等原则完成系统设计后编制程序时，首先要根据整个生产控制过程的要求把程序分块，其次是合理利用指令，利用各种方法正确地编写各个程序块的程序。然后经过单元调试、软硬件联调与系统总调，对程序进行修改，方可投入实际现场工作。分块结构的程序是根据工程的特点，把一个控制工程分成多个比较简单的、规模较小的控制任务。可以把这些控制任务分配给一个子程序块。在子程序中编制具体任务的控制程序，最后由主

11、程序调用的方式把整个控制程序统管起来。系统子程序块（1）手动程序块用于系统调试试车及检修后试车（2）半自动子程序块每循环打水后系统全停止，下次重新启动。用于设备状况不太好的情况。（3）自动子程序块1电机按水位自动启停方式时，有利于注射式水泵的安全运行，但不利于电机的安全运行。2电机长转进水阀按水位自动控制方式时，不利于注射式水泵的安全运行，但有利于电机的安全运行。在编制好各个程序滞后，要进行现场调试，这是整个控制系统完成的重要环节，通过现场调试去发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；发现控制电路和控制程序矛盾之处；测试调整以适应控制系统的要求。4系统水泵电动机保护及监控的配置4.1保护配

12、置及参数的选定电动机保护的电流互感器为3005零序电流互感器为1005。（1）速断保护(其整定值为17A)；（2）TV和TA断线报警；控制回路断线报警；（3）差动速断保护(其整定值为5.9A)；（4）过流二段保护(其整定值为4.4A)；（5）低压一段保护(其整定值为70V)；（6）零序过流保护(其整定值为0.125A)；（7）差动启动电流(其整定值为0.9A)。差动保护作为高压除磷水泵电机主保护。对其保护功能简介如下：差动速断保护适用于容量较大的电动机，本高压除磷水泵电机容量为2800kW，额定电压为10kV。差动速断保护的原理是流入电动机前任一相的电流与流入电动机后的电流进行比较若电流比较值

13、比整定值大，则差动速断保护就动作跳闸。差动速断保护是保护电动机的匝间短路。其原理接线图见图4.1。图4.1差动保护单相原理接线图差动速断保护实质上是反映差动电流的过电流保护，该保护不经任何闭锁回路，直接快速动作于出口。差动速断电流的动作判据为：任一相差动电流大于差动速断定值。4.2监控保护装置与常规保护的比较（1）运行与维护方面的不同1常规保护的完好性是依赖于定期检验时发现的，在正常运行时保护装置的隐患不能及时发现，而监控保护可利用程序对其硬件进行在线自检，因而，监控保护比常规保护的可靠性大大提高。2与常规保护相比监控保护具有调试维护方便的特点。常规保护依靠仪器进行检测，而监控保护可依靠软件在较短的时间内完成调试工作。（2）功能方面的不同常规保护装置的功能单一，而监控保护比常规保护功能多而且还有逻辑判断保护等附加功能；逻辑判断保护是根据除磷工艺逻辑特点和高压磷水泵电机的运行逻辑规律，设置逻辑保护及监控程序。参考文献：1王朝伟变频器在真空泵上的应用四电气时代，2008（7）：72-732张兄华变频技术在焦炭配料系