馬鋼 4 000 m³ 高爐提升上料能力控制實(shí)現(xiàn)

王成偉

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 第三煉鐵總廠，安徽 馬鞍山 243000)

摘要: 馬鋼第三煉鐵總廠 A、B 高爐先后于 2006 年投產(chǎn)，每天平均上料批次約 132 批，最高批次約 145批。通過調(diào)整礦槽及爐頂計(jì)算機(jī)控制程序，使高爐最大上料能力得到提升，減少故障虧料、塌料等狀態(tài)下的趕料時(shí)間。同時(shí)，使高爐能夠滿足焦/礦/礦(C/O/O)、焦/礦/碎礦(C/O/S16)、中心加焦等特殊布料模式。通過提升上料能力，減少高爐爐況異常時(shí)的燃料比，使高爐具備特殊排、布料模式下的調(diào)節(jié)爐況手段。

關(guān)鍵詞: 高爐;上料能力;布料;控制

0 引言

馬鋼第三鐵總廠 A、B 高爐爐容均為 4 000 m³ ，采用單列式礦倉下料，礦石、焦炭、球團(tuán)礦分別置于兩側(cè)，但經(jīng)同一條 N2 皮帶至 N1 皮帶后裝入爐頂，不設(shè)中間倉。礦石料倉布置亦與大部分高爐不同，焦丁及礦丁需要經(jīng)過 N3 皮帶機(jī)倒入中間倉，且兩種物料共用 1 個(gè)料倉;而中間倉及球團(tuán)倉布置于礦槽的尾部(遠(yuǎn)離高爐側(cè))。在高爐正常生產(chǎn)中，焦丁、球團(tuán)按設(shè)定時(shí)間或重量精確平鋪于料條前部指定位置。鑒于上述兩種特殊情況，高爐從排料到物料到爐頂時(shí)間較長(zhǎng)，并且每 2 批料間需要安全間隔，故此種模式下高爐上料能力較低。高爐爐頂采用串罐式無料鐘爐頂系統(tǒng)，主線設(shè)備包括上罐受料系統(tǒng)、上料閘系統(tǒng)、下罐稱重系統(tǒng)、均排壓系統(tǒng)、下料閘系統(tǒng)、溜槽系統(tǒng)、探尺系統(tǒng)等。在高爐正常生產(chǎn)時(shí)一般會(huì)采用焦/礦，即 C /O 上料模式，在此種模式下焦炭一般按物理順序依次排料。礦石系統(tǒng)分為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、生礦、焦丁、小粒燒，每個(gè)料種按生產(chǎn)設(shè)定的重量、指定料條長(zhǎng)度、指定位置排料，從而確保入爐布料在指定的爐內(nèi)位置。

在高爐因設(shè)備故障無法正常上料而虧料、減風(fēng)，或高爐爐況異常出現(xiàn)大的塌料時(shí)，高爐爐內(nèi)料線急速下降，有時(shí)甚至達(dá) 4 ～5 m 深，高爐往往伴隨著頂溫驟然升高情況(正常頂溫在200 ℃以下，當(dāng)出現(xiàn)深虧料時(shí)甚至?xí)j升到 600 ℃)。這種情況下縮短趕料時(shí)間會(huì)直接造成高爐熱量損失，從而影響高爐的燃料消耗;同時(shí)高頂溫會(huì)加速爐頂下密封閥和密封圈等老化，煤氣溫度影響清洗效果等聯(lián)鎖反應(yīng)。提升上料能力，精確排料、精準(zhǔn)布料對(duì)穩(wěn)定高爐爐況，降低燃料比具備重要意義，本文介紹一種提升上料能力、精準(zhǔn)布料方法。

1 高爐上料能力提升實(shí)踐

1． 1 上料能力現(xiàn)狀

高爐上料能力主要取決于槽下上料能力及爐頂上料能力，二者需要相互匹配。一個(gè)正常上料周期是從爐頂下罐開始向爐內(nèi)布料槽下開始排料，礦石與焦炭經(jīng) 2#主皮帶、1#主皮帶后進(jìn)入爐頂上罐(受料罐);待爐頂下罐排料結(jié)束閥門關(guān)閉且排壓完成后開上罐料閘、上密封閥將物料倒入下罐;之后經(jīng)過一、二次均壓，待爐頂?shù)皆O(shè)定料線溜槽完成上傾后再開始布料。

