王杰錕

（河鋼集團(tuán)承鋼公司自動(dòng)化中心，河北 承德 097001）

摘 要：為降低煉鐵高爐的焦比，提高高爐生產(chǎn)效 率，詳細(xì)分析了煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)的自動(dòng)控制過(guò)程。以PLC自動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析噴吹系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，重點(diǎn)分析了噴吹系統(tǒng)中的放散、裝料、沖壓以及噴吹四大自動(dòng)控制過(guò)程，為后續(xù)的煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)改造打下較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所分析的噴吹系統(tǒng)自動(dòng)控制過(guò)程，能達(dá)到節(jié)能降耗的目的，同時(shí)提高煉鐵高爐的產(chǎn)能。

關(guān)鍵詞：噴吹系統(tǒng)；放散過(guò)程；裝料過(guò)程；沖壓；自動(dòng)控制

0  引言

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，各大鋼鐵企業(yè)積極探索節(jié)能降耗的方 法，提高高爐噴煤的生產(chǎn)工藝以及自動(dòng)化控制水平，成為降低煉鐵焦比、增加產(chǎn)能、提高高爐生產(chǎn)效率最有效的途徑。高爐噴煤是將價(jià)格低廉的煤粉通過(guò)噴吹系統(tǒng)噴吹至高爐爐內(nèi)，改善高爐爐內(nèi)的工作轉(zhuǎn)臺(tái)和反應(yīng)情況，使?fàn)t內(nèi)鐵的氧化反應(yīng)可以穩(wěn)定進(jìn)行，同時(shí)煉鐵的生產(chǎn)成本大幅度降低，提高了鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力^［1-2］。國(guó)外的煉鐵高爐噴煤技術(shù)的發(fā)展早于國(guó)內(nèi)，尤其是以歐洲的 Kuttner 公司、日本的住友鋼鐵鋼絲、盧森堡的 PaulWurth鋼鐵公司各有自己獨(dú)特的噴煤流程。噴煤工藝流程的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)是月平均高爐噴煤比。如早在1995年，日本加古川1號(hào)高爐容積為4550m³，噴煤比就達(dá)到了205kg／t，并維持13個(gè)月之久。如在1996年意大利塔蘭托 4 號(hào)高爐，容積為 3377m³，噴煤比就達(dá)到204kg／t，并維持了10個(gè)月。目前，世界上較先進(jìn)的噴煤水平為185～220kg／t，噴煤率為41％～46％^［3-4］。

1  自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)采用倍福CX5130 為 主 控 制器，該控制器的處理器采用InterlAtom^TM E3845 四核 芯片，主頻為1.91GHz；主內(nèi) 存 為4GB  DDR3  RAM，輔內(nèi)存為 CFast卡插槽；擴(kuò)展有兩個(gè) TCP／IP口，4個(gè) USB2.0口，2 個(gè) CAN／CANopen通信 口。 擴(kuò)展模塊主要選用EL10188通道數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊、EL20088通道數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊以及 EL3154 模擬量輸入擴(kuò)展模塊，EL3154為4通道的輸入信號(hào)為4～20mA 電流信號(hào)的模擬量擴(kuò)展模塊。還包括 EL4028為8通道的模擬量輸出擴(kuò)展模塊，輸出信號(hào)為4～20mA的電流信號(hào)。表1為煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)部分信號(hào)配置。

2  自動(dòng)控制過(guò)程分析

煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)由煤粉倉(cāng)、3個(gè)噴吹罐組成。將罐內(nèi)壓力降至大氣壓后，煤粉倉(cāng)中的煤粉通過(guò)控制對(duì)應(yīng)的球閥依 次 加 入3個(gè)噴吹罐中。當(dāng)需要向高爐內(nèi)噴吹時(shí)，通過(guò)加壓閥門、流化閥門等控制，同時(shí)向罐內(nèi)加入壓縮氮?dú)猓瑢⒚悍蹏姶抵粮郀t內(nèi)，參與高爐內(nèi)的煉鐵還原反應(yīng)^［5］。煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)主要由４個(gè)過(guò)程組成，依次為放散過(guò)程、裝料過(guò)程、沖壓過(guò)程以及噴吹過(guò)程。

