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自動控制技術為基礎，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。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能。

關鍵詞：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工藝以及自動化控制水平，成為降低煉鐵焦比、增加產能、提高高爐生產效率最有效的途徑。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，改善高爐爐內的工作轉臺和反應情況，使爐內鐵的氧化反應可以穩(wěn)定進行，同時煉鐵的生產成本大幅度降低，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的發(fā)展早于國內，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InterlAtom^TM E3845 四核 芯片，主頻為1.91GHz；主內 存 為4GB  DDR3  RAM，輔內存為 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通道數字量輸入擴展模塊、EL20088通道數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。將罐內壓力降至大氣壓后，煤粉倉中的煤粉通過控制對應的球閥依 次 加 入3個噴吹罐中。當需要向高爐內噴吹時，通過加壓閥門、流化閥門等控制，同時向罐內加入壓縮氮氣，將煤粉噴吹至高爐內，參與高爐內的煉鐵還原反應^［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。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定值，則自動控制關閉放散閥，間隔20s后關閉上球閥，再間隔20s后關閉下球閥。上球閥和下球閥全部關閉后，將 小放散閥門也關閉，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有足夠大的壓力向高爐內噴吹煤粉，即保證噴吹罐內的壓力值遠大于爐內壓力。首先打開沖壓閥，大沖壓閥；然后打開沖壓調節(jié)閥，對沖壓壓力目標值進行設定，并通過 PID控制進行壓力調節(jié)；接著打開補壓閥，即小沖壓閥。利用安裝在噴吹罐內的壓力傳感器實時檢測壓力值，當罐內壓力值達到目標值后，關閉大沖壓閥，保持小沖壓閥處于開位，以保持罐內壓力穩(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，該過程是向高爐內噴吹煤粉。首先將噴吹閥打開，并打開罐底的流化閥、流化調節(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。此時，實時檢測噴吹罐罐重是否小于設定值，如果小于設定值，則表明噴吹的煤粉達到目標要求，停止噴吹，同時關閉流化調節(jié)閥、罐底流化閥，最后關閉噴吹系統(tǒng)。如果檢測到噴吹的煤粉沒有達到目標值，則繼續(xù)向高爐內噴吹煤 粉，同時保持放散系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)的閥門處于關閉狀態(tài)。

2.5   其他

在煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)中，還包括過程量調節(jié)，如罐底流化氣量、氮氣總管壓力、噴吹壓力調節(jié)等。在上述調節(jié)過程中，既可以通過手動人工干預方式完成，也可以通過自動模型調節(jié) 完 成。當噴吹系統(tǒng)出現故障時，還需要有語音報警系統(tǒng)輔助設備完成故障的語音報警和提示。

3  結語

煉鐵高爐的噴吹系統(tǒng)是將煤粉噴入高爐內，煤粉需要經過噴煤車間、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，煤粉還可利用鼓風機鼓風加快鐵的還原反應，是一種經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

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［2］周德謀．首鋼高爐噴煤自動控制系統(tǒng)的設計與實現［D］．沈陽：東北大學，2009．

［3］盛亞利．紅鋼高爐噴煤自動控制系統(tǒng)的設計與實現［D］．昆明理工大學，2008．

［4］肖志敏，趙 燕．PLC在高爐噴煤制粉中的應用［C］／／中國計量協會冶金分會 2011 年會論文集，2011：12－16．

［5］溫大威．世界高爐噴煤技術現狀及發(fā)展［N］．中國冶金報，2006－02－28（012）．