在上述過程中，槽下物料與皮帶的起始距離、料條長(zhǎng)度、兩批物料之間的安全距離(保障爐頂可以正常受料、倒罐)、爐頂各閥門動(dòng)作時(shí)間等均影響到整個(gè)過程的總體時(shí)間。實(shí)測(cè)爐頂實(shí)際等料線時(shí)間(按均壓完成爐頂準(zhǔn)備好后等料線到布料的時(shí)間)為 7 800 ～9 600 s 之間(2．18 ～2．67 h)。改造前在B 高爐108 t 礦批、22．5 t 焦批測(cè)試槽下上料能力 15批平均數(shù)據(jù)如下:圖 1 中的礦石料條長(zhǎng)度約 177 s(T1)、圖 2 中的焦炭料條長(zhǎng)度約 162 s(T2)、爐頂保證最小間隔時(shí)間 61 s(T3)。在此種模式下，槽下極限上料能力(以一個(gè)班 8 h 計(jì)算)為 8×60×60/(T1+ T2 + T3×2) =65．3 批;以標(biāo)準(zhǔn)的每班43 批料計(jì)算，上料能力Acx =65．3/43 =151．8%。

爐頂上料能力與各個(gè)閥門動(dòng)作時(shí)間及料種設(shè)定的料制有關(guān)，正常情況下爐頂料制設(shè)定布料環(huán)數(shù)約為 15 環(huán)，即 112．5 s(T5)，閥門動(dòng)作時(shí)間總計(jì)約120s(T4)。故爐頂最大上料批數(shù)為8×60×60/(T4×2 + T5×2) =61．94 批;以標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)每班 43 批料計(jì)算，上料能力 Ald =61．94/43 =144．0%。

1． 2 上料能力提升分析

鑒于上述統(tǒng)計(jì)，槽下、爐頂極限上料能力分別為151． 8%、144%。但在實(shí)際生產(chǎn)中，槽下排料就緒后需要等待爐頂布料后才開始排料。因此，槽下提升上料能力重點(diǎn)是縮短料條長(zhǎng)度;爐頂上料能力提升的關(guān)鍵是閥門動(dòng)作時(shí)間及間隔，合理調(diào)整爐頂及槽下之間的安全時(shí)間、精確控制放料時(shí)間。

1． 3 具體實(shí)施方案

1． 3． 1 槽下系統(tǒng)

(1)礦石系統(tǒng)

槽下主要是集中縮短料條，目前 B 高爐礦石排料方式為輕載模式、球團(tuán)為平鋪模式，即燒結(jié)礦先排，后續(xù)燒結(jié)礦其料尾到信號(hào)按物理位置依次排料。當(dāng)燒結(jié)礦排過設(shè)定重量的某一百分?jǐn)?shù)后焦丁開始排料，當(dāng)燒結(jié)礦料頭發(fā)出設(shè)定一定時(shí)間后球團(tuán)開始排料，其他球團(tuán)礦倉按球團(tuán)料尾依次排料;當(dāng)球團(tuán)料頭到生礦倉后生礦開始排料，其他倉也按生礦料尾依次排料。這樣最多有 4 段料平鋪，實(shí)際料條中燒結(jié)礦料條置于最底層且料條長(zhǎng)度最長(zhǎng)。因此，為縮短燒結(jié)礦料條，計(jì)算機(jī)程序中按照 2 個(gè)倉的物理位置及距離跟蹤物理位置，保證物料均勻地置于皮帶中間且不漫料。在實(shí)際使用中，前一個(gè)倉在放料結(jié)束后，程序需要檢測(cè)料倉的重量變化，當(dāng)沒有料流后按照倉間隔計(jì)算時(shí)間控制下一個(gè)料倉排料。而下一個(gè)物理位置料倉需要計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，現(xiàn)場(chǎng)電氣接觸器動(dòng)作，從而電機(jī)得電帶動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)閘門?，F(xiàn)場(chǎng)查看物料在 2 個(gè)料倉連接處往往出現(xiàn)空擋、物料少情況，所以可在計(jì)算機(jī)中通過修改控制程序調(diào)整 2 個(gè)料倉間隙，從而達(dá)到縮短料條長(zhǎng)度的目的，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)將燒結(jié)礦倉閘門開度調(diào)整到最大。

(2)焦炭系統(tǒng)

槽下焦炭倉總計(jì) 8 個(gè)，按焦炭常用料種分為新干焦、老干焦、濕焦，分別分布于料倉的后段、前段及中段，在使用中按物理位置從 8B 倉到 1B 料倉順序排料。一般濕焦倉僅有 1 個(gè)，且放于中部，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際料倉閘門在全開情況下焦炭物料僅占堆積不足一半的皮帶截面。此種情況考慮將新干焦、老干焦料 3個(gè)倉進(jìn)行平鋪，2 個(gè)倉同時(shí)排料。