2.1  放散過(guò)程

向噴吹罐加入煤粉時(shí)，由于罐內(nèi)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于罐外的壓力，由大氣壓原理可知，此時(shí)無(wú)法向罐內(nèi)加入煤粉，因此，噴吹系統(tǒng)中的放散過(guò)程是必不可少的。在進(jìn)行放散過(guò)程時(shí)，按照?qǐng)D1所示的控制流程自動(dòng)執(zhí)行，即首先關(guān)閉煉鐵高爐其他系統(tǒng)的所有閥門，然后依次打開(kāi)大放散閥門和小放散閥門。利用安裝的壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)放散罐壓，如果該壓力值小于 等于壓力傳感器量程的15％，則關(guān)閉大放散閥門，保持小放散閥門繼續(xù)打開(kāi)，用以保持噴吹罐的罐壓與煤粉倉(cāng)、中間倉(cāng)的壓力相同，使得煤粉順利噴吹至罐內(nèi)。如果壓力值大于壓力傳感器量程的15％，則 繼續(xù)保持大放散閥門打開(kāi)，持續(xù)進(jìn)行放散過(guò)程。

2.2   裝料過(guò)程

待放散過(guò)程結(jié)束后，執(zhí)行噴吹系統(tǒng)中的裝料過(guò)程，即向噴吹罐中裝入煤粉，控制過(guò)程如 圖2所示。首先需 要打開(kāi)煤粉倉(cāng)的下球閥，以及該下球閥上部的上球閥，使得煤粉自由落下。此時(shí)，必須保持小放散閥門打開(kāi)，用以保持噴吹罐、煤粉倉(cāng)以及中間倉(cāng)的壓力值一致。此時(shí)，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)煤粉值是否達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，如果沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)裝料。如果此時(shí)噴吹的煤粉值達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，則自動(dòng)控制關(guān)閉放散閥，間隔20s后關(guān)閉上球閥，再間隔20s后關(guān)閉下球閥。上球閥和下球閥全部關(guān)閉后，將 小放散閥門也關(guān)閉，此時(shí)噴吹系統(tǒng)的裝料過(guò)程完成。

2.3   沖壓過(guò)程

圖3為煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)中的沖壓過(guò)程控制流程，該過(guò)程是為保證噴吹罐內(nèi)有足夠大的壓力向高爐內(nèi)噴吹煤粉，即保證噴吹罐內(nèi)的壓力值遠(yuǎn)大于爐內(nèi)壓力。首先打開(kāi)沖壓閥，大沖壓閥；然后打開(kāi)沖壓調(diào)節(jié)閥，對(duì)沖壓壓力目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，并通過(guò) PID控制進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；接著打開(kāi)補(bǔ)壓閥，即小沖壓閥。利用安裝在噴吹罐內(nèi)的壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力值，當(dāng)罐內(nèi)壓力值達(dá)到目標(biāo)值后，關(guān)閉大沖壓閥，保持小沖壓閥處于開(kāi)位，以保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。如果沖壓壓力沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值，則持續(xù)進(jìn)行沖壓過(guò)程，直至沖壓壓力達(dá)到目標(biāo)值。

2.4   噴吹過(guò)程

圖4為噴吹系統(tǒng)的噴吹過(guò)程控制流程，該過(guò)程是向高爐內(nèi)噴吹煤粉。首先將噴吹閥打開(kāi)，并打開(kāi)罐底的流化閥、流化調(diào)節(jié)閥，同時(shí)保持小沖壓閥處于開(kāi)位。流化閥的作用是將煤粉進(jìn)行流化，防止煤粉在罐底進(jìn)行板結(jié)。此時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)噴吹罐罐重是否小于設(shè)定值，如果小于設(shè)定值，則表明噴吹的煤粉達(dá)到目標(biāo)要求，停止噴吹，同時(shí)關(guān)閉流化調(diào)節(jié)閥、罐底流化閥，最后關(guān)閉噴吹系統(tǒng)。如果檢測(cè)到噴吹的煤粉沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值，則繼續(xù)向高爐內(nèi)噴吹煤 粉，同時(shí)保持放散系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

2.5   其他

在煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)中，還包括過(guò)程量調(diào)節(jié)，如罐底流化氣量、氮?dú)饪偣軌毫Α姶祲毫φ{(diào)節(jié)等。在上述調(diào)節(jié)過(guò)程中，既可以通過(guò)手動(dòng)人工干預(yù)方式完成，也可以通過(guò)自動(dòng)模型調(diào)節(jié) 完 成。當(dāng)噴吹系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，還需要有語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)輔助設(shè)備完成故障的語(yǔ)音報(bào)警和提示。

3  結(jié)語(yǔ)

煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)是將煤粉噴入高爐內(nèi)，煤粉需要經(jīng)過(guò)噴煤車間、輸煤管道、分煤器、噴煤圍管、噴槍進(jìn)入高爐。將煤粉代替焦炭，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高了煉鐵高爐的效率。另外，煤粉還可利用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)加快鐵的還原反應(yīng)，是一種經(jīng)濟(jì)且資源豐富的燃料。噴吹系 統(tǒng)的自動(dòng)控制過(guò)程有利于煉鐵高爐智能化過(guò)程的推進(jìn)，有很大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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