王杰錕
（河鋼集團承鋼公司自動化中心，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，詳細分析了煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)的自動控制過程。以PLC自動控制技術(shù)為基礎(chǔ)，詳細分析噴吹系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)組成，重點分析了噴吹系統(tǒng)中的放散、裝料、沖壓以及噴吹四大自動控制過程，為后續(xù)的煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)改造打下較為堅實的基礎(chǔ)。所分析的噴吹系統(tǒng)自動控制過程，能達到節(jié)能降耗的目的，同時提高煉鐵高爐的產(chǎn)能。
關(guān)鍵詞：噴吹系統(tǒng)；放散過程；裝料過程；沖壓；自動控制
0 引言
為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，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。高爐噴煤是將價格低廉的煤粉通過噴吹系統(tǒng)噴吹至高爐爐內(nèi)，改善高爐爐內(nèi)的工作轉(zhuǎn)臺和反應(yīng)情況，使?fàn)t內(nèi)鐵的氧化反應(yīng)可以穩(wěn)定進行，同時煉鐵的生產(chǎn)成本大幅度降低，提高了鋼鐵企業(yè)的競爭力［1-2］。國外的煉鐵高爐噴煤技術(shù)的發(fā)展早于國內(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特的噴煤流程。噴煤工藝流程的核心評價指標是月平均高爐噴煤比。如早在1995年，日本加古川1號高爐容積為4550m3，噴煤比就達到了205kg／t，并維持13個月之久。如在1996年意大利塔蘭托 4 號高爐，容積為 3377m3，噴煤比就達到204kg／t，并維持了10個月。目前，世界上較先進的噴煤水平為185～220kg／t，噴煤率為41％～46％［3-4］。
1 自動控制系統(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InterlAtomTM 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；擴展有兩個 TCP／IP口，4個 USB2.0口，2 個 CAN／CANopen通信 口。 擴展模塊主要選用EL10188通道數(shù)字量輸入擴展模塊、EL20088通道數(shù)字量輸出擴展模塊以及 EL3154 模擬量輸入擴展模塊，EL3154為4通道的輸入信號為4～20mA 電流信號的模擬量擴展模塊。還包括 EL4028為8通道的模擬量輸出擴展模塊，輸出信號為4～20mA的電流信號。表1為煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)部分信號配置。
2 自動控制過程分析
煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)由煤粉倉、3個噴吹罐組成。將罐內(nèi)壓力降至大氣壓后，煤粉倉中的煤粉通過控制對應(yīng)的球閥依 次 加 入3個噴吹罐中。當(dāng)需要向高爐內(nèi)噴吹時，通過加壓閥門、流化閥門等控制，同時向罐內(nèi)加入壓縮氮氣，將煤粉噴吹至高爐內(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個過程組成，依次為放散過程、裝料過程、沖壓過程以及噴吹過程。
2.1 放散過程
向噴吹罐加入煤粉時，由于罐內(nèi)的壓力遠遠高于罐外的壓力，由大氣壓原理可知，此時無法向罐內(nèi)加入煤粉，因此，噴吹系統(tǒng)中的放散過程是必不可少的。在進行放散過程時，按照圖1所示的控制流程自動執(zhí)行，即首先關(guān)閉煉鐵高爐其他系統(tǒng)的所有閥門，然后依次打開大放散閥門和小放散閥門。利用安裝的壓力傳感器實時檢測放散罐壓，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，用以保持噴吹罐的罐壓與煤粉倉、中間倉的壓力相同，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，持續(xù)進行放散過程。
2.2 裝料過程
待放散過程結(jié)束后，執(zhí)行噴吹系統(tǒng)中的裝料過程，即向噴吹罐中裝入煤粉，控制過程如 圖2所示。首先需 要打開煤粉倉的下球閥，以及該下球閥上部的上球閥，使得煤粉自由落下。此時，必須保持小放散閥門打開，用以保持噴吹罐、煤粉倉以及中間倉的壓力值一致。此時，需要實時檢測煤粉值是否達到目標設(shè)定值，如果沒有達到，則繼續(xù)裝料。如果此時噴吹的煤粉值達到目標設(shè)定值，則自動控制關(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，此時噴吹系統(tǒng)的裝料過程完成。
2.3 沖壓過程
圖3為煉鐵高爐噴吹系統(tǒng)中的沖壓過程控制流程，該過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)的壓力值遠大于爐內(nèi)壓力。首先打開沖壓閥，大沖壓閥；然后打開沖壓調(diào)節(jié)閥，對沖壓壓力目標值進行設(shè)定，并通過 PID控制進行壓力調(diào)節(jié)；接著打開補壓閥，即小沖壓閥。利用安裝在噴吹罐內(nèi)的壓力傳感器實時檢測壓力值，當(dāng)罐內(nèi)壓力值達到目標值后，關(guān)閉大沖壓閥，保持小沖壓閥處于開位，以保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。如果沖壓壓力沒有達到目標值，則持續(xù)進行沖壓過程，直至沖壓壓力達到目標值。
2.4 噴吹過程
圖4為噴吹系統(tǒng)的噴吹過程控制流程，該過程是向高爐內(nèi)噴吹煤粉。首先將噴吹閥打開，并打開罐底的流化閥、流化調(diào)節(jié)閥，同時保持小沖壓閥處于開位。流化閥的作用是將煤粉進行流化，防止煤粉在罐底進行板結(jié)。此時，實時檢測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到目標要求，停止噴吹，同時關(guān)閉流化調(diào)節(jié)閥、罐底流化閥，最后關(guān)閉噴吹系統(tǒng)。如果檢測到噴吹的煤粉沒有達到目標值，則繼續(xù)向高爐內(nèi)噴吹煤 粉，同時保持放散系統(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，還包括過程量調(diào)節(jié)，如罐底流化氣量、氮氣總管壓力、噴吹壓力調(diào)節(jié)等。在上述調(diào)節(jié)過程中，既可以通過手動人工干預(yù)方式完成，也可以通過自動模型調(diào)節(jié) 完 成。當(dāng)噴吹系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，還需要有語音報警系統(tǒng)輔助設(shè)備完成故障的語音報警和提示。
3 結(jié)語
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)過噴煤車間、輸煤管道、分煤器、噴煤圍管、噴槍進入高爐。將煤粉代替焦炭，降低生產(chǎn)成本的同時，提高了煉鐵高爐的效率。另外，煤粉還可利用鼓風(fēng)機鼓風(fēng)加快鐵的還原反應(yīng)，是一種經(jīng)濟且資源豐富的燃料。噴吹系 統(tǒng)的自動控制過程有利于煉鐵高爐智能化過程的推進，有很大的推廣價值。
參考文獻
［1］于勇，王立，李京社，等．國內(nèi)外高爐噴煤技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］．河南冶金2008，16（5）：1－3．
［2］周德謀．首鋼高爐噴煤自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．沈陽：東北大學(xué)，2009．
［3］盛亞利．紅鋼高爐噴煤自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．昆明理工大學(xué)，2008．
［4］肖志敏，趙 燕．PLC在高爐噴煤制粉中的應(yīng)用［C］／／中國計量協(xié)會冶金分會 2011 年會論文集，2011：12－16．
［5］溫大威．世界高爐噴煤技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展［N］．中國冶金報，2006－02－28（012）．