1． 3． 2 爐頂系統(tǒng)

爐頂系統(tǒng)中按照 PW 廠家提供參數(shù)時(shí)間，上料能力在 170%左右;各閥門動(dòng)作時(shí)間較短，且無閥門間保護(hù)延時(shí)。在使用中為保護(hù)上密、下旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等重要備件及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保等因素，對(duì)液壓系統(tǒng)油壓及閥門液壓流量進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，爐頂正常在開下料閘角度大于 30°時(shí)排料，將排料時(shí)間提前到提探尺排料僅此更改每罐料，可提升 11 s 時(shí)間。所有爐頂在提升上料能力時(shí)主要調(diào)整次要閥門動(dòng)作時(shí)間及安全時(shí)間、更改槽下爐頂安全監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間。

1． 4 試驗(yàn)與測(cè)試

1． 4． 1 槽下調(diào)整

針對(duì)上述改造方案，對(duì)我廠 B 高爐逐步進(jìn)行改造，首先調(diào)整燒結(jié)礦排料間隔時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)將 2A －10A 共9 個(gè)倉縮短2 s 時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試料條效果較明顯。實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)礦石物料基本頭尾相接無明顯空擋，但在連接處仍有窄料條。隨即將時(shí)間再次調(diào)整 1 s，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)物料基本按要求重疊且料條寬度基本一致，已達(dá)到預(yù)期效果。焦炭倉將現(xiàn)場(chǎng)閘門開度調(diào)整到最大后，將 8B － 2B 共 7 個(gè)倉間隔時(shí)間縮小 3 s，并記錄 15 批時(shí)間。實(shí)側(cè)平均料條長(zhǎng)度為 14． 1 s，礦石長(zhǎng)度為 136． 4 s，詳見圖 3、圖 4。

焦炭在第一次調(diào)整后皮帶物料基本頭尾相接，料寬基本一致;但焦炭在皮帶上料層厚度仍有調(diào)整余地，按預(yù)定方案將焦炭分料種平鋪。經(jīng)過第二次調(diào)整后測(cè)試15 批物料，實(shí)測(cè)料條長(zhǎng)度降為88． 4s，效果顯著，如圖 5 所示。

1． 4． 2 爐頂調(diào)整

首先對(duì)爐頂延時(shí)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，其次將排料改為提探尺。實(shí)測(cè)閥門動(dòng)作時(shí)間及指令發(fā)出時(shí)間縮短19 s 左右，同時(shí)將槽下及爐頂聯(lián)系料倉滿信號(hào)檢測(cè)時(shí)間縮短 10 s。

1． 5 實(shí)施效果

對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，目前槽下上料能力計(jì)算為83．04 批，按每班43 批次計(jì)算為193%;爐頂上料能力為67．45 批，按每班 34 批次計(jì)算為 156．8%。故槽下及爐頂上料能力分別較之前提升了42% 與17%，實(shí)際在使用中每個(gè)班次等料線時(shí)間為10 400～12 860 s之間，較調(diào)整前效果顯著。

調(diào)整后因高爐爐況波動(dòng)曾出現(xiàn) 1 次較大的塌料，其中最深尺料線達(dá) 4． 3 m。按調(diào)整前上料能力需近2 h 可恢復(fù)料線，實(shí)際僅經(jīng)1 h 15 min 即達(dá)到設(shè)定料線。同時(shí)，2016 年 11 月開始測(cè)試分割布料，即C /O /O 布料模式(即焦/礦₁/礦₂ )，此種情況下較前每批上料多 1 批礦石(圖 6 ～ 8)。之前上料能力無法滿足基本上料，在調(diào)整后滿足了生產(chǎn)工藝要求。

2 結(jié)語

原料系統(tǒng)是高爐爐況穩(wěn)定的基礎(chǔ)，現(xiàn)階段節(jié)能、降低燃料比是大型高爐一直追求的目標(biāo)，而高爐的上料能力直接影響到高爐的穩(wěn)定順行及燃料消耗。合理利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，調(diào)整上料系統(tǒng)的控制程序、排料及布料方式、增加新的料制程序等措施。在不增加成本情況下，提升高爐上料能力，并在異常狀態(tài)下為生產(chǎn)提供新的調(diào)整手段。直接降低燃料比，避免熱量流失，為高爐穩(wěn)定順行提供保障。