刘涛  刘跃  宋文学

山东钢铁集团淄博张钢有限公司 山东淄博  256400

摘要：本文介绍的钢包自动吹氩系统以质量流量控制器作为核心，配套相应的硬件检测，软件编程等。简要介绍了管路及硬件改造，质量流量控制器与计算机的信号对接，成功应用于在炼钢的钢包底吹系统中，取得良好效果。

关键词：质量流量控制器；钢包自动吹氩系统；应用

1钢包吹氩的意义

钢包吹氩的基本原理：氩气作为一种惰性气体，通过钢包底部的专用透气砖通入钢水中。钢水中的有害气体如H2、N2、O2等氩气在钢水中形成大量小气泡中，降低其在钢水含量。氩气还可以使钢水在钢包中涌动，钢水得到充分搅拌，快速熔化加入钢水中的合金、脱氧剂、脱硫剂等，钢水成分和温度得到均匀。搅拌的同时气相成核和夹杂物颗粒相互碰撞，钢液中的非金属夹杂物等上浮进入钢渣。氩气底吹对于净化钢水提高钢材品质的有重要的作用。

2钢包自动吹氩的主要控制方式比较

LF钢包精炼炉和VD真空脱气精炼炉等炉外精炼设备，在冶炼过程中，为保证钢水的品质必须进行全过程吹氩操作。主要的方式有以下几种：

最初最基本的控制方式是手动方式，通过操作工人在钢包前现场观察钢水的翻腾情况和现场的压力表显示，手动扳动球阀控制氩气压力；气源由管道氩气或瓶装氩气提供。此种方式只能控制氩气的压力，而对实际的底吹流量并不能准确的进行控制，使用效果很差。

随着认识的提高逐渐出现了减压阀、电磁阀、气动薄膜调节阀等控制元件做组成的吹氩控制，由操作工人现场观察钢水的翻腾情况告诉控制室，要求控制室内工控机上设置相应的氩气压力及流量参数。此种方式较手动方式有所提高，但是气动调节阀调节曲线偏软，反应时间慢，不能满足现场控制的要求。

还有一种方式是通过流量阀组进行流量组合进行控制。流量阀为定流量的几个阀组设计，例如5L/m、10L/m、20L/m的三个阀组并联，就可作何出7种不同流量的控制。此种方式控制反应时间快，缺点是不能设定流量范围内的任一流量参数。

本文介绍的钢包自动吹氩系统以质量流量控制器作为核心，对管路进行相应的改造，质量流量控制器通过标准信号与计算机或PLC进行信号对接，满足对气体的流量进行精密测量和精准控制。

3质量流量控制器的工作原理

质量流量控制器（Mass Flow Controller）主要对气体的流量进行准确测量、并对设定流量进行精准控制。主要功能部件有质量流量检测部分、分流器通道、流量控制调节阀、信号处理电路和管道壳体等组成。

质量流量检测部分采用毛细管传热温差量热法原理，对测量气体的质量流量进行检测工作原理图如图1所示。这种检测方式的传感器受温度压力的影响甚微，所以无需格外的温度和压力补偿。质量流量检测部件通过传感器加热电桥测得的流量信号，通过专用的放大器转换处理后与设定流量对应的设定电压进行比较。比较所得的差值信号放大后去对调节阀进行控制，使检测到的信号与设定的信号一致。分流器的作用就是扩大通过流量控制器的流量，从气体流向来看就是在主通道和毛细管间产生层流。

 

图1  质量流量控制器的工作原理图

质量流量控制器输入输出的流量均为标准电压或标准电流形式。质量流量控制器可以与计算机、PLC或与相应的流量显示仪进行信号的对接，以实现显示控制。质量流量控制器直接与计算机连接需要配备专用的A/D,D/A转换模板。

质量流量控制器在长时间使用的过程当中或安装调试时，零点有可能发生偏移，需要对零点偏移的进行校对。质量流量控制器直接与计算机进行信号对接如图2所示。

 

图2  直接与计算机信号对接图

4钢包自动吹氩系统的具体实现形式

一般钢包有两个支路用于控制两个透气砖，每条通气线路都装有独立的流量调节控制，使得钢包内的热交换得到顺利进行。钢包自动吹氩系统每一支路采用一台质量流量控制器作为控制核心，前后管路各设置一个电磁阀用于控制器的投入切除。在自动控制回路一旁设置一旁吹管路，用于钢水结壳破壳，并可以对管路进行吹扫保证自动控制回路的安全。钢包自动吹氩系统一个支路示意图如图3.

 

图3  钢包自动吹氩系统一个支路示意图

5结论

钢包自动吹氩系统采用质量流量控制进行改造后运行稳定，从该系统的应用可以得出几点结论。

质量流量控制器用于对气体的质量流量进行精密测量和精准控制。本身具有精度高、重复性好、响应速度快、稳定可靠、工作压力范围宽等优点。

质量流量控制器在使用操作使用方便。开放性好既可配合流量显示仪使用，也可直接同计算机实现连接实现系统自动控制。安装使用可采取多种方式。

采用气体流量控制器（MFC）控制模式的钢包自动吹氩系统控制方式先进，冶炼过程中气体的控制具有以下优点：精确控制、精确计量、流量稳定、免维护、可靠性高、抗干扰能力强、响应速度快、自动化程度高。

质量流量控制器可广泛应用于电子工艺设备、真空镀膜、石油化工、冶金、制药、光纤熔接、分析测量仪器、制气配气等行